Проектирование аппаратной части для Arduino Nano: руководство по созданию несущих плат
Практическое руководство по проектированию собственной несущей платы для семейства Arduino Nano: размеры, питание, распиновка и шаблоны.
Семейство Arduino Nano — это компактные платы с небольшим форм-фактором, которые отлично подходят для встраивания в собственные устройства. Это руководство адресовано тем, кто хочет спроектировать собственную несущую плату или аксессуар, совместимый с платами семейства Nano.
Здесь собрана техническая информация, которая поможет вам с проектированием: габариты, сравнение характеристик, особенности питания, распиновка и готовые шаблоны для популярных САПР.
Документация
Каждая плата семейства Nano имеет собственную страницу с документацией. Там вы найдёте полную распиновку, CAD- и Fritzing-файлы, а также совместимые библиотеки и обучающие материалы:
Технический обзор
Габаритные размеры
Подпись к изображению: габаритные размеры платы Arduino Nano — 43.16 мм в длину, ширина 17.76 мм, диаметр монтажных отверстий 1.65 мм, шаг контактов 1.26 мм.
Приведённые размеры актуальны для всех плат семейства Nano.
| Format | Measurement |
|---|---|
| Width | 17.76 mm |
| Length | 43.16 mm |
| Pitch | 2.54 mm |
Pitch — это расстояние между соседними контактами (например, между A1 и A2). Этот параметр важен при выборе штырьевых разъёмов (header pins).
Подробные чертежи доступны для скачивания по ссылкам ниже (в формате .svg):
Сравнение характеристик
Ниже приведено сравнение плат семейства Nano по основным параметрам.
| Board | Nano | Nano Every | Nano 33 BLE | Nano 33 BLE Sense | Nano 33 IoT | Nano RP2040 Connect |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Processor | ATmega328P | ATmega4809 | nRF52840 | nRF52840 | SAMD21G18A | RP2040 |
| Radio Module | x | x | NINA-B306 | NINA-B306 | NINA-W102 | NINA-W102 |
| Connectivity | x | x | Bluetooth® | Bluetooth® | Wi-Fi, Bluetooth® | Wi-Fi, Bluetooth® |
| Clock Speed | 16 Mhz | 16 Mhz | 64 Mhz | 64 Mhz | 48 Mhz | 133 MHz |
| Flash Memory | 32 KB | 48 KB | 256 KB | 256 KB | 264 KB | 16 MB |
| SRAM | 2 KB | 6 KB | 1 MB | 1 MB | 256 KB | 264 KB |
| EEPROM | 1 KB | 256 byte | x | x | x | x |
| I/O Voltage | 5V | 5V | 3.3V | 3.3V | 3.3V | 3.3V |
Некоторые платы оснащены встроенными датчиками — их перечень в таблице ниже:
| Board | Nano | Nano Every | Nano 33 BLE | Nano 33 BLE Sense | Nano 33 IoT | Nano RP2040 Connect |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IMU | x | x | LSM9DS1 | LSM9DS1 | LSM6DS3 | LSM6DSOX |
| Microphone | x | x | x | MP34DT05 | x | MP34DT05 |
| Gesture | x | x | x | APDS-9960 | x | x |
| Light | x | x | x | APDS-9960 | x | x |
| Color | x | x | x | APDS-9960 | x | x |
| Pressure | x | x | x | LPS22HB | x | x |
| Temperature | x | x | x | HTS221 | x | x |
| Humidity | x | x | x | HTS221 | x | x |
Питание: важные особенности
Рабочее напряжение: 3.3V или 5V
Первое, что нужно учесть при проектировании несущей платы — это рабочее напряжение конкретной модели Nano. Платы с радиомодулем (Nano 33 BLE, Nano 33 BLE Sense, Nano 33 IoT, Nano RP2040 Connect) работают на 3.3V. Классический Nano и Nano Every работают на 5V.
Поскольку платы с радиомодулями используют логику 3.3V, пин 5V у них подключён к гребёнке через паяный джампер, который по умолчанию разомкнут. При питании через USB пин VIN можно использовать как выход 5V с платы. Это удобно, когда несущая плата требует 5V, а всё устройство питается через USB.
Контактные площадки VUSB
Пин 5V на некоторых платах также называется «VUSB». Его назначение — обеспечить прямое соединение между VUSB (5V) разъёма USB и гребёнкой контактов. Это позволяет напрямую питать устройства на несущей плате. В отличие от VIN, здесь нет последовательных диодов, а значит — нет и просадки напряжения.
Чтобы активировать пин VUSB/5V, нужно спаять соответствующие контактные площадки на нижней стороне платы:
Подпись: пайка контактных площадок VUSB на плате Arduino Nano RP2040 Connect — соедините две площадки на обратной стороне платы.
Важно: если вы запаяли площадки VUSB и затем подключаете питание через USB, пин 5V окажется под напряжением. Будьте очень осторожны — есть риск повредить ICs платы.
Диапазон напряжения VIN
Минимальное и максимальное допустимое напряжение на пине VIN различается в зависимости от модели. Это критически важно учитывать при выборе источника питания: превышение максимума или падение ниже минимума может повредить плату.
| Nano | Nano Every | Nano 33 BLE | Nano 33 BLE Sense | Nano 33 IoT | Nano RP2040 Connect |
|---|---|---|---|---|---|
| 7-12V | 7-18V | 5-18V | 5-18V | 5-18V | 5-18V |
Подключение батареи
Платы семейства Nano можно питать от батарей, однако они не оснащены схемой зарядки или защиты батареи.
Многие LiPo-аккумуляторы имеют встроенную защитную схему, но не все. Без защиты от глубокого разряда аккумулятор может быть повреждён.
Предупреждение о глубоком разряде батареи
Если вы хотите подключить батарею к Nano, используйте пин VIN, но учтите минимальное допустимое напряжение (это означает, что одной ячейки LiPo-аккумулятора обычно недостаточно). Поскольку защиты от пониженного напряжения нет, LiPo-аккумулятор без защитной схемы будет повреждён, если оставить его подключённым к плате после полного разряда.
Рекомендуется не подключать аккумулятор напрямую, а использовать готовые решения — например, схемы из USB-пауэрбанков, которые обеспечивают стабилизированное напряжение 5V и защищают аккумулятор от глубокого разряда.
Для подключения батареи используйте пин VIN (см. таблицу допустимых напряжений выше).
Подпись: подключение внешнего питания (батареи) к плате Arduino Nano через контакты VIN и GND.
Распиновка
Платы семейства Nano намеренно сохраняют единое расположение большинства контактов — это упрощает создание универсальных аксессуаров, совместимых с разными моделями.
Шины Serial
Платы семейства Nano поддерживают следующие последовательные шины:
| Protocol | Pins |
|---|---|
| UART | RX,TX |
| SPI | COPI(11), CIPO(12), SCK(13) |
| I²C | SDA(A4), SCL(A5) |
Расположение этих пинов указано в распиновке каждой конкретной платы. Найти её можно в разделе Resources на странице продукта.
Шаблоны несущей платы
Подпись: шаблоны несущей платы для Nano — вариант с контактными площадками для пайки (для плат без штырьков) и вариант с разъёмами (для плат со штырьками).
В этом разделе вы найдёте файлы шаблонов для популярных САПР — Altium и Eagle. Они позволят быстро начать проектирование собственного аксессуара или несущей платы для Nano.
Доступны два типа шаблонов:
- Шаблон с разъёмами (Connector template): несущая плата с разъёмами под штырьки. Подходит, если вы хотите легко подключать и отключать плату Nano.
- Шаблон с площадками для пайки (Solder pads template): несущая плата с контактными площадками. Подходит, если вы планируете припаять Nano непосредственно на плату.
Altium
Шаблоны для Altium:
Eagle
Шаблоны для Eagle:
3D-файлы
Приведённые ниже файлы можно использовать для 3D-печати корпусов, держателей и других элементов крепления:
Пайка Nano непосредственно на плату
Все платы Nano доступны в варианте без припаянных штырьков. Это позволяет монтировать их непосредственно на кастомную PCB, используя кастеллированные отверстия по периметру платы.
Подпись: кастеллированные отверстия на плате Arduino Nano (слева) и соответствующие контактные площадки на несущей плате (справа). Плата монтируется пайкой «плашмя».
Такой способ монтажа хорошо подходит для надёжных и компактных устройств, где плата Nano должна быть закреплена постоянно.
Практическое замечание по пайке
При ручной пайке кастеллированных отверстий важно:
- использовать достаточно флюса, чтобы припой хорошо затекал в отверстие;
- не перегревать площадки — иначе можно повредить дорожки на самой плате Nano;
- проверять каждый контакт мультиметром на короткое замыкание с соседними пинами.
Не пытайтесь паять платы Arduino Nano, поставляемые в одиночной упаковке, методом оплавления (reflow soldering). Такие платы не упакованы в герметичную влагозащитную упаковку (dry pack), поэтому могут впитать влагу и непригодны для рефлоу-процесса. Пайка должна выполняться вручную. Если вас интересует рефлоу-пайка для серийного производства, contact Arduino PRO.