Если вам интересно, что такое обзоры Arduino UNO (Р3, Р4…) и чем они отличаются, вы попали по адресу. В последние годы самая культовая плата Arduino Он развивался, сохраняя при этом дух простоты, но добавляя улучшения, которые открывают двери более амбициозным проектам, не нарушая совместимости с тем, что уже существует.
В дополнение к анализу изменений между R3 и R4, мы собираемся воспользоваться возможностью, чтобы ответить на очень распространенный вопрос: что лучше всего купить для конкретного проекта, например, Монитор качества воздуха, отправляющий данные через Bluetooth на свой мобильный? Вы увидите, что чистая мощность — это ещё не всё: выбор зависит от подключения, экосистемы и, почему бы и нет, вашего бюджета.
Что такое «обзор» Arduino UNO и почему они существуют
В мире Arduino ревизия (R2, R3, R4…) — это итерация той же платы, которая вводит изменения в оборудовании и/или программном обеспечении Сохраняя, насколько это возможно, формат и общее поведение. Цель ясна: повысить производительность, но не оставить позади тех, у кого уже есть проекты и щиты.
Таким образом, Arduino сохранила в UNO R4 классический форм-фактор, распиновка и работа от 5 В Характерная черта семейства UNO. Это облегчает повторное использование щитов, направляющих и ездовых животных, снижая нагрузку на учащихся, преподавателей и создателей, уже работающих в экосистеме R3.
Эту стратегию можно лучше понять, если вспомнить происхождение проекта: он родился в Италии как решение доступный для образование В то время альтернативы, такие как BASIC Stamp, стоили около 100 долларов. С 2005 года, благодаря открытой аппаратной природе системы, появились официальные и неофициальные версии, сделав электронику доступной гораздо более широкой аудитории.
Arduino UNO R3: фундамент, на котором училась половина мира
Версия R3 уже более десяти лет служит отправной точкой для тысяч домашних и образовательных проектов. Её сердце – 8-битный ATmega328P на 16 МГц, архитектура AVR RISC, которая чрезвычайно популярна из-за своей простоты и огромного количества доступных примеров и библиотек.
В памяти UNO R3 есть 2 КБ SRAM y 32 КБ Flash, скромные цифры на сегодняшний день, но достаточные для множества прототипов: от подключенных весов до систем доступа с биометрическими датчиками или даже Роботы типа BB8 Вдохновлённая «Звёздными войнами». Её сила — в экосистеме, документации и количестве совместимых щитов.
Что касается распиновки, R3 популяризировал схему, которая стала стандартом для шилдов и плат расширения. Стоит помнить, что, хотя логическая схема расположения выводов осталась прежней, «внутренняя карта» микроконтроллера (регистры, порты) принадлежат к вселенной AVR, что важно, если вы выполняете низкоуровневые манипуляции с портами.
Arduino UNO R4 (Minima и WiFi): смена лиги с 32 битами
Ревизия R4 представляет собой скачок между поколениями. Она переходит на 32-битный процессор, Renesas RA4M1 (Arm Cortex-M4) на 48 МГц, что повышает производительность по сравнению со старым 8-битным ATmega. Эта более современная архитектура открывает возможности для более сложных вычислений, точного управления и новых периферийных интерфейсов.
Заметен прирост памяти: с 2 Кб до 32 КБ SRAM (в шестнадцать раз больше) и с 32 КБ программы до 256 КБ Flash, что позволяет без лишних хлопот создавать гораздо более крупные эскизы и библиотеки. Для многих проектов, которые не справлялись с задачами в R3, это стало долгожданным облегчением.
Также появились новые функции подключения и питания. UNO R4 использует USB-C и поддерживает блоки питания с более широкими входными напряжениями (для порта указано максимальное значение 24 В), повышая надежность и адаптируясь к текущим стандартам, не отказываясь от работы при напряжении 5 В, столь характерного для этого диапазона.
Arduino предлагает два варианта: УНО Р4 Минима, разработанный как экономичная база без встроенного радио, и УНО R4 Wi-Fi, который включает в себя Беспроводной модуль Espressif S3 с Wi-Fi и Bluetooth Low Energy. Второй вариант облегчает реализацию проектов Интернета вещей и мобильных приложений без внешних модулей.
Кроме того, в R4 добавлены периферийные устройства, которых не было в R3: 12-битный ЦАП, шина CAN, встроенный операционный усилитель и порт SWD для отладки. Это также позволяет Режим USB HID через USB, очень полезно для создания интерфейсов, которые ведут себя как клавиатуры/мыши или специальные устройства ввода с помощью всего нескольких строк кода.
В свою очередь, версия WiFi добавляет Светодиодная матрица 12×8 идеально подходит для быстрой обратной связи, соединитель Qwiic для гибкого прототипирования через I2C и защитный механизм, который обнаруживает операции, которые могут блочное выполнение (например, деление на ноль): В этом случае пластина «останавливается» и отправляет отчет, который помогает поставить диагноз.
При анонсе Arduino указала, что релиз состоится примерно конец мая и что цена будет примерно как у R3. Позже, в официальном магазине, появились очень выгодные цены: UNO R4 Minima за 18 евро y UNO R4 WiFi за 25 евроВ любом случае, R3 не исчезнет из каталога; он останется в продаже для тех, кому он больше нравится или кому он нужен из-за строгой совместимости.
Совместимость оборудования и программного обеспечения: преемственность с нюансами
Одной из основных целей R4 было поддержание форм-фактор, распиновка и рейтинг 5 В Чтобы не нарушить совместимость с существующими платами расширения и физическими проектами. Если у вас есть платы расширения, разработанные для UNO, это нормально. соответствовать также в R4.
Что касается программного обеспечения, Arduino постаралась обеспечить, чтобы существующий код и руководства остаются полезнымиОднако переход с AVR на Arm Cortex-M4 означает, что некоторые аппаратно-специфические библиотеки (или трюки с регистрами) могут потребовать настройки и оптимизацииЕсли ваш эскиз использует стандартные функции Arduino, миграция обычно проста.
Для тех, кто практикует низкоуровневое программирование, важно ознакомиться с уровнями HAL/LL RA4M1 и понять, что время и задержка Они отличаются от AVR. Они не «лучше» и не «хуже» по сути; они просто другие и более функциональны, поэтому разумно полагаться на поддерживаемые библиотеки и официальные примеры.
Распиновка и сопоставление выводов: на что следует обратить внимание при миграции
В самых последних материалах вы увидите ссылки на Arduino UNO Распиновка R4 Minima и к классике «Распиновка Arduino UNO Р3”В дополнение «Схема расположения выводов микроконтроллера ATmega328» Для новичков в AVR. Эти руководства незаменимы при переносе проекта с версии R3 на R4.
Физическая схема (расположение разъема и нумерация контактов) сохраняется в R4, но внутреннее назначение периферийным устройствам Изменения, связанные с другим микроконтроллером. Если в R3 вы использовали прямой доступ к регистрам PORTx/DDR/PIN, в R4 вам придётся пересмотреть это или придерживаться слой абстракции от Arduino, чтобы избежать сюрпризов.
Как правило:
- Если ваш проект использует digitalWrite/analogRead и общие библиотеки, миграция на R4 будет плавной.
- Если бы вы были бит-бэнгером или контролировали очень плотный график, тест и профиль, поскольку частота и таймеры меняются.
- Если вы подключаете новые периферийные устройства (например, 12-битный ЦАП или CAN), полагайтесь на официальные примеры R4.
R3 или R4 для монитора качества воздуха с Bluetooth
Давайте рассмотрим реальный случай: вы хотите собрать самодельный измеритель качества воздуха, который будет отправлять данные на ваш мобильный телефон через БлютузЗдесь разумный выбор сэкономит вам время и дополнительные аксессуары.
В лице Arduino UNO R3 У вас нет встроенного радио. Для Bluetooth необходимо добавить внешний модуль (например, HM-10 для BLE или HC-05/06 для классического Bluetooth). Это возможно и недорого, но придётся смириться. проводка, электроснабжение и библиотеки модуля, а также оперативной памяти R3 (2 КБ) может оказаться недостаточно, если вы объединяете несколько датчиков с обработкой.
В лице Arduino UNO R4 Минимумы У вас также нет встроенного радио. Преимущество в том, что переход на 32 бита и 32 КБ SRAM Они предоставляют вам пространство для вычислений (скользящие средние значения, фильтры, смещения) и позволяют без проблем работать с более «болтливыми» датчиками, но вам все равно понадобится внешний модуль BLE для отправки данных на мобильный телефон.
В лице Arduino UNO R4 Wi-Fi дело упрощается: принесите Wi-Fi и Bluetooth с низким энергопотреблением Благодаря модулю Espressif S3, который входит в стандартную комплектацию, вы можете публиковать показания через Bluetooth или загружать их по Wi-Fi без дополнительного оборудования. Кроме того, небольшой Светодиодная матрица 12×8 Позволяет отображать значок или уровень CO₂/PM без использования внешних дисплеев.
Что порекомендовать? Если ваши требования... да или да встроенный BluetoothСамый простой и понятный вариант — UNO R4 WiFi. Если бюджет ограничен, и вы можете обойтись внешним модулем BLE, R4 Minima предлагает вычислительную мощность за меньшие деньги. R3 тоже неплохой вариант, но у него меньше памяти, и к библиотекам нужно относиться строже.
В типичных датчиках качества воздуха (PM, VOC, температура/влажность/давление) возможны комбинации, такие как ПМС7003/5003 для частиц с BME280 или SHT31 для датчика окружающей среды и летучих соединений (например, CCS811 или SGP30) работают хорошо. В BLE используйте периодические передачи с компактными кадрами, чтобы избежать перегрузки; а если вы используете Wi-Fi, рассмотрите MQTT или простой HTTP. R4 упрощает это благодаря больший объем флэш-памяти и SRAM.
Производительность, потребление и опыт разработки
Переход с 8 на 32 бит с Cortex-M4 на частоте 48 МГц означает больше инструкций за цикл, собственные 32-битные операции а также улучшенная обработка прерываний и периферийные устройства прямого доступа к памяти (DMA), что снижает нагрузку на ЦП при выполнении задач ввода-вывода и обработки.
В опыте разработки наличие SWD для отладки В R4 это имеет значение, если вы хотите добиться повышения качества: точки останова, проверка памяти, трассировки... Это инструменты, которые ранее были менее доступны в R3 без дополнительного оборудования.
Когда имеет смысл продолжать использовать R3?
Если у вас уже есть прочная основа в AVR/ATmega328PВаши проекты будут работать без сбоев даже при 2 КБ ОЗУ, а библиотеки, специфичные для этой экосистемы, будут зависеть от R3. Arduino подтвердила, что не прекратит это, так что предстоит еще долгий путь.
Это также полезно в обучении, когда вы хотите объяснить 8-битную архитектуру и низкоуровневые концепции Тесно привязан к AVR. И, конечно же, если у вас есть арсенал шилдов и шаблонов, разработанных специально для R3, не стоит торопиться с миграцией.
Для всего остального R4 предлагает взаимосвязь преимущества/цена очень трудно игнорировать, особенно на Minima, и это универсальное решение, если вы выбираете WiFi с включенным BLE.
В целом, семья UNO знала, как модернизироваться, не теряя своей сути: с R3 У вас по-прежнему есть бомбическая простота и совместимость, и с R4 Вы получаете мощность, память и новые возможности, такие как ЦАП, CAN, HID и опциональные возможности подключения, сохраняя при этом классический форм-фактор и экосистему шилдов. Если ваш проект — это измеритель качества воздуха с Bluetooth, прямой путь — UNO R4 WiFi; если вы предпочитаете ограничить бюджет, UNO R4 Minima с модулем BLE обеспечит вам достаточный вычислительный потенциал, а R3 по-прежнему актуален, если вы контролируете использование памяти и согласитесь добавить внешний радиомодуль.
