برد آردوینو Arduino UNO R3

توضیحات

برد Arduino UNO R3 یکی از پایه‌ای‌ترین و در عین حال پرکاربردترین بردهای توسعه دنیای آردوینو است. این برد بر پایه میکروکنترلر ATmega328P طراحی شده و به‌دلیل سادگی، سازگاری گسترده با انواع شیلدها و ماژول‌ها و منابع آموزشی بی‌شمار، گزینه اول برای تازه‌کارها، دانشجویان، مهندسان و طراحان سیستم‌های تعبیه‌شده محسوب می‌شود.

UNO R3 به‌صورت پیش‌فرض مجهز به میکروکنترلر ATmega328P و مبدل USB به سریال ATmega16U2 (یا در نسخه‌های CH340G) است. از طریق پورت USB هم تغذیه می‌شود و هم برنامه‌ریزی. طراحی برد به‌گونه‌ای است که اکثر شیلدهای توسعه مثل شیلد موتور، نمایشگر، وای‌فای و بلوتوث، بدون نیاز به سیم‌بندی پیچیده قابل نصب هستند. این یعنی سرعت در توسعه، کاهش خطای اتصال، و راحتی در آموزش. (مشاهده بردهای خانواده آردوینو Arduino)

مشخصات

برد آردوینو UNO R3 بر پایه‌ی میکروکنترلر ATmega328P طراحی شده و دارای معماری 8 بیتی با فرکانس کاری 16MHz است که برای پردازش اغلب پروژه‌های سبک تا متوسط کاملاً کافی‌ست. از حافظه 32KB فلش برای ذخیره‌ی کد پشتیبانی می‌کند (0.5KB آن برای بوت‌لودر رزرو شده)، 2KB SRAM برای اجرای برنامه و 1KB EEPROM برای ذخیره داده‌های دائمی دارد.ولتاژ کاری برد 5 ولت است، اما می‌تواند از طریق جک DC یا پین VIN با ولتاژ 7 تا 12 ولت نیز تغذیه شود. همچنین خروجی 3.3 ولت تثبیت‌شده برای ماژول‌هایی مثل nRF24L01 هم فراهم شده. حداکثر جریان عبوری از هر پین 40 میلی‌آمپر است، که باید در طراحی رعایت شود.

مشخصات کامل برد آردوینو UNO R3 به شرح زیر می باشد :

• میکروکنترلر: ATmega328P
• ولتاژ کاری: 5 ولت
• ولتاژ ورودی (توصیه می شود): 7-12 ولت
• پین های ورودی/خروجی دیجیتال: 14 (که 6 عدد خروجی PWM را ارائه می‌کنند)
• پین های ورودی آنالوگ: 6
• جریان DC در هر پایه ورودی/خروجی: 40 میلی آمپر
• جریان DC برای پین 3.3 ولت: 50 میلی آمپر
• حافظه فلش: 32 کیلوبایت (ATmega328P)
• SRAM  برابر دو کیلوبایت (ATmega328P)
• EEPROM برابر یک کیلو بایت
• سرعت فرکانس: 16 مگاهرتز

کاربردهای برد آردوینو UNO R3

UNO R3 برای ورود به دنیای برنامه‌نویسی و الکترونیک بهترین نقطه شروع است. اصلی‌ترین کاربرد این برد در آموزش و تست اولیه ایده‌هاست، اما قابلیت اجرای پروژه‌های جدی و نیمه‌صنعتی را هم دارد. نمونه چندین کاربرد ساده از این برد را می‌توانید در زیر مطالعه نمایید.

• کنترل نور و LEDها: مثل ساخت رقص نور، چراغ خواب هوشمند، یا نورپردازی دکوراتیو
• پروژه‌های خانه هوشمند: کنترل وسایل از طریق بلوتوث، ریموت یا سنسورها (مثلاً روشن شدن چراغ با تشخیص حرکت)
• رباتیک مقدماتی: کنترل سروو و موتورهای DC برای ربات‌های دوچرخ، بازوی رباتیک یا ربات تعقیب‌خط
• سیستم‌های مانیتورینگ: نمایش دما، رطوبت، سطح آب، کیفیت هوا با LCD و سنسورها
• پروژه‌های IoT: اتصال به ماژول وای‌فای مثل ESP01 یا ESP8266 و ارسال دیتا به اینترنت
• دیتالاگرها و ثبت اطلاعات: ذخیره‌سازی داده‌ها در کارت SD یا EEPROM
• کنترل صنعتی سبک: مثلاً کنترل سرعت فن، سطح مایع یا آلارم سنسورها

پین‌اوت‌ها در Arduino UNO R3

پین‌اوت برد UNO به‌صورت بسیار استاندارد طراحی شده و هماهنگ با شیلدهای مختلف است. هر دسته پین وظیفه خاصی دارد:

• پین‌های دیجیتال: از 0 تا 13 که برای ورودی/خروجی دیجیتال (مثل روشن/خاموش) کاربرد دارند
• پین‌های PWM: شامل 3، 5، 6، 9، 10، 11 برای کنترل شدت نور یا سرعت موتور با سیگنال شبه آنالوگ
• پین‌های آنالوگ: A0 تا A5 برای خواندن ولتاژ سنسورهای آنالوگ، مثل NTC یا فتوسل و غیره
• پین‌های I2C: A4 (SDA) و A5 (SCL) برای ارتباط با ماژول‌هایی مثل LCD کاراکتری یا RTC
• پین‌های SPI: پین‌های 10 تا 13 برای ارتباط با SD Card، ماژول NRF24L01 و غیره
• پین تغذیه: VIN برای ورودی، 5V و 3.3V خروجی، و چند پین GND برای زمین
• پین RESET: برای ریست کردن میکروکنترلر به صورت دستی

نکته: اکثر ماژول‌ها یا از پین‌های I2C استفاده می‌کنند یا آنالوگ، و UNO به راحتی چند ماژول را همزمان پشتیبانی می‌کند.

مزایای استفاده از Arduino UNO

برد Arduino UNO یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین بردهای امبدد (embedded) در دنیای آموزش، تحقیق و حتی نمونه‌سازی صنعتی است. در مقایسه با سایر بردهای امبدد مانند ESP32، STM32، Raspberry Pi و دیگر میکروکنترلرها، استفاده از Arduino UNO مزایایی دارد که در ادامه به صورت دقیق بررسی می‌شود:

• مناسب برای مبتدی تا حرفه‌ای: رابط نرم‌افزاری ساده، اما قدرت اجرای پروژه‌های سطح بالاتر را دارد
• جامعه کاربری بزرگ و فعال: تقریباً برای هر ایده‌ای یک آموزش، کد و کتابخانه آماده وجود دارد
• قیمت مناسب: نسخه‌های اقتصادی با آی‌سی CH340 برای خریدهای انبوه آموزشی بسیار مقرون‌به‌صرفه‌اند
• سازگاری با اکثر ماژول‌ها: ده‌ها نوع سنسور و شیلد با این برد تست شده‌اند و به راحتی نصب می‌شوند
• بدون نیاز به پروگرامر: فقط با کابل USB برنامه‌ریزی و تغذیه می‌شود
• سازگاری کامل با شیلدها: به‌خاطر استاندارد بودن پین‌آوت، می‌توان به‌سرعت شیلد جدید اضافه کرد

راه‌اندازی اولیه Arduino UNO R3

• نصب نرم‌افزار Arduino IDE: از لینک رسمی Arduino IDE نرم‌افزار را دانلود و نصب کنید. در صورت تمایل می‌توانید از نسخه آنلاین (Web Editor) نیز استفاده کنید.
• اتصال برد به کامپیوتر: با کابل USB نوع B برد را وصل کنید. اگر برد شما از مبدل CH340 استفاده می‌کند، درایور مربوطه را از اینجا دانلود و نصب کنید.
• شناسایی پورت و انتخاب برد: در Arduino IDE از مسیر Tools > Board گزینه “Arduino UNO” را انتخاب کنید. سپس از Tools > Port پورتی را که آردوینو به آن وصل شده انتخاب کنید.
• تست اولیه با برنامه‌ی Blink: از مسیر File > Examples > Basics > Blink فایل نمونه را باز کرده و روی Upload کلیک کنید. اگر LED داخلی برد (پین 13 ) شروع به چشمک زدن کرد، یعنی همه چیز درست است.
• شروع پروژه‌ها:الآن می‌توانید به راحتی سنسورها، نمایشگرها و ماژول‌هایی مثل ماژول رله، بلوتوث HC-05، یا LCD کاراکتری را به آن متصل کرده و پروژه دلخواهتان را بسازید.

شماتیک کامل Arduino UNO R3

شیلدهای آردوینو چیستند و چه کاربردی دارند؟

شیلدهای آردوینو (Arduino Shields) بردهای جانبی آماده‌ای هستند که برای گسترش قابلیت‌های برد آردوینو طراحی شده‌اند. این شیلدها مستقیماً روی بردهایی مانند Arduino Uno، Mega یا Leonardo نصب می‌شوند و بدون نیاز به سیم‌کشی پیچیده، امکانات جدیدی به برد اصلی اضافه می‌کنند.بسیاری از شیلدها قابل اتصال روی هم هستند (Stackable) و می‌توان چندین قابلیت را به‌صورت هم‌زمان به پروژه اضافه کرد، البته به شرط هماهنگی پین‌ها.

انواع پرکاربرد شیلدهای آردوینو

• Ethernet Shield : افزودن قابلیت شبکه و اتصال به اینترنت از طریق کابل LAN
• WiFi Shield: اتصال بی‌سیم به اینترنت
• Motor Driver Shield: کنترل موتورهای DC، استپ‌موتور و سروو
• LCD & Touch Screen Shield: نمایش اطلاعات روی نمایشگر و کنترل لمسی
• Relay Shield: کنترل تجهیزات ولتاژ بالا مانند لامپ یا پمپ
• GPS Shield: دریافت اطلاعات موقعیت‌یابی (طول و عرض جغرافیایی)
• Sensor Shield: اتصال آسان چند سنسور به برد آردوینو با پورت‌های آماده
• Data Logging Shield: ذخیره‌سازی داده‌ها روی کارت حافظه SD (مثلاً ثبت دمای محیط)

سؤالات متداول درباره برد Arduino UNO

1. بهترین برد آردوینو برای آموزش مقدماتی کدام است؟

برد Arduino UNO R3 به‌عنوان شناخته‌شده‌ترین مدل آردوینو، انتخابی بسیار مناسب برای شروع یادگیری الکترونیک و برنامه‌نویسی میکروکنترلر است. این برد به دلیل طراحی ساده، مستندات آموزشی فراوان و سازگاری بالا با انواع ماژول‌ها، برای آموزش ابتدایی تا نیمه‌پیشرفته بسیار مناسب است.در مقابل، برد UNO SMD معمولاً از درایور CH340 به عنوان مبدل USB به سریال استفاده می‌کند که گاهی نصب آن روی برخی سیستم‌ها با مشکل همراه است. با این حال، به دلیل قیمت پایین‌تر، در بسیاری از آموزشگاه‌ها، مدارس و کارگاه‌های آموزشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. Arduino Uno SMD و Arduino Uno R3 چه تفاوتی دارند؟

برد Arduino UNO SMD نسخه‌ای از آردوینو است که تراشه اصلی آن (ATmega328P) به‌صورت SMD (نصب سطحی) روی برد لحیم شده و قابل تعویض توسط سوکت نیست. این مدل معمولاً از مبدل CH340 برای ارتباط USB استفاده می‌کند.در مقابل، برد Arduino UNO R3 DIP از تراشه‌ی DIP با سوکت استفاده می‌کند که تعویض آن آسان‌تر است و مبدل USB آن معمولاً ATmega16U2 است که پایداری و سازگاری بیشتری با سیستم‌های مختلف دارد.

3. چه تفاوت‌هایی بین Arduino Uno SMD و Arduino Uno R3 وجود دارد؟

• بردهای Arduino Uno SMD و Arduino Uno R3 از نظر عملکرد کلی و امکانات پایه‌ای تقریباً یکسان هستند، اما در برخی جزئیات سخت‌افزاری تفاوت‌هایی دارند که در انتخاب میان آن‌ها مؤثر است.
• نخستین تفاوت مربوط به نوع تراشه‌ی اصلی آن‌هاست. در مدل Arduino Uno R3، آی‌سی ATmega328P به‌صورت DIP (Dual Inline Package) روی برد قرار گرفته و در سوکت نصب شده است. این ویژگی باعث می‌شود بتوان آن را در صورت آسیب‌دیدگی یا نیاز به برنامه‌ریزی خارجی، به راحتی از برد جدا و تعویض کرد. اما در نسخه‌ی SMD، همین تراشه به صورت SMD (Surface Mount Device) روی برد لحیم شده و قابل تعویض نیست، که تعمیر آن را دشوارتر می‌کند.
• تفاوت مهم دیگر در نوع مبدل USB به سریال است. در Arduino Uno R3 از تراشه ATmega16U2 استفاده شده که دارای عملکرد پایدارتر و سازگاری بهتری با سیستم‌عامل‌های مختلف (ویندوز، مک، لینوکس) است. در مقابل، در نسخه‌های SMD معمولاً از تراشه‌ی CH340 یا ATmega8U2 استفاده می‌شود که گرچه عملکرد مناسبی دارد، اما گاهی نیاز به نصب دستی درایور دارد، به‌ویژه در ویندوز.
• از نظر کیفیت ساخت نیز معمولاً مدل‌های مبتنی بر ATmega16U2 (نسخه R3 اورجینال) کیفیت بالاتری دارند، در حالی که نسخه‌های SMD بیشتر توسط تولیدکنندگان متفرقه تولید می‌شوند و برای کاهش هزینه در آموزشگاه‌ها یا تولید انبوه استفاده می‌شوند.
• در نهایت، تفاوت قیمت نیز قابل توجه است. مدل‌های SMD معمولاً ارزان‌تر هستند، ولی در مقابل مدل R3 با تراشه DIP از لحاظ کارایی و سازگاری در بلندمدت انتخاب مطمئن‌تری است، به‌خصوص برای کسانی که تازه شروع به یادگیری کرده‌اند یا امکان پشتیبانی نرم‌افزاری و فنی محدودی دارند.

4. آیا کدهای برنامه‌نویسی برای Arduino UNO SMD و R3 یکسان هستند؟

بله. هر دو برد از چیپ ATmega328P استفاده می‌کنند و زبان برنامه‌نویسی آن‌ها، زبان Arduino (مبتنی بر C/C++) است. بنابراین تمامی اسکچ‌ها، کتابخانه‌ها و برنامه‌هایی که برای یکی نوشته شده‌اند، بدون نیاز به تغییر روی دیگری نیز قابل اجرا هستند.

5. آیا UNO SMD و UNO R3 می‌توانند جایگزین یکدیگر باشند؟

بله. از نظر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری این دو برد تقریباً معادل یکدیگر هستند. بنابراین در اکثر پروژه‌ها می‌توان آن‌ها را به جای هم استفاده کرد. فقط در موارد خاص مانند نیاز به تعویض سریع آی‌سی اصلی یا استفاده در شرایط صنعتی، نسخه DIP (UNO R3) ترجیح داده می‌شود.

6. آیا هر دو مدل UNO قابلیت پشتیبانی از کتابخانه‌ها و ماژول‌های جانبی را دارند؟

کاملاً بله. هر دو مدل از مجموعه کامل پین‌های دیجیتال، آنالوگ، PWM، ارتباط I2C، SPI و UART برخوردار هستند. بنابراین بدون هیچ محدودیتی می‌توان از انواع سنسورها، ماژول‌ها (مثل GSM، GPS، OLED، رله و…) و شیلدهای آردوینو برای توسعه پروژه‌ها استفاده کرد.

جمع‌بندی نهایی

بردهای Arduino UNO، به ویژه دو نسخه‌ی R3 و SMD، به‌عنوان یکی از محبوب‌ترین بردهای میکروکنترلر، هم در حوزه آموزش و هم در نمونه‌سازی کاربرد گسترده‌ای دارند. هر دو مدل از نظر کارایی پایه‌ای تقریباً مشابه هستند و انتخاب بین آن‌ها بستگی به عواملی مانند بودجه، سطح کاربر و نیاز به تعمیرپذیری دارد.از مهم‌ترین نکات تفاوتی آن‌ها می‌توان به نوع تراشه‌ی پردازنده (DIP در برابر SMD)، نوع مبدل USB و قابلیت تعمیر اشاره کرد.ابعاد فیزیکی هر دو برد کاملاً یکسان است، همچنین محل قرارگیری پین‌ها و ترتیب آن‌ها نیز مشابه است. این موضوع باعث شده تمامی شیلدها و تجهیزات جانبی برای هر دو برد کاملاً سازگار باشند.
پیشنهاد ما: اگر در حال یادگیری آردوینو به‌صورت خودآموز هستید و با نصب درایورها مشکل دارید، حتماً از مدل UNO R3 (نسخه‌ی اورجینال یا DIP) استفاده کنید. در مقابل، اگر برای آموزش گروهی، مدارس یا دوره‌های کارگاهی به دنبال انتخاب اقتصادی هستید، UNO SMD با تراشه CH340 انتخاب مناسبی است.

Introduction

Arduino/Genuino Uno is a microcontroller board based on the ATmega328P (datasheet). It has 14 digital input/output pins (of which 6 can be used as PWM outputs), 6 analog inputs, a 16 MHz quartz crystal, a USB connection, a power jack, an ICSP header and a reset button. It contains everything needed to support the microcontroller; simply connect it to a computer with a USB cable or power it with a AC-to-DC adapter or battery to get started.. You can tinker with your UNO without worring too much about doing something wrong, worst case scenario you can replace the chip for a few dollars and start over again.

Specification

Microcontroller: ATmega328P
Operating Voltage: 5V
Input Voltage (recommended): 5-9V
Digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output)
PWM Digital I/O Pins: 6
Analog Input Pins: 6
DC Current per I/O Pin: 20 mA
DC Current for 3.3V Pin: 50 mA
Flash Memory: 32 KB (ATmega328P)
SRAM: 2 KB (ATmega328P)
EEPROM: 1 KB (ATmega328P)
Clock Speed: 16 MHz