uPesy One

Les Broches Entrées/Sorties logiques

Ces broches peuvent soit imposer une tension de 0V ou de 5V en sortie avec la fonction digitalWrite() , soit lire un niveau logique (0 ou 5V) via digitalRead() . On utilise la fonction pinMode() pour configurer la broche en sortie ou en entrée. Elles peuvent délivrer un courant de 40mA.

En plus de ces fonctions de base, la plupart des broches ont des fonctionnalités supplémentaires :

• PWM Les broches 3, 5, 6, 9, 10 et 11 peuvent générer une sortie PWM sur 8 bits avec la fonction analogWrite() . Cela permet d’avoir en sortie une tension variable comprise entre 0 et 5V

• Des bus de communications :

  • Port Série (UART) : 0 (RX ) and 1 (TX ). Ces broches sont utilisées pour recevoir (RX ) et transmettre (TX ) des données via un port série. Elles sont utilisées par la carte uPesy One en interne lorsqu’elle est branchée par USB avec l’ordinateur pour échanger des données.

  • SPI : 10 (CS ), 11 (MOSI ), 12 (MISO ), 13 (SCK ). Ces broches prennent en charge la communication SPI, qui permet de communiquer avec certains capteurs et modules (carte SD, Ecran LCD).

  • I2C : SDA & SCL . Ces broches prennent en charge le bus I2C, très utilisé pour communiquer avec des capteurs.

• Interruptions externes : Les broches 2 et 3 peuvent être configurées pour déclencher une interruption suite à un changement de niveau logique. Les interruptions permettent d’interrompre le programme principal suite à un événement externe (appui sur un bouton par exemple) et exécuter du code particulier pour gérer l’événement. S’utilise avec la fonction attachInterrupt() .

Les Broches d’entrée analogique

Les broches A0 → A5 se comportent comme un voltmètre simplifié : elles permettent de lire une tension analogique et de la convertir grâce à un convertisseur en nombre. Le convertisseur analogique à numérique (ADC) est sur 10 bits : une tension comprise entre 0 et 5V sera convertie en un nombre compris entre 0 et 1023.

Les Broches d’alimentation

• La broche 5V est une alimentation régulée de 5V qui peut être utilisée pour alimenter un circuit sur breadboard, des capteurs, des moteurs fonctionnant sous 5V.

• La broche 3.3V est une alimentation régulée de 3.3V qui peut être utilisée pour alimenter un circuit sur breadboard, des capteurs, des moteurs fonctionnant sous 3.3V.

• Les broches GND sont des broches qui sont reliées à la masse des alimentations, aux pôles négatifs - .

• La broche VIN permet d’alimenter la carte uPesy One par une source d’alimentation externe, différente de celle du port USB et de la prise jack. En pratique, on s’en sert peu souvent. Son interaction avec les autres modes d’alimentations est détaillée dans la section suivante.

Les autres broches

Ces dernières broches sont peu utilisées en pratique. Elles peuvent être utiles dans certains cas.

• RESET : Cette broche permet de redémarrer le microcontrôleur quand elle est reliée à la masse. Elle est reliée également au bouton RESET. Elle peut être utilisée pour avoir un bouton externe de RESET ou pour contrôler la carte uPesy One depuis un autre circuit.

• AREF : Tension de référence pour les entrées analogiques. Utilisée avec la fonction analogReference() .

• IOREF : Tension de référence pour les entrées numériques.

• Le connecteur ICSP : Les broches du connecteur à droite de la carte uPesy One permettent de relier un programmateur ICSP externe. En pratique, il est très peu utilisé (encore moins pour les débutants), d’autant plus que ces broches sont aussi accessibles depuis la rangée des broches. C’est pour cela que le connecteur n’est pas soudé sur la carte uPesy One. Il contient les broches suivantes, listées ligne par ligne : MISO , 5V , SCK , MOSI , RST et GND .

Tolérance en tension des broches

• Tout comme la carte Arduino UNO, la carte uPesy One fonctionne en 5V. Les niveaux logiques sont donc soit de 0V, soit 5V.

• La tension sur les broches d’entrée logiques et analogiques ne doit pas excéder 5V sous peine d’endommager le microcontrôleur de la carte.

Alimentation par USB

Le plus simple est d’alimenter la carte par USB en 5V, en la connectant à un ordinateur. On peut ensuite utiliser le pin 5V et 3.3V pour alimenter un montage électronique. En plus de l’alimentation, on pourra téléverser un programme sur la carte et recevoir des messages dans le moniteur série de l’Arduino IDE.

Alimentation externe : 2 possibilités

L’alimentation externe peut provenir soit d’un chargeur, d’une alimentation de laboratoire, d’une pile ou d’une batterie. L’alimentation externe peut être branchée à 2 endroits sur la carte uPesy One : la prise Jack ou la broche VIN . La tension doit être comprise entre 6V et 12V maximum .

En général, on utilise la prise jack avec un connecteur 2.1mm.

Cumuler plusieurs alimentations à la fois

La carte uPesy One a été prévue pour fonctionner correctement avec plusieurs alimentations branchées en même temps. C’est très pratique pour pouvoir communiquer avec la carte en USB même si elle est alimentée dans le projet par piles par exemple.

Les protections présentes

La carte uPesy One est équipée d’un fusible auto-réarmable qui protège votre carte et le port USB de votre ordinateur contre les courts-circuits et les surintensités. Même si la plupart des ordinateurs offrent leur propre protection interne, le fusible offre une couche supplémentaire de protection. Si une intensité supérieure à 500mA est appliquée au port USB, le fusible coupera le circuit automatiquement jusqu’à ce que le court-circuit ou la surcharge soit éliminé.

Les entrées des alimentations externes (VIN et la prise Jack) ont également des protections contre les inversions de polarités, si vous branchez par mégarde, l’alimentation dans le mauvais sens.

Le microcontrôleur ATMega328PB

La carte uPesy One se base sur un microcontrôleur ATMega328PB, la nouvelle version de l’ATMega328P utilisé sur les cartes Arduino classiques. Il a la particularité d’être rétro compatible : tout programme binaire écrit pour un ATMega328P fonctionnera également sur un ATMega328PB.

Ainsi, par défaut la carte uPesy One est vue exactement comme une carte Arduino UNO (basée sur l’ATMega328P). Cela permet une compatibilité totale avec les librairies et les outils de l’écosystème Arduino.

Malheureusement, le logiciel Arduino IDE ne permet pas “out-of-the-box” de compiler un programme pour l’ATMega328PB. Pour utiliser les périphériques supplémentaires, il faut installer des outils tiers (MiniCore par exemple). Vous pouvez regarder ce tutoriel qui explique comment programmer l’ATMega328PB depuis l’Arduino IDE grâce à MiniCore de MCUdude .

Par contre, il est intégré de base dans PlatformIO sur VSCode, bien qu’il utilise aussi MiniCore.

Caractéristiques techniques

• Microcontrôleur : ATMega328PB (qui peut se faire passer pour un ATMega328P)

• Fréquence CPU : 16 MHz (jusqu’à 20MHz)

• Mémoire Flash : 32 ko

• Mémoire RAM : 2 ko

• Mémoire EEPROM : 1 ko

• Connecteur USB-C

• Dimensions : 74 x 53 x 15 mm

• Interfaces (en mode ATMega328P) :

  • 3 Timers : 2x8-bit et 1x16-bit

  • 6 PWM

  • Bus séries : 1xUART, 1xI2C, 2xSPI

• Interfaces réelles (en mode ATMega328PB)

  • 5 Timers : 2x8-bit et 3x16-bit

  • 9 PWM (7 réellement utilisables)

  • Bus séries : 2xUART, 2xI2C, 2xSPI (soudure requise pour I2C et SPI)

Fonctionnement du téléversement d’un programme par USB

La carte uPesy One peut être programmée directement par USB. Puisque le microcontrôleur, ne supporte pas nativement l’USB, il doit y avoir un circuit supplémentaire pour jouer le rôle d’interprète. Il y a donc sur la carte uPesy One, un circuit intégré, le CP2102 de Silicon Labs, qui convertit l’USB en UART, compris par le microcontrôleur.

Il est nativement supporté sur Windows, MacOS et Linux. Il n’y a donc a priori pas besoin d’installer de drivers particuliers manuellement. Si besoin, il sera installé automatiquement en arrière-plan. Ceci dit en cas de problème, voici le lien vers le driver officiel du CP2102 .

Pour téléverser un programme depuis l’Arduino IDE, il faut une étape supplémentaire. En effet par défaut on peut ajouter un programme sur ATMega328xxx uniquement via le bus ISCP . C’est-à-dire qu’il faudrait avoir un programmateur externe pour flasher la carte. Heureusement, pour simplifier les choses, il est quand même possible de la programmer via USB grâce à un bootloader. C’est un tout petit programme dont le rôle sera de récupérer un sketch Arduino par USB et de l’exécuter sur le microcontrôleur.

Si par mégarde, vous supprimer ce bootloader, pas de panique, vous pouvez toujours le remettre en utilisant temporairement une autre carte Arduino. Vous pouvez consulter ce guide pour remettre le bootloader sur l’Arduino UNO (basé sur un Atmega328) .

v0.3 (Mai 2023)

Première version