برد ARM آردوینو Due

برد آردوینو Due مبتنی بر میکروکنترلرهای خانواده Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 است. این برد به عنوان اولین برد آردوینو مبتنی بر پردازنده های  ARM 32 بیتی شناخته می شود.ویژگی اصلی برد آردوینو Due بهره گیری از تراشه 32 بیتی قدرتمند SAM3X8E ساخت ATMEL می باشد که بر پایه معماری ARM Cortex M3 با فرکانس 84MHz بنا شده است. برد آردوینو Due دارای 54 پین دیجیتال ورودی/خروجی (پشتیبانی 12 پایه از PWM)، 12 ورودی آنالوگ، 4 پورت UARTs (پورت های سریال سخت افزاری)، یک نوسان ساز 84 مگاهرتزی،یک DAC (دیجیتال به آنالوگ)، 2 عدد TWI، یک پاور جک، یک SPI header، یک JTACG header، یک دکمه ریست و یک دکمه Earse می باشد.

برد آردوینو Due بر خلاف دیگر بردهای آردوینو با ولتاژ 3.3 ولت کار می کند. یعنی حداکثر ولتاژ پین های ورودی و خروجی 3.3 ولت می باشد. هر گونه اعمال ولتاژ دیگر مثل 5 ولت می تواند باعث سوختن برد شود. از این برد در ساخت سیستم اتوماسیون خانگی، دستگاه های هوشمند، دستگاه های CNC و پروژه های صنعتی و نیمه صنعتی نیز استفاده می شود.

برد Arduino Due یکی از قوی‌ترین بردهای خانواده آردوینو است که بر پایه میکروکنترلر 32 بیتی ATSAM3X8E با هسته ARM Cortex-M3 ساخته شده. این برد با فرکانس 84 MHz، توان پردازشی بالایی ارائه می‌دهد و نسبت به بردهایی مثل Uno و Mega که از میکروکنترلرهای 8 بیتی استفاده می‌کنند، بسیار سریع‌تر و پیشرفته‌تر عمل می‌کند. دارای 54 پین دیجیتال (12 عدد PWM)، 12 ورودی آنالوگ و 2 خروجی DAC واقعی است. حافظه داخلی آن شامل 512KB فلش و 96KB SRAM می‌باشد. این برد از ارتباطات متنوعی مانند SPI، I2C، CAN و 4 پورت سریال واقعی پشتیبانی می‌کند و با 2 پورت USB (یکی برای برنامه‌ریزی و دیگری برای USB Host) عرضه می‌شود. تنها نکته مهم، ولتاژ کاری 3.3 ولت آن است که نیاز به دقت در اتصال ماژول‌ها و سنسورها دارد.

مشخصات

• میکروکنترلر: AT91SAM3X8E
• ولتاژ کاری: 3.3 ولت
• ولتاژ ورودی: 5-9 ولت
• پین ورودی/خروجی دیجیتال: 54 (که 12 عدد خروجی PWM را ارائه می دهند)
• پین های ورودی آنالوگ: 12
• پین های خروجی آنالوگ: 2 (DAC)
• مجموع جریان خروجی DC در تمام خطوط ورودی/خروجی: 130 میلی آمپر
• جریان DC برای پین 3.3 ولت: 800 میلی آمپر
• فلش مموری: 512 کیلوبایت همه برای برنامه های کاربر در دسترس است
• SRAM : کیلوبایت 96
• سرعت ساعت: 84 مگاهرتز

مزایای هسته ARM:

برد Due یک هسته ARM 32-bit دارد که می تواند بر بردهای میکروکنترلر 8 بیتی غالب شود. برجسته ترین تفاوتهای آنها عبارتند از:

• یک هسته 32 بیتی، که عملیات را روی داده های 4 بایتی درون یک کلاک CPUی تکی فراهم می کند.
• کلاک CPU با فرکانس 84 مگاهرتز.
• 96 کیلوبایت حافظه SRAM.
• 512 کیلوبایت حافظه فلش برای کد.
• یک کنترلر DMA که می تواند جهت انجام وظایف فشرده، به CPU کمک کند.

کاربردهای رایج

برد Arduino Due به‌دلیل توان پردازشی بالا، تعداد زیاد پین‌ها و قابلیت‌های ارتباطی متنوع، در پروژه‌های پیشرفته و سنگین کاربرد گسترده‌ای دارد. استفاده از پردازنده 32 بیتی با فرکانس بالا، این برد را به گزینه‌ای ایده‌آل برای اجرای پروژه‌هایی تبدیل کرده که بردهای معمولی مانند Uno یا Mega از پس آن‌ها بر نمی‌آیند. همچنین وجود پورت USB Host، خروجی DAC و پورت‌های سریال متعدد، دست کاربر را برای طراحی سیستم‌های پیچیده کاملاً باز می‌گذارد.

• کنترل پرینترهای سه‌بعدی حرفه‌ای و دستگاه‌های CNC
• پروژه‌های موسیقی دیجیتال، پردازش صدا و ساخت سینتی‌سایزر
• ارتباط با تجهیزات USB مانند کیبورد و ماوس
• ساخت رابط‌های کاربری گرافیکی (GUI) با نمایشگرهای لمسی و TFT
• پروژه‌های اینترنت اشیاء (IoT) با حجم بالای پردازش
• سیستم‌های کنترل صنعتی و مانیتورینگ پیشرفته
• پردازش بلادرنگ داده‌های سنسورهای پیچیده (IMU، دوربین، GPS و ...)
• پروژه‌های رباتیک حرفه‌ای با نیاز به کنترل دقیق و سریع موتور

پین اوت 

• دیجیتال (Digital I/O):

پین‌های D0 تا D53 (12 عدد از آن‌ها قابلیت PWM دارند)

• ورودی آنالوگ (Analog In):

A0 تا A11 (12 کانال 12 بیت)

• خروجی آنالوگ (DAC):

DAC0 و DAC1 (تولید سیگنال آنالوگ واقعی)

• پورت‌های سریال (UART):

Serial: D0 (RX), D1 (TX)
Serial1: D19 (RX1), D18 (TX1)
Serial2: D17 (RX2), D16 (TX2)
Serial3: D15 (RX3), D14 (TX3)

• SPI:

روی کانکتور ICSP موجود است (پین‌های اختصاصی SCK, MISO, MOSI)

• I2C:

SDA: D20
SCL: D21

• USB:

Native USB Port (برای USB Host و ارتباط مستقیم)
Programming USB Port (برای آپلود کد)

• پین‌های تغذیه:

VIN، 3.3V، GND، IOREF، RESET

• پین‌های ویژه:

CAN Bus (روی پین‌های مخصوص برای پروژه‌های خودرویی)
پین‌های TWI، PWM، و Interrupt (در نقاط مختلف تعریف‌شده)

مزایا

برد Arduino Due با توجه به ساختار 32 بیتی و امکانات پیشرفته‌ای که دارد، نسبت به سایر بردهای آردوینو مزایای قابل‌توجهی ارائه می‌دهد. این مزایا باعث شده که Due برای پروژه‌های حرفه‌ای و نیازمند پردازش بالا انتخاب اول بسیاری از توسعه‌دهندگان باشد.

• پردازنده قدرتمند ARM Cortex-M3: سرعت پردازش بالا با فرکانس 84 MHz که اجرای هم‌زمان چند عملیات را ممکن می‌سازد.
• حافظه داخلی زیاد: 512 KB حافظه فلش برای برنامه‌نویسی و 96 KB SRAM برای متغیرها، مناسب برای پروژه‌های پیچیده و سنگین.
• پشتیبانی از USB Host: امکان اتصال مستقیم دستگاه‌هایی مانند موس، کیبورد، فلش و حتی تلفن همراه.
• چهار پورت UART مستقل: مناسب برای پروژه‌هایی که نیاز به ارتباط سریال هم‌زمان با چند ماژول دارند (مثلاً GPS، GSM، بلوتوث و ...).
• وجود DAC واقعی: برخلاف اکثر آردوینوها، دو خروجی آنالوگ واقعی برای تولید سیگنال‌های آنالوگ پیوسته در اختیار دارید (مثلاً برای تولید صدا).
• پورت‌های ارتباطی متنوع: شامل SPI، I2C، CAN، UART که طیف وسیعی از سنسورها و ماژول‌ها را پشتیبانی می‌کند.
• مناسب برای رابط‌های گرافیکی: توانایی اتصال به نمایشگرهای گرافیکی مثل TFT و پردازش سریع داده‌های تصویری.
• مصرف بهینه و کار با 3.3 ولت: مناسب برای کار با سنسورها و ماژول‌های کم‌مصرف مدرن که با ولتاژ پایین کار می‌کنند.
• برنامه‌نویسی و توسعه آسان در Arduino IDE: با وجود قدرت بالا، همچنان با محیط آشنا و ساده آردوینو قابل برنامه‌ریزی است.

راه اندازی اولیه 

برای استفاده از Arduino Due، باید مراحل راه‌اندازی اولیه آن را طی کنید تا بتوانید به‌درستی برنامه‌ها را روی برد آپلود و اجرا کنید. برخلاف بردهایی مثل Uno، این برد دارای دو پورت USB است و از معماری ARM استفاده می‌کند، بنابراین نیاز به انتخاب برد و پورت مناسب در Arduino IDE دارد.

مراحل راه‌اندازی اولیه Arduino Due

• نصب Arduino IDE:

اگر از قبل نصب نکردید، آخرین نسخه Arduino IDE را از سایت رسمی دانلود و نصب کنید:

• نصب پکیج پشتیبانی Arduino Due:

چون Arduino Due بر پایه معماری ARM است، باید پکیج مربوط به آن را در Arduino IDE نصب کنید:
وارد منوی Tools > Board > Boards Manager شوید.
در نوار جستجو، عبارت SAM را وارد کنید.
Arduino SAM Boards (32-bits ARM Cortex-M3) را پیدا کرده و روی Install کلیک کنید.

• انتخاب برد و پورت مناسب:

از منوی Tools > Board گزینه Arduino Due (Programming Port) را انتخاب کنید.
برد را با کابل Micro USB به کامپیوتر وصل کرده و از Tools > Port پورت مناسب را انتخاب کنید (معمولاً با عنوان COM و نام Arduino Due مشخص می‌شود).

توجه: برای آپلود برنامه، از Programming Port استفاده کنید. Native Port برای ارتباط USB Host و عملیات خاص دیگر کاربرد دارد.

• تست اولیه با برنامه Blink:

از مسیر File > Examples > 01.Basics > Blink برنامه تست LED را باز کنید.
روی آیکن Upload کلیک کنید تا برنامه روی برد آپلود شود.
LED متصل به پین 13 باید شروع به چشمک زدن کند.

• رفع مشکلات احتمالی:

اگر برنامه آپلود نشد، از درستی اتصال کابل USB، انتخاب پورت صحیح و نصب کامل پکیج SAM مطمئن شوید.
درایورها معمولاً به‌صورت خودکار نصب می‌شوند، ولی در ویندوزهای قدیمی‌تر ممکن است نیاز به نصب دستی باشد.

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

سؤالات متداول 

1. آیا می‌توان شیلدهای آردوینو Uno یا Mega را روی Arduino Due نصب کرد؟

بله، از نظر ابعاد و چینش پین‌ها سازگاری دارد، اما باید دقت کنید که برد Due با ولتاژ 3.3V کار می‌کند و شیلدهایی که فقط با 5V سازگارند ممکن است به برد آسیب بزنند.

2. آیا می‌توان وسایل 5 ولتی را مستقیماً به پین‌های I/O Arduino Due وصل کرد؟

خیر، اتصال مستقیم 5V به پین‌های I/O که با 3.3V کار می‌کنند می‌تواند باعث سوختن برد شود. برای این کار باید از Level Shifter یا تقسیم مقاومتی استفاده کرد.

3. تفاوت Native Port و Programming Port چیست؟

Programming Port: برای آپلود کدها از طریق بوت‌لودر و ارتباط سریال با کامپیوتر.
Native Port: قابلیت USB Host دارد و می‌توان از آن برای اتصال وسایلی مثل کیبورد، فلش و ... استفاده کرد.

4. آیا Arduino Due حافظه EEPROM داخلی دارد؟

خیر، برخلاف بسیاری از بردهای دیگر آردوینو، Due فاقد EEPROM داخلی است. برای ذخیره اطلاعات دائمی باید از حافظه‌های خارجی مثل SD Card یا EEPROMهای I2C استفاده کرد.

5. چرا Arduino Due در پروژه‌های صوتی و گرافیکی بیشتر استفاده می‌شود؟

به‌دلیل داشتن خروجی آنالوگ واقعی (DAC)، حافظه زیاد، و پردازنده 32 بیتی با سرعت بالا، این برد برای تولید صدا، پردازش موج، یا نمایش تصاویر و رابط گرافیکی بسیار مناسب است.

6. آیا می‌توان از Arduino Due در پروژه‌های صنعتی استفاده کرد؟

بله، به‌خصوص در مواردی که نیاز به چند ارتباط هم‌زمان (UART, I2C, SPI) و پردازش بلادرنگ دارید. البته باید از محافظ ولتاژ و طراحی دقیق برای جلوگیری از آسیب الکتریکی استفاده شود.

جمع‌ بندی

برد Arduino Due یکی از پیشرفته‌ترین و قدرتمندترین بردهای خانواده آردوینو است که بر پایه معماری 32 بیتی ARM Cortex-M3 طراحی شده. با دارا بودن پردازنده پرسرعت 84 MHz، حافظه‌ی داخلی بالا، پورت‌های ارتباطی متنوع (SPI, I2C, UART, CAN)، خروجی آنالوگ واقعی (DAC) و پشتیبانی از USB Host، این برد گزینه‌ای ایده‌آل برای پروژه‌های سنگین، بلادرنگ و حرفه‌ای محسوب می‌شود.در مجموع، اگر نیاز به بردی با پردازش سریع، حافظه زیاد، ارتباطات هم‌زمان و توانایی اجرای پروژه‌های گرافیکی، صوتی یا صنعتی دارید، Arduino Due انتخابی بسیار مناسب و آینده‌نگرانه است.

تنها نکته‌ای که باید با دقت به آن توجه داشت، ولتاژ کاری 3.3 ولت این برد است که در صورت بی‌توجهی، می‌تواند باعث آسیب به میکروکنترلر شود.

Introduction

The Arduino Due is a microcontroller board based on the Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU. It is the first Arduino board based on a 32-bit ARM core microcontroller. It has 54 digital input/output pins (of which 12 can be used as PWM outputs), 12 analog inputs, 4 UARTs (hardware serial ports), a 84 MHz clock, an USB OTG capable connection, 2 DAC (digital to analog), 2 TWI, a power jack, an SPI header, a JTAG header, a reset button and an erase button.

Specification

Microcontroller:AT91SAM3X8E
Operating Voltage: 3.3V
Input Voltage (recommended): 5-9V
Digital I/O Pins: 54 (of which 12 provide PWM output)
Analog Input Pins: 12
Analog Output Pins: 2 (DAC)
Total DC Output Current on all I/O lines: 130 mA
DC Current for 3.3V Pin: 800 mA
DC Current for 5V Pin: 800 mA
Flash Memory: 512 KB all available for the user applications
SRAM: 96 KB (two banks: 64KB and 32KB)
Clock Speed: 84 MHz
Length: 101.52 mm
Width: 53.3 mm
Weight: 36 g