Considerații privind sursa de alimentare a microcontrolerului pentru Arduino
Alimentarea unui Arduino are puțină magie. Nu mi-a fost evident când am început să lucrez cu ei, dar Arduinos are reglementări la bord. Profitând de acest lucru, permite cablarea sursei de alimentare mai lungi prin utilizarea unei surse de alimentare cu tensiune mai mare decât 5V sau 3,3V nominale necesare microcontrolerului (MCU) pentru nivelurile logice. Unele Arduino acceptă tensiunea de intrare de 6Vcc la 16Vcc, care este cu mult peste valoarea maximă a MCU, dar placa Arduino reglează cu precizie tensiunea de alimentare, precum și puterea suplimentară pentru perifericele Arduino. Am văzut ingineri veterani nedumerite cu privire la raționamentul din spatele alimentării unui Arduino de 3,3V cu o sursă de alimentare de 9Vdc până când le-a fost explicat.
Cerințe de alimentare cu microcontroler
Selectarea unei surse de alimentare adecvate pentru proiectele bazate pe microcontroler este adesea trecută cu vederea. În timp ce efortul concentrat și gândirea prealabilă pot fi în detaliile proiectului în sine, multe probleme de performanță și fiabilitate pot fi urmărite înapoi la selecția și conectivitatea sursei de alimentare. Familia de plăci de dezvoltare Arduino oferă soluții la aceste probleme, dar este ușor să greșiți fără a înțelege bine ce opțiuni sunt disponibile atunci când o proiectați. Nu este la fel de simplu ca a spune că un Arduino de 5V folosește o sursă de alimentare de 5Vdc, iar un Arduino de 3,3V folosește o sursă de alimentare de 3,3 Vdc.
Cerințe de alimentare Arduino
Mulți Arduino folosesc microcontrolerul ATmega328P. ATmega328 de la Microchip are o gamă largă de tensiuni Vcc acceptabile. (Vcc este tensiunea de alimentare DC reglementată necesară pentru a funcționa un IC și este adesea denumită tensiune de alimentare pentru IC-uri.) Cel mai frecvent, Arduinos sunt proiectate să funcționeze fie la o logică de nivel de 3,3 V pentru un consum redus de energie, fie la o logică de 5 V să fie compatibil cu dispozitivele logice TTL vechi. Exemplele furnizate mai jos se referă la dispozitive de 3,3 Vcc unde considerațiile sursei de alimentare sunt mai critice. Cu toate acestea, aceleași principii se aplică dispozitivelor de 5 Vcc.
Exemplu: Arduino Pro Mini
În primul rând, să presupunem un design de circuit care utilizează ceva de genul Arduino Pro Mini. Creșterea maximă a curentului Arduino este de 200mA. Este puțin probabil ca Arduino în sine să atragă 200mA, dar să presupunem că între Arduino și celelalte dispozitive conectate la acesta, acestea atrag un total de 200mA. Fișa tehnică ATmega328p arată că tensiunea minimă a unei logici ridicate la un pin este de 90% din Vcc. Astfel, dacă Vcc este de 3,3 Vdc, tensiunea minimă la un pin care va fi considerată o logică ridicată este de 0,9 * 3,3 Vdc = 2,97 Vdc. Orice valoare văzută la un pin digital sub 2,97 V se află într-un interval nedeterminat și va provoca rezultate imprevizibile din Arduino.
Există întotdeauna o anumită distanță între o sursă de alimentare și un Arduino. Cu cât este mai mare distanța, cu atât este mai mare pierderea de tensiune pe cablurile sursei de alimentare. Dar cât se pierde? Întrucât 26 AWG este o alegere obișnuită pentru cablarea circuitului cu putere redusă și se află pe capătul mai mic al gamei de indicatoare de sârmă, există mai puțin cupru. Mai puțin cupru înseamnă un cost mai mic. Stranded 26 AWG este o alegere bună datorită flexibilității de rutare a firelor. 26 AWG este suficient de mare încât să poată transporta un 2.2Amp pentru cablarea șasiului, ceea ce reprezintă de peste zece ori consumul de curent de 200mA pe care l-am specificat pentru consumul de curent maxim al Arduino pentru designul nostru. O sursă de alimentare de 3,3 Vcc și 26 AWG par o alegere excelentă, dar să aruncăm o privire mai atentă.
Pierderea liniei sursei de alimentare
Sârmele de calitate AWG 26 au o rezistență de 40,81 ohmi pe 1000 de picioare sau 40,81 miliohmi pe picior. Cu 200mA care curge prin firele sursei de alimentare, vom avea o cădere de tensiune pe fiecare fir, așa cum este investigat mai jos. Rețineți că trebuie să rulăm firul de la sursa de alimentare la Arduino și apoi să ne întoarcem din nou la partea negativă a sursei de alimentare. Putem vedea că, la zece picioare, am pierdut 5% din sursa noastră de 3,3 Vcc. La 20 de picioare, am pierdut aproape 10%. Această acțiune reduce tensiunea aplicată Arduino la doar 4,5V; limita inferioară a tensiunii noastre logice digitale maxime garantate.