Arduino 入門2 Lesson 01【外観とピン配置】Arduino UNO R4 Minima

Arduino 入門2
Lesson 01
【外観とピン配置】
Arduino UNO R4 Minima

こんにちは管理人のomoroyaです。

2023年6月に「Arduino UNO R4 Minima」が発売。

R3とR4の比較をしましたので、外観とピン配置も確認していきます。

「Arduino UNO R3」で解説しとのと同じように・・・

「Arduino UNO R4 Minima」でも解説。

本日は、番外編02 Arduino UNO R3 外観とピン配置です。arduinoの入門編を書いていて、arduino自体の説明をしたいと考えていました。やはり、arduino自身のことを理解しておいた方が良いですよね。ということで番外編…

Arduino入門編2では主に「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」を使った解説をしていきます。

R3と異なり、まだ安価な互換品が出ていません（2024年7月現在）ので正規品で遊んでいきます。

Arduino UNO R4 Minima [ABX00080] - Renesas RA4M1 - USB-C、CAN、DAC (12ビット)、OP AMP、SWDコネクター。

Arduino (アルドゥイーノ)

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Arduino UNO R4 Minimaの外観

「Arduino UNO R4 Minima」の外観図を下記に示します。

「Arduino UNO R4 Minima」の回路図、データシートは公開されています。

https://docs.arduino.cc/hardware/uno-r4-minima/

…

①Renesas RA4M1(Arm® Cortex®-M4)

R3からの変更点。

「Arduinno Uno R4 minima」の頭脳となるマイコン。

動作電圧　　　　　：5V
フラッシュメモリ　：256KB
SRAM　　　　　　：32KB
EEPROM　　　　　：8KB
クロック周波数　　：48MHｚ

補足
RTC(Real Time Clock)、ADC、DAC、OPAMP、CANの機能を備えており「Arduinno Uno R4 minima」にて使えるようになっている。

詳しい仕様については知りたい方は、「ルネサスエレクトロニクス株式会社」のサイトにてデータシートを参照ください。

ルネサスエレクトロニクス株式会社 (Renesas Electronics Corporation)

A global leader in microcontrollers, analog, power and SoC products, Renesas delivers trusted embedded design innovation…

②USBポート（Type-C）

R3からの変更点。

パソコンとの間で通信するためのUSB接続ポートです。

パソコンで作成したスケッチ（プログラム）をUNOに書き込みます。

USBを介した給電にも使われます。

③外部入力電源端子

R3から電圧範囲が変更。

外形5.5mm、内径2.1ｍｍのDCプラグを利用できます。

6V～24Vの範囲の電圧入力。

USBポートから給電している場合は電源の接続はいりません。

④Reset button

R3から変更なし。

UNOの再起動用のボタンです。プログラムの再実行、挙動が不安定になった場合なので押します。

⑤各種LED

R3から変更なし。

UNOの状態を確認するためのLEDです。

ON ：UNOに電源が供給されているときに点灯
L ：デジタル１３に接続され、デジタル１３がHigh=5Vの時に点灯
TX ：送信（PCにデータを送信している時に点灯）
RX ：受信（PCからデータを受信している時に点灯）

⑥スイッチングレギュレータ

R3からの変更点。

ルネサス製の降圧型レギュレータ「ISL854102」。

広範囲な入力電圧範囲：3V～40V
内部固定周波数（500kHz）または可変スイッチング周波数（300kHz～2MHz）
連続出力電流最大1.2A

スイッチングレギュレータを介して、マイコンの動作電圧である5Vに降圧します。

マイコンに電圧を供給するための回路です。

⑦ICSP(In Circuit Serial Programming)

R3からの変更点。

R3ではブートローダーの書き込みにICSP端子が使われていたがR4では使われない。

SPI通信の機能は残っている。

この端子を使わなくてもできるため、使うことはないでしょう。

⑧SWD(Serial Wire Debug)

R3からの変更点。

SWDコネクタ。

外部のデバッグツール（例：ルネサスのE2エミュレータ、SEGGERのJ-Linkなど）をArduino UNO R4に接続するために使用。

初級・中級レベルでは使うことはないだろう・・・。

Arduino UNO R4 Minima ピン配置と割り当て

ここでは、外観図に示したデジタルIO、アナログ出力などのピン配置およびピンの割り当てについて説明していきます。

デジタル入出力(0-13番ピン)

R3から変更なし。

いわゆるGPIO。

電圧をかけるときはHIGH(5V)とLOW(0V)の2値しか出力できず、電圧を読み取るときもHIGH or LOWしか認識できません。

使用コマンド：digitalRead(),digitalWrite()

アナログ出力(デジタル 3,5,6,9,10,11番ピン)

R3から変更なし。

GPIOのうち6本をPWMで利用可能です。

pinMode()で設定します。

電圧範囲は0V～5V。

使用コマンド：analogWrite()
範囲：0～255

CANピン(デジタル 4,5番ピン)

R3からの変更点。

主に自動車業界で使われいてるシリアル通信
ルネサス製RA4M1にCANコントローラ内蔵

CANバスは、2つの配線、CAN highとCAN lowを使用。

D5/CANRX0 (receive)
D4/CANTX0 (transmit)

アナログ入力(0-5番ピン)

R3からの変更点。

0V～5Vの電圧値を整数に変換して読み取ることができる。

R3では10bitの分解能固定であったが、R4では10bit/12bit/14bitから選択可能となった。

使用コマンド：analogRead()

DAC(アナログ 0番ピン)

R3からの変更点。

アナログ出力（DAC：最大12bitの分解能）が追加。

デフォルトの分解能は8bit。

分解能を変更したい場合は以下のコマンド。

12bitの場合
analogWriteResolution(12);

OPAMP(アナログ 1,2,3番ピン)

R3からの変更点。

OPAMP機能追加。

搭載されているRenesasのマイコン(RA4M1)の機能の1つ。

コモンモード入力範囲：0.2 V ～ 5 V (5.5 V -0.5 V)
ゲイン帯域幅：0.04 MHz(低消費電力モード)、1.7 MHz(High-speedモード)
オープンゲイン：120 dB

詳細はマイコンのデータシートにて確認できます。

入力電圧範囲

R3からの変更点。

入力電圧：6V～24V

R3では推奨入力電圧の12V以下であったがR4ではマイコン変更により範囲が広がった。

ピン負荷電流

R3からの変更点。

電流に関しては壊す要因になるため、必ず自分で公式サイトを確認してください。

8mA / IO（I/Oピンあたり）

データシートによると定格電流は・・・
※USB(Type-C)にて電源供給してデフォルトのファームウェアを実行している場合の平均電流

Min：29.71mA
Typ：33.39mA
Max：36.98mA

USBペリフェラルによるHID追加

R3からの変更点。

HID（Human Interface Device）。

・USBを介してマウスやキーボードとして動作することができる機能
・UNO R4を使えば、キーボードやマウスの動きをコンピュータに送信可能

Arduinoを入力デバイス(キボード、マウス）として使えるということ。

ピンの割り当て

外観図の右側ピンの割り当てについてです。

回路図を見れば接続先もわかりますので合わせて記載します。

※接続先は回路図確認中（しばしお待ちください）

ピン名	機能	Renesas RA4M1 (Arm® Cortex®-M4) 接続先（回路図参照）
SCL	I2C：シリアル通信に利用
SDA	I2C：シリアル通信に利用
AREF	アナログ入力用参照電位
GND
デジタル13	GPIO13 LのLEDに接続 SPI(SCK)
デジタル12	GPIO12 SPI(MISO)
デジタル11	GPIO11 アナログ出力、PWM、SPI(MOSI)
デジタル10	GPIO10 アナログ出力、PWM、SPI(SS)
デジタル9	GPIO9 アナログ出力、PWM
デジタル8	GPIO8
デジタル7	GPIO7
デジタル6	GPIO6 アナログ出力、PWM
デジタル5	GPIO5 アナログ出力、PWM、CAN
デジタル4	GPIO4 CAN
デジタル3	GPIO3 アナログ出力、PWM、割り込み
デジタル2	GPIO2 割り込み
デジタル1	GPIO1 Tx
デジタル0	GPIO0 Rx

外観図の左側ピンの割り当てについてです。

回路図を見れば接続先もわかりますので合わせて記載します。

※接続先は回路図確認中（しばしお待ちください）

ピン名	機能	Renesas RA4M1 (Arm® Cortex®-M4) 接続先（回路図参照）
BOOT	ブートローダー書き込み
IOREF	IOピン電圧レベル出力
RESET	リセット
3.3V出力	3.3V Power Rail
5V出力	5V Power Rail
GND
GND
Vin	外部電源
アナログ入力０	アナログ入力 DAC
アナログ入力１	アナログ入力 OPAMP＋
アナログ入力２	アナログ入力 OPAMP－
アナログ入力３	アナログ入力 OPAMP出力
アナログ入力４	アナログ入力 I2C：シリアル通信に利用
アナログ入力５	アナログ入力 I2C：シリアル通信に利用