Arduino 入門2 Lesson 02【外観とピン配置】Arduino UNO R4 WiFi

Arduino 入門2
Lesson 02
【外観とピン配置】
Arduino UNO R4 WiFi

こんにちは管理人のomoroyaです。

Arduino 入門編2 Lesson01にて「Arduino UNO R4 Minima」の外観とピン配置を解説しました。

Arduino 入門編2 Lesson02では「Arduino UNO R4 WiFi」の外観とピン配置を解説。

「Arduino UNO R4 WiFi」はMinimaにはない特徴を持っています。

例えば、下記の機能があげられます。

WiFi：802.11 b/g/nに対応
Bluetooth：Bluetooth 5.0対応
LED Matrix：12×8のLEDマトリクスが実装
→追加ハードウェアなしでボード上での視覚的な表示が可能！！
Qwiicコネクタ：多数のI2C互換モジュールが利用可能、プロトタイピングが容易に！！

ざっくり「Arduino UNO R4 Minima」との違いを一言で言うと・・・

機能はほぼ同じだが、「無線用機能および12×8のLEDマトリクスが追加」されていると思えばよし。

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 WiFiの外観

「Arduino UNO R4 WiFi」の外観図を下記に示します。

「Arduino UNO R4 WiFi」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-wifi/

…

①Renesas RA4M1(Arm® Cortex®-M4)

R3からの変更点。

頭脳部分は「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

「Arduinno Uno R4 WiFi」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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じくType-C。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ電圧範囲。

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

「Arduino Uno R4 WiFi」の独自機構あり。

UNOの状態を確認するためのLEDです。

下記はR3と同じLED表示。

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）

独自機能となる、12×８のLED Matrix。

各LEDを個別に制御できるため、文字や図形などの表現が可能
LED MATRIX EDITORを使用することで、簡単に点灯パターンの作成が可能

などなど、「Arduinno Uno R4 WiFi」の遊べる機能の１つです！！

⑥Wi-Fi・Bluetooth用マイコン

「Arduino Uno R4 WiFi」の独自機構。

名前の通り、無線通信機能。

Espressifの「ESP32-S32-MINI-1-N8」モジュールが搭載されています。

WiFi：802.11 b/g/nに対応
Bluetooth：Bluetooth5に対応

ファームウェアは最初から書き込まれています。

ユーザがすぐに遊べるように、ライブラリもあります！！

この通信機能をいかに使って遊ぶか？

それが、「Arduinno Uno R4 WiFi」で遊ぶための目標です。

通信機能使わないなら、MinimaでOK。

⑦ESP32用のデータ線

「Arduino Uno R4 WiFi」の独自機構。

搭載されている、ESP32モジュールはデータ線がボード上に存在します。

ESP32を再プログラムする場合は、図に示した⑦の部分を使用。

UARTパッド
3×2のピンヘッダ

詳細は公式ページ参照。

https://docs.arduino.cc/tutorials/uno-r4-wifi/cheat-sheet/

…

⑧ICSP(In Circuit Serial Programming)

R3からの変更点。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ機構。

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。

⑨Qwiicコネクタ

R3からの変更点。

「Arduino Uno R4 WiFi」の独自機構。

モジュールの接続に使用できる Qwiic/STEMMA コネクタを搭載。

これが実装されていることにより、ケーブルを使って、簡単にデバイスを接続可能！！

簡単に遊びたい人、はんだ付けをしたくない人にはもってこいの機構です。

また、I2C通信を使用することで、複数のI2Cデバイスをデイジーチェーン接続することが可能。

Arduino UNO R4 WiFi 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。

「Arduino UNO R4 Minima」と基本は同じですが、OFF制御ピンが「Arduino UNO R4 WiFi」には存在します。

OFF制御(OFF、GND、RTC)

「Arduino Uno R4 WiFi」の独自機構。

OFF：5V電源を制御するためのピン
→GNDに接続することで電源を遮断
→VINピン、DCピンから電源供給されているときだけ遮断可能

隣にあるＧＮＤピンを使えそうです。

そのためにＧＮＤがここにもあるのですね・・・という配置。

OFFピンとGNDの間にボタンスイッチなどを入れたり何かしらの制御機構が必要になると考えます。

VTRC：RTC（リアルタイムクロック）を維持するためのピン
→1.6V～3.3Vを供給することでRTCが動作しつづけ時刻を保持できる

VTRCは乾電池が使えそうですね。

デジタル入出力(0-13番ピン)

R3から変更なし。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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 10,13番ピン)

R3からの変更点。

「Arduino UNO R4 Minima」とピン割り当てが異なる。

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。

D13/CANRX0 (receive)
D10/CANTX0 (transmit)

アナログ入力(0-5番ピン)

R3からの変更点。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と同じ。

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。

「Arduino UNO R4 Minima」と基本は同じ。

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) CAN
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) CAN
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
デジタル4	GPIO4
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。

「Arduino UNO R4 Minima」と基本は同じですが、OFF制御ピンが「Arduino UNO R4 WiFi」には存在します。

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）
OFF	5V電源を制御するためのピン VIN、DCジャックからの供給のみに有効
GND
VRTC	RTC（リアルタイムクロック）を維持するためのピン
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