Шпаргалка для макетной платы

Arduino Nano

Все контакты классической Nano на ATmega328P. Смотрите на плату USB-разъёмом вверх, как на рисунке.

ATmega328P · 5 V · 16 MHz

Цифровой PWM (~) Аналоговый Интерфейс Питание Земля Служебный

Вид сверху · USB-разъём направлен вверх · ~ (тильда) означает аппаратный PWM.
D11 умеет PWM, а D7/D12 — нет; все три работают как цифровой вход/выход. Подробности ниже, в карточке PWM.

Встроенный LEDТакже SPI SCK

D13

Питание 3,3 ВОбычно до 50 мА

3V3

Опорное напряжениеДля analogReference(EXTERNAL)

AREF

Аналоговый вход 0Можно использовать как D14

Аналоговый вход 1Можно использовать как D15

Аналоговый вход 2Можно использовать как D16

Аналоговый вход 3Можно использовать как D17

I²C: данныеSDA; также аналоговый вход

I²C: тактированиеSCL; также аналоговый вход

Только аналоговый входНе работает как цифровой выход

Линия 5 ВПитание модулей от USB

ПерезагрузкаКратко соединить с GND

RST

Общая земляМинус для всей схемы

GND

Внешнее питаниеВход 7–12 В, не выход

VIN

NANO

RST

ATmega
328P

ICSP / SPI

D12

Цифровой вход/выходТакже SPI MISO

D11 ~

PWMТакже SPI MOSI

D10 ~

PWMТакже SPI SS / CS

D9 ~

PWMЯркость LED, скорость мотора

Цифровой вход/выходHIGH или LOW

D6 ~

PWManalogWrite(): 0–255

D5 ~

PWMВаш внешний светодиод

Цифровой вход/выходHIGH или LOW

D3 ~

PWM + прерываниеINT1; сейчас OUT датчика

Внешнее прерываниеINT0; также обычный I/O

GND

Общая земляОдинакова с GND слева

RST

ПерезагрузкаОдинаков с RST слева

D0 RX

UART: приёмЗанят USB при загрузке/Serial

D1 TX

UART: передачаЗанят USB при загрузке/Serial

Ваша текущая схема

Nano получает питание от компьютера по USB. Модули получают 5 В от контакта платы, а все земли объединены.

D3 ← OUTИК-датчик препятствия

D5 → LEDОбязательно через 220–1000 Ом

A4 ←→ SDAДанные дисплея LCD1602

A5 → SCLТактирование дисплея

Цифровые контакты D0–D13

Работают с двумя логическими уровнями: LOW ≈ 0 В и HIGH ≈ 5 В.

Основные команды

pinMode(3, INPUT) — принимать сигнал.
pinMode(5, OUTPUT) — управлять нагрузкой.
digitalRead(3) — прочитать HIGH/LOW.
digitalWrite(5, HIGH) — включить выход.

Аналоговые контакты A0–A7

D = digital: цифровой вход различает LOW/HIGH. A = analog: аналоговый вход измеряет величину напряжения. analogRead(A0) возвращает 0–1023 для диапазона 0–5 В при стандартной опоре 5 В.

A0–A5 также могут быть цифровыми контактами.
A6–A7 умеют только измерять аналоговый сигнал.
A4/A5 заняты LCD, пока используется I²C.

Буква A не означает аналоговый выход: настоящего ЦАП (DAC) у этой Nano нет.

PWM: почему у D11 есть ~, а у D7/D12 нет?

Знак ~ (тильда) отмечает аппаратный PWM, или ШИМ (широтно-импульсную модуляцию). Таймер сам переключает выход. У классической Nano это только D3, D5, D6, D9, D10, D11.

D11, D7 и D12 одинаково подходят для digitalRead() и digitalWrite() с нужным pinMode(). Но из этих трёх только D11 даёт аппаратный PWM через analogWrite(). Отсутствие ~ не мешает обычному цифровому вводу/выводу (GPIO).

PWM — быстрые импульсы между ≈0 и ≈5 В. Меняется доля времени на HIGH (коэффициент заполнения), например для регулировки яркости LED через резистор:

analogWrite(11, 0): 0%, постоянно LOW.
analogWrite(11, 128): около 50%, половину времени HIGH.
analogWrite(11, 255): 100%, постоянно HIGH.

Это не ЦАП: при 128 на выводе не постоянные 2,5 В, а импульсы 0/5 В. Около 2,5 В — лишь среднее значение.

Не используйте analogWrite() на D7/D12 для регулировки: стандартное ядро Arduino AVR выдаёт LOW при значении <128 и HIGH при ≥128 (в диапазоне 0–255). Это переключение, а не PWM; для него понятнее digitalWrite().

Интерфейсы связи

Надписи SPI, SDA, RX и другие — дополнительные роли тех же контактов, а не отдельные выводы и не запрет на GPIO.

Интерфейс	Контакты	Пример
I²C	`A4 SDA`, `A5 SCL`	LCD1602, датчики
UART	`D0 RX`, `D1 TX`	Serial, GPS, Bluetooth
SPI	`D10–D13`	SD-карта, RFID

SPI: когда Nano ведёт обмен, D11 MOSI передаёт данные модулю, D12 MISO принимает ответ, D13 SCK задаёт такты. D10 SS/CS — выбор устройства (обычно LOW); для CS модуля часто можно выбрать другой GPIO.
I²C: A4 SDA — данные в обе стороны, A5 SCL — такты, синхронизирующие обмен.
UART: D0 RX — приём, D1 TX — передача с точки зрения Nano. Эти линии связаны с USB-Serial и используются при загрузке скетча и работе Serial.

Одному контакту выбирают одну роль на время работы. D11 может быть обычным GPIO, PWM-выходом или MOSI для SPI, но не независимыми PWM и MOSI одновременно. Пока интерфейс использует контакт, не управляйте им отдельно; освободите его или выберите другой вывод. Разные интерфейсы могут работать одновременно, если их контакты не конфликтуют.

Несколько I²C-модулей можно подключать к одним A4/A5, если их адреса не совпадают.

Контакты питания

`5V`	5 В от USB или стабилизатора Nano; питание обычных модулей.
`3V3`	3,3 В для маломощных модулей, обычно не более 50 мА.
`GND`	Общий минус. Все компоненты схемы должны иметь общий GND.
`VIN`	Вход внешнего питания 7–12 В. Это не 5-вольтовый выход.
`RST`	Перезагрузка платы при кратком соединении с GND.
`AREF`	Внешняя опора АЦП; новичку обычно не нужна.

Разъём ICSP 2×3

Дублирует линии SPI и используется для прошивки микроконтроллера программатором.

MISO = D12, MOSI = D11, SCK = D13, а также 5V, GND и RST.

Для ваших текущих модулей этот разъём не нужен.

Важно, чтобы не повредить плату

Рекомендуемый ток одного сигнального контакта — не более 20 мА. Светодиод подключайте только через резистор.
200 мА через VCC/GND ATmega328P и 40 мА на вывод — абсолютные максимумы, не рабочие цели. Учитывайте собственное потребление МК и одновременные токи GPIO; ток модулей от 5V отдельно ограничен источником и платой.
Группы GPIO ATmega328P: при стоке тока (LOW) не более 100 мА на каждую группу C0–C5, B0–B5/D5–D7/XTAL1/XTAL2, D0–D4; при истоке (HIGH) не более 150 мА на C0–C5/D0–D4 и B0–B5/D5–D7/XTAL1/XTAL2. Это имена портов МК, не номера Arduino: B0–B5 = D8–D13, C0–C5 = A0–A5, D0–D7 = D0–D7. Все ограничения действуют одновременно, нужен запас.
Не подключайте моторы, мощные ленты, насосы и реле напрямую к пинам — нужен драйвер или транзистор.
Не подавайте на входы напряжение выше 5 В и ниже GND.
При питании от USB не подавайте одновременно другое напряжение на контакт 5V.
Перед перестановкой проводов питания отключайте USB.

Источник ограничений: ATmega328P datasheet, §28.1–28.2, стр. 258–259: Absolute Maximum Ratings и примечания к DC Characteristics. ADC6/ADC7 не являются цифровыми выходами.

Главная формула электроники

Закон Ома

Напряжение равно току, умноженному на сопротивление. Зная любые две величины, можно найти третью.

U = I × R

U = I × RНайти напряжение, вольты

I = U / RНайти ток, амперы

R = U / IНайти сопротивление, омы

P = U × IМощность, ватты

P = I² × RМощность через ток

P = U² / RМощность через напряжение

Калькулятор закона Ома

Введите ровно две величины, третье поле оставьте пустым. Ток вводится в миллиамперах. U и I неотрицательные, R больше нуля; при U = I = 0 сопротивление не определяется.

Напряжение U, В Ток I, мА Сопротивление R, Ω

Например: 5 В и 20 мА → 250 Ω, 0,1 Вт.

Резисторы вместе

Введите сопротивления через пробел: например, 100 220 1000.

Номиналы резисторов, Ω

Покажет общее сопротивление при последовательном и параллельном соединении.

Резистор для светодиода

Для прямого GPIO Nano 5 В: ток не более 20 мА, обычно достаточно 5–10 мА. Большему току нужен внешний драйвер. Расчёт номинальный: учитывайте допуски резистора, Vf и просадку GPIO.

Питание, В Падение LED, В Желаемый ток, мА

Для красного LED обычно Vf ≈ 1,8–2,2 В; для синего/белого ≈ 2,8–3,3 В.

Делитель напряжения

R1 идёт от Vin к выходу, R2 — от выхода к GND. Делитель не заменяет блок питания.

Vin, В R1, Ω R2, Ω

При двух одинаковых резисторах выход равен половине входного напряжения.

Аналоговый вход Arduino

АЦП Nano имеет 1024 уровня: от 0 до 1023.

Значение analogRead Опорное напряжение, В

Формула: U ≈ analogRead × Vref / 1023.

PWM Arduino

analogWrite использует целые числа 0–255. Заполнение value/255 приблизительное: точное зависит от режима таймера (D5/D6 используют fast PWM). При 0/255 выход постоянно LOW/HIGH.

analogWrite, 0–255 Напряжение HIGH, В

128 — примерно 50% времени включено.

Нагрев стабилизатора

Оценка потерь линейного стабилизатора, не температуры. Vin должен превышать Vout минимум на dropout из datasheet конкретного стабилизатора при вашем токе и температуре.

Vin, В Выход, В Общий ток, мА Требуемый dropout, В

Формула потерь линейного стабилизатора: P = (Vin − Vout) × I.

Примерное время от аккумулятора

Реальный результат зависит от преобразователя, температуры и состояния аккумулятора.

Ёмкость, мА·ч Ток нагрузки на выходе, мА КПД, % Среднее напряжение батареи, В Напряжение нагрузки, В

Часы ≈ (мА·ч × Vбатареи × КПД/100) / (мА нагрузки × Vнагрузки). Ёмкость указывается при напряжении батареи; КПД относится ко всему преобразованию питания.

Последовательное соединение

Компоненты стоят один за другим. Через каждый течёт одинаковый ток.

Rобщ = R1 + R2 + …Сопротивления складываются

100 Ω + 220 Ω = 320 Ω
При 5 В: I = 5 / 320 = 0,0156 А = 15,6 мА

Напряжения на элементах складываются: Uобщ = U1 + U2 + …

Параллельное соединение

Начала соединены вместе и концы соединены вместе. Напряжение на ветвях одинаковое, токи складываются.

1/Rобщ = 1/R1 + 1/R2 + …Для двух: Rобщ = R1×R2/(R1+R2)

100 Ω ∥ 220 Ω = 68,75 Ω
Результат всегда меньше самого маленького резистора

Iобщ = I1 + I2 + …

Мощность и энергия

Мощность показывает, сколько энергии устройство потребляет или превращает в тепло каждую секунду.

P = U × IВт = В × А

E = P × tВт·ч = Вт × часы

I = P / UТок нагрузки

Для резистора выбирайте номинальную мощность минимум в 2 раза больше расчётной: получилось 0,1 Вт — берите 0,25 Вт.

Расчёт светодиода

R = (Uпит − Uled) / IledТок обязательно переводится из мА в А

Питание 5 В, красный LED 2 В, ток 10 мА:
R = (5 − 2) / 0,01 = 300 Ω
Берём ближайший больший стандартный: 330 Ω

Каждой параллельной ветви со светодиодом нужен свой резистор.

Делитель напряжения

Uout = Uin × R2 / (R1 + R2)R1 сверху, R2 к земле

Подходит для измерительных входов с маленьким током. Не используйте делитель для питания мотора, дисплея или другого модуля.

Для измерения Nano напряжения выше 5 В делитель должен гарантировать Uout ≤ 5 В.

ADC и PWM

ADC: U ≈ N × Vref / 1023, где N — результат analogRead().

Деление на 1023 — приближение по крайним точкам, не точная передаточная характеристика. Физический шаг 10-битного АЦП: LSB = Vref / 1024; код 1023 не означает точное равенство входа Vref. Учитывайте погрешность и насыщение.

PWM: заполнение = value / 255 × 100%. Приближённое среднее: Uср ≈ Uпит × value / 255.

Мультиметр может показывать среднее PWM, но на самом пине остаются быстрые импульсы 0/5 В.

Приставки единиц

Запись	Множитель	Пример
m (милли)	÷ 1 000	20 мА = 0,020 А
µ (микро)	÷ 1 000 000	100 µA = 0,0001 А
k (кило)	× 1 000	10 kΩ = 10 000 Ω
M (мега)	× 1 000 000	1 MΩ = 1 000 000 Ω

RC-цепочка и конденсатор

τ = R × CПостоянная времени в секундах

Пример: 10 kΩ × 100 µF = 1 секунда. Примерно за 5 × τ конденсатор зарядится почти полностью.

Перед расчётом переводите kΩ в Ω, а µF в F.

Алгоритм безопасного расчёта

Сначала определите напряжение питания и допустимое напряжение каждого модуля: 5 В или 3,3 В.
Сложите потребление всех модулей и проверьте, выдерживает ли источник питания общий ток.
Не рассчитывайте на ток больше 20 мА с одного пина Nano; мощные нагрузки включайте через транзистор или драйвер.
Для моторов, реле и катушек ставьте защитный обратный диод.
Для резисторов берите запас мощности минимум ×2. Для стабилизатора отдельно проверьте dropout, ток, тепловое сопротивление, температуру среды и допустимую температуру кристалла. Мощность потерь сама по себе не гарантирует безопасность.
Проверьте суммарный ток GPIO и групп портов по предупреждению на вкладке распиновки: 200 мА через VCC/GND МК — абсолютный максимум, не цель.
До включения проверьте полярность, общий GND и отсутствие короткого замыкания между 5V и GND.