Einführung in die zwei Chips des Arduino Nano

Das Arduino Nano ist eine kompakte, breadboard-freundliche Mikrocontroller-Platine, die auf dem ATmega328P Mikrochip basiert. Während der ATmega328P der Hauptprozessor für die Steuerung der Funktionen der Platine ist, gibt es zwei Arten von Hilfschips, die für die Kommunikation zwischen dem Nano und einem Computer verwendet werden: die USB-zu-Seriell-Konverter-Chips. Diese Chips ermöglichen das Programmieren und den Datenaustausch zwischen dem Arduino Nano und deinem Computer. Hier ist eine detaillierte Einführung in die beiden Chips, die im Arduino Nano zu finden sind:

1. ATmega328P – Haupt-Mikrocontroller

Der ATmega328P ist das Herzstück des Arduino Nano, ein vielseitiger und energieeffizienter Mikrocontroller, der von Microchip Technology produziert wird. Er ist ein 8-Bit-Mikrocontroller, der auf der AVR-Architektur basiert und für das Ausführen des Codes verantwortlich ist, der mit externen Komponenten wie Sensoren, Motoren oder LEDs interagiert.

• Verarbeitungsgeschwindigkeit: Der ATmega328P läuft mit einer Taktfrequenz von 16 MHz.
• Speicher:
  • Flash-Speicher: 32 KB (wobei 2 KB vom Bootloader verwendet werden).
  • SRAM: 2 KB.
  • EEPROM: 1 KB (wird für nicht-flüchtige Datenspeicherung genutzt).
• I/O-Pins: Er hat 14 digitale Ein-/Ausgangspins, von denen 8 als PWM-Ausgänge und 6 als analoge Eingänge verwendet werden können.
• Spannung: Normalerweise mit 5V betrieben, kann aber auch in bestimmten Konfigurationen mit 3,3V betrieben werden.
• Unterstützte Peripherie: Unterstützt Kommunikationsprotokolle wie SPI, I2C und UART, wodurch er mit einer Vielzahl von Sensoren und Modulen kompatibel ist.

Der ATmega328P übernimmt die Verarbeitungsaufgaben des Arduino Nano und steuert I/O-Geräte wie Sensoren, Aktuatoren und Kommunikationsschnittstellen. Die Software (der Code), der auf dem ATmega328P läuft, wird in der Arduino IDE geschrieben, einer benutzerfreundlichen Entwicklungsumgebung.

2. USB-zu-Seriell-Konverter-Chips – Kommunikationsschnittstelle

Der USB-zu-Seriell-Konverter-Chip ist entscheidend für die Kommunikation zwischen dem Arduino Nano und dem Computer, insbesondere für das Hochladen von Code und die serielle Kommunikation. Da der ATmega328P Mikrocontroller keine native USB-Unterstützung bietet, werden diese Chips verwendet, um USB-Signale in serielle Signale umzuwandeln, die der Mikrocontroller verstehen kann.

a) CH340 (USB-zu-Seriell-Konverter)

Der CH340 ist ein häufig verwendeter USB-zu-Seriell-Konverter-Chip, der von WCH (Nanjing QinHeng) produziert wird. Er wird häufig in vielen Arduino-kompatiblen Clones verwendet, aufgrund seines niedrigen Preises und der einfachen Verfügbarkeit.

• Funktionalität: Der CH340-Chip wandelt USB-Signale vom Computer in serielle Signale (TTL-Logikpegel) um, die der ATmega328P verstehen kann.
• Treiber-Unterstützung: Auf Windows-Systemen musst du möglicherweise den CH340-Treiber installieren, um die Kommunikation zwischen dem Arduino Nano und dem Computer zu ermöglichen.
• Beliebtheit: Der CH340 ist häufig in günstigen oder Clone-Versionen des Arduino Nano zu finden. Er wird von Herstellern aufgrund seiner Erschwinglichkeit bevorzugt.

b) FT232RL (USB-zu-Seriell-Konverter)

Der FT232RL ist ein weiterer USB-zu-Seriell-Chip, der von FTDI (Future Technology Devices International) hergestellt wird. Dieser Chip ist typischerweise auf offiziellen Arduino-Boards oder qualitativ hochwertigen Clones zu finden.

• Funktionalität: Wie der CH340 übernimmt der FT232RL ebenfalls die USB-zu-Seriell-Kommunikation zwischen dem Arduino Nano und dem Computer.
• Treiber-Unterstützung: Der FT232RL erfordert die FTDI-Treiber, die oft bereits vorinstalliert sind oder leicht heruntergeladen werden können.
• Zuverlässigkeit: Der FT232RL ist bekannt für seine höhere Zuverlässigkeit, Stabilität und Leistung im Vergleich zum CH340, weshalb er oft in teureren oder offiziellen Arduino-Produkten verwendet wird.
• Chip-Funktionen: Der FT232RL bietet zusätzliche Funktionen wie einen EEPROM-Speicher für benutzerdefinierte Einstellungen und eine bessere Kompatibilität mit verschiedenen Betriebssystemen.

Zusammenfassung der Zwei Chips im Arduino Nano:

1. ATmega328P (Haupt-Mikrocontroller):

   • Führt den Arduino-Code aus und interagiert mit Sensoren, Aktuatoren und anderen Komponenten.
   • 16 MHz Taktfrequenz, 32 KB Flash-Speicher, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM.
   • Unterstützt Kommunikationsprotokolle wie UART, SPI und I2C.

2. USB-zu-Seriell-Konverter-Chips (Kommunikationsschnittstelle):

   • Wandelt USB-Signale vom Computer in TTL-serielle Signale um, die der ATmega328P verarbeiten kann.
   • CH340: Günstig, häufig in Clones verwendet.
   • FT232RL: Höhere Qualität, zuverlässiger, wird in offiziellen Arduino-Boards verwendet.

Fazit:

Der ATmega328P dient als zentraler Mikrocontroller, der die Verarbeitung übernimmt und mit I/O-Geräten kommuniziert, während die CH340- oder FT232RL-Chips die USB-zu-Seriell-Kommunikation übernehmen und sicherstellen, dass der Arduino Nano mit einem Computer zum Programmieren und für den Datenaustausch kommunizieren kann. Diese beiden Chips arbeiten zusammen, um das Arduino Nano zu einer vielseitigen und zugänglichen Entwicklungsplattform für Elektronik- und Embedded-System-Projekte zu machen.