UNO R4 主板介绍
一、UNO R4 WiFi 主板
简介：
Arduino UNO R4 WiFi（以下简称 UNO R4 WiFi）是第一个具有32位微控制器和ESP32-S3 Wi-Fi®模块(ESP32-S3 mini -1- n8)的UNO板。它采用瑞萨电子公司的RA4M1系列微控制器(R7FA4M1AB3CFM#AA0)，基于48 MHz Arm®Cortex®-M4微处理器。
UNO R4 WiFi延续了UNO开发板的传统，具有14个数字I/O端⼝，6个模拟通道，专⽤于 I2C、SPI 和 UART 连接的引脚。它具有更⼤的内存：闪存（256kB）是之前的8倍，SRAM（32 kB）是之前的16倍。它的时钟速度为48 MHz，⽐之前的快3倍。
此外，它还具有ESP32-S3模块，⽤于Wi-Fi®和Bluetooth®连接，以及内置的 12x8 LED 矩阵，使其成为迄今为⽌最具视觉 效果的 Arduino 开发板之⼀。LED 矩阵是完全可编程的，12x8 LED 矩阵可⽤于显⽰动画、⽂本滚动、创建⼩游戏等，是赋予您的项⽬更多个性的完美功能。
同时，RA4M1的工作电压固定为5V，ESP32-S3模块为3.3V。这两个单片机之间的通信是通过一个逻辑级翻译器(TXB0108DQSR)进行的。
特点：
R7FA4M1AB3CFM#AA0，通常称为RA4M1，是UNO R4 WiFi上的主MCU，连接到板上的所有引脚头以及所有通信总线。
概述：
48 MHz Arm®Cortex®-M4微处理器，带浮点单元(FPU)。
5V工作电压
实时时钟(RTC)
内存保护单元(MPU)
数字模拟转换器(DAC)
内存：
256kB 闪存
32kB SRAM
8 kB数据存储器(EEPROM)
外设：
电容触摸传感单元(CTSU)
USB 2.0全速模块(USBFS)
14位ADC
高达12位DAC
运算放大器(OPAMP)
电源：
RA4M1的工作电压为5V
建议输入电压(VIN)为6V~24V
桶形插孔连接⾄VIN引脚(6-24V)
通过USB-C®供电,电压为5V
通讯：
1x UART (引脚D0，D1)
1x SPI(引脚D10-D13，ICSP头)
1x I2C(引脚A4，A5，SDA，SCL)
1x CAN (引脚D4，D5，需要外部收发器)
⼯作温度：-40℃~85℃
esp32 - s3 mini -1- n8是带有内置天线的次要MCU，用于Wi-Fi®和蓝牙®连接。该模块在3.3V电压上工作，使用逻辑级翻译器(TXB0108DQSR)与RA4M1通信。
概述：
Xtensa®双核32位LX7微处理器
3.3V 工作电压
40兆赫晶体振荡器
Wi-Fi®：
Wi-Fi®支持802.11 b/g/n标准(Wi-Fi®4)
比特率高达150 Mbps
2.4 GHz频段
Bluetooth®：
Bluetooth® 5
功能概述：
3.1. 板卡介绍
参考 |
描述 |
|---|---|
U1 |
R7FA4M1AB3CFM#AA0 微控制器 IC |
U2 |
NLASB3157DFT2G 多路复⽤器 |
U3 |
ISL854102FRZ-T 降压转换器 |
U4 |
TXB0108DQSR 逻辑电平转换器（5 V - 3.3 V） |
U5 |
SGM2205-3.3XKC3G/TR 3.3 V 线性稳压器 |
U6 |
NLASB3157DFT2G 多路复⽤器 |
U_LEDMATRIX |
12x8 LED 红⾊矩阵 |
M1 |
ESP32-S3-MINI-1-N8 |
PB1 |
RESET 复位按钮 |
JANALOG |
模拟输⼊/输出针脚 |
JDIGITAL |
数字输⼊/输出针脚 |
JOFF |
OFF, VRTC 针脚 |
J1 |
CX90B-16P USB-C® 连接器 |
J2 |
SM04B-SRSS-TB(LF)(SN) I2C 连接器 |
J3 |
ICSP 针脚（SPI） |
J5 |
直流电源插孔 |
J6 |
ESP 针脚 |
DL1 |
LED TX（串⾏发送） |
DL2 |
LED RX（串⾏接收） |
DL3 |
LED 电源（绿⾊） |
DL4 |
LED SCK （串⾏时钟） |
D1 |
PMEG6020AELRX 肖特基⼆极管⼆极管 |
D2 |
PMEG6020AELRX 肖特基⼆极管⼆极管 |
D3 |
PRTR5V0U2X，215 ESD 保护 |
3.2. 微控制器 (R7FA4M1AB3CFM#AA0)
UNO R4 WiFi 基于Renesas的32位RA4M1系列微控制器R7FA4M1AB3CFM#AA0，它使⽤了⼀个48 MHz的Arm®Cortex®-M4微处理器，带有浮点运算单元 (FPU)。
RA4M1的⼯作电压固定为5 V，以便与基于之前的Arduino UNO板的屏蔽板、配件和电路兼容。
R7FA4M1AB3CFM#AA0的特点有：
256kB 闪存/32kB SRAM/8kB 数据闪存（EEPROM）
实时时钟 (RTC)
4x直接内存访问控制器 (DMAC)
14位ADC
最⾼12位DAC
运算放⼤器（OPAMP）
CAN总线
3.3. Wi-Fi® / 蓝⽛® 模块（ESP32-S3-MINI-1-N8）
UNO R4 WiFi上的Wi-Fi®/蓝⽛® LE模块来⾃ESP32-S3 SoC。它采⽤Xtensa® 双核32位LX7 MCU，内置天线，⽀持2.4GHz频段。
ESP32-S3-MINI-1-N8的特点有：
Wi-Fi® 4 - 2.4 GHz频段
⽀持蓝⽛® 5 LE
3.3V⼯作电压
384kB ROM
512kB SRAM
最⾼150 Mbps⽐特率
这个模块充当了UNO R4 WiFi上的次级MCU，并使⽤逻辑电平转换器与RA4M1 MCU通信。请注意：这个模块的⼯作电压是3.3V，⽽不是RA4M1的5V⼯作电压。
3.4. ESP 针脚
靠近RESET按钮的针座可⽤于直接访问ESP32-S3模块。可访问的引脚有：
ESP_IO42 - MTMS 调试（引脚 1）
ESP_IO41 - MTDI 调试（引脚 2）
ESP_TXD0 - 串⾏传输（UART）（引脚 3）
ESP_DOWNLOAD - 启动（引脚 4）
ESP_RXD0-串⾏接收（UART）（引脚 5）
GND - 接地（引脚 6）
3.5. USB 桥
对UNO R4 WiFi进⾏编程时，RA4M1 MCU默认通过ESP32-S3模块进⾏编程。通过向”P408 “引脚(D40)写⼊⾼电平状态，U2 和 U6 开关可将USB通信直接切换到RA4M1 MCU。
将SJ1焊盘焊接在⼀起可永久性地将USB通信直接设置为RA4M1，绕过ESP32-S3。
3.6. USB 连接器
UNO R4 WiFi有⼀个USB-C® 端⼝，⽤于开发板供电和编程，以及发送和接收串⾏通信。
注意： 通过USB-C® 端⼝为开发板供电的电压不得超过5V。
3.7. LED 矩阵
UNO R4 WiFi采⽤12x8的红⾊LED矩阵(U_LEDMATRIX)，使⽤⼀种称为查理普莱克斯法的技术连接。RA4M1 MCU上⽤于矩阵的引脚有：
P003
P004
P011
P012
P013
P015
P204
P205
P206
P212
P213
这些LED可以通过特定库以数组形式访问。请参阅下⾯的映射：
该矩阵可⽤于多个项⽬和原型设计，⽀持动画、简单的游戏设计和滚动⽂本等。
3.8. 数字模拟转换器 (DAC)
UNO R4 WiFi的A0模拟引脚连接了⼀个分辨率⾼达12位的DAC。DAC⽤于将数字信号转换为模拟信号。
DAC可⽤于⾳频应⽤中的信号⽣成，如⽣成和改变锯⻮波。
3.9. I2C 连接器
I2C连接器SM04B-SRSS-TB(LF)(SN)连接到开发板上的⼀个次级I2C总线。注意： 该连接器通过3.3V供电。
该连接器还共享以下引脚连接：
JANALOG 针脚
A4
A5
JDIGITAL 针脚
SDA
SCL
注意： 由于A4/A5连接到主I2C总线，因此在使⽤总线时，不应将这些引脚⽤作ADC输⼊。不过，您可以同时将I2C设备连接到这些引脚和连接器上。
3.10. 电源选项
电源可通过VIN引脚或USB-C®连接器提供。如果通过VIN供电，ISL854102FRZ降压转换器会将电压降到5V。
VUSB和VIN引脚均连接⾄ISL854102FRZ降压转换器，并分别安装了肖特基⼆极管，⽤于极性反接和过压保护。
通过USB向RA4M1 MCU供电约 ~4.7V（由于肖特基电压降）。
线性稳压器（SGM2205-3.3XKC3G/TR）转换来⾃降压转换器或USB的5V电压，并为包括ESP32-S3模块在内的多个组件提供3.3V电压。
电源树
引脚电压
UNO R4 WiFi的⼀般⼯作电压为5V，但ESP32-S3模块的⼯作电压为3.3V。
注意： ESP32-S3的引脚（3.3 V）不得与RA4M1的任何引脚（5V）接触，否则可能损坏电路，这⼀点⾮常重要。
引脚电流
R7FA4M1AB3CFM#AA0微控制器上的GPIO可安全处理⾼达8mA的电流。切勿将电流更⼤的设备直接连接到GPIO，否则可能会损坏电路。
为舵机，电机等供电时，请务必使⽤外部电源。
引脚:
4.1. 模拟
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
BOOT |
NC |
未连接 |
2 |
IOREF |
IOREF |
数字逻辑参考电压 V - 连接⾄ 5 V |
3 |
Reset |
重置 |
复位 |
4 |
+3V3 |
电源 |
+3V3 电源线 |
5 |
+5V |
电源 |
+5V 电源线 |
6 |
GND |
电源 |
接地 |
7 |
GND |
电源 |
接地 |
8 |
VIN |
电源 |
电压输⼊ |
9 |
A0 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 0 / DAC |
10 |
A1 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 1 / OPAMP+ |
11 |
A2 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 2 / OPAMP- |
12 |
A3 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 3 / OPAMPOut |
13 |
A4 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 4 / I2C 串⾏数据（SDA） |
14 |
A5 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 5 / I2C 串⾏时钟 (SCL) |
4.2. 数字
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
SCL |
数字信号 |
I2C 串⾏时钟（SCL） |
2 |
SDA |
数字信号 |
I2C 串⾏数据（SDA） |
3 |
AREF |
数字信号 |
模拟参考电压 |
4 |
GND |
电源 |
接地 |
5 |
D13/SCK/CANRX0 |
数字信号 |
GPIO 13 / SPI 时钟 / CAN 接收器 (RX) |
6 |
D12/CIPO |
数字信号 |
GPIO 12 / SPI 控制器输⼊外设输出 |
7 |
D11/COPI |
数字信号 |
GPIO 11（PWM）/ SPI 控制器输出外设输⼊ |
8 |
D10/CS/CANTX0 |
数字信号 |
GPIO 10（PWM）/ SPI 芯⽚选择/CAN 发射器（TX） |
9 |
D9 |
数字信号 |
GPIO 9 (PWM~) |
10 |
D8 |
数字信号 |
GPIO 8 |
11 |
D7 |
数字信号 |
GPIO 7 |
12 |
D6 |
数字信号 |
GPIO 6 (PWM~) |
13 |
D5 |
数字信号 |
GPIO 5 (PWM~) |
14 |
D4 |
数字信号 |
GPIO 4 |
15 |
D3 |
数字信号 |
GPIO 3 (PWM~) / 中断引脚 |
16 |
D2 |
数字信号 |
GPIO 2 / 中断引脚 |
17 |
D1/TX0 |
数字信号 |
GPIO 1 / 串⾏ 0 发送器（TX） |
18 |
D0/TX0 |
数字信号 |
GPIO 0 / 串⾏ 0 接收器 (RX) |
4.3. 关闭
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
OFF |
电源 |
⽤于控制电源 |
2 |
GND |
电源 |
接地 |
1 |
VRTC |
电源 |
电池连接，仅为 RTC 供电 |
4.4. ICSP
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
CIPO |
内部功能 |
控制器输⼊外设输出 |
2 |
+5V |
内部功能 |
5V 电源 |
3 |
SCK |
内部功能 |
串⾏时钟 |
4 |
COPI |
内部功能 |
控制器输出外设输⼊ |
5 |
RESET |
内部功能 |
复位 |
6 |
GND |
内部功能 |
接地 |
有关更多UNO R4 WiFi主板的资料请查阅连接：https://docs.arduino.cc/hardware/uno-r4-wifi/
二、UNO R4 Minima 主板
简介：
Arduino UNO R4 Minima（以下简称 UNO R4 Minima）是第⼀款采⽤ 32 位微控制器的UNO板。它采⽤了瑞萨电⼦（Renesas）（R7FA4M1AB3CFM#AA0）的 RA4M1 系列微控制器，内嵌了 48 MHz 的 Arm® Cortex®-M4 微处理器。
UNO R4 Minima 继承了UNO开发板的传统 具有标准的14个数字 I/O 端⼝，6个模拟通道，专⽤的 I2C、SPI 和 UART 连接引脚。它具有更⼤的内存：闪存增加了 8 倍（256 kB），SRAM 增加了 16 倍（32 kB）。所以，具有 256 kB 的闪存，32 kB 的 SRAM 和 8 kB 的数据存储器（EEPROM）。
UNO R4 Minima 板的⼯作电压是 5 V，使其与具有相同⼯作电压的 UNO 外形尺⼨的配件硬件兼容。因此，为以前的 UNO版本设计的扩展板可以安全地与该板⼀起使⽤，但由于微控制器的更换，不能保证软件兼容性。UNO R4 Minima板还有⼀个桶形插座连接器，⽀持 6-24 V 的输⼊电压。这种连接器⾮常流⾏，可以去除降低电压所需的额外电路。
特点：
R7FA4M1AB3CFM#AA0：
48 MHz Arm® Cortex®-M4 微处理器，带有浮点单元（FPU）
5V工作电压
实时时钟(RTC)
内存保护单元(MPU)
数字模拟转换器(DAC)
内存：
256kB 闪存
32kB SRAM
8 kB数据存储器(EEPROM)
引脚
14 个数字引脚 (GPIO)，D0-D13
6 个模拟输⼊引脚（ADC），A0-A5
6 个 PWM 引脚：D3，D5，D6，D9，D10，D11
外设：
电容触摸传感单元(CTSU)
USB 2.0全速模块(USBFS)
⾼达14位ADC
高达12位DAC
运算放大器(OPAMP)
电源：
工作电压为5V
建议输入电压(VIN)为6V~24V
桶形插孔连接⾄VIN引脚(6-24V)
通过USB-C®供电，电压为5V
肖特基⼆极管⽤于过压和反极性保护
通讯：
1x UART (引脚D0，D1)
1x SPI(引脚D10-D13，ICSP头)
1x I2C(引脚A4，A5， SDA， SCL)
1x CAN (引脚 D4，D5，需要外部收发器)
⼯作温度：-40℃~85℃
功能概述：
3.1. 板卡介绍
参考 |
描述 |
|---|---|
U1 |
R7FA4M1AB3CFM#AA0 微控制器 IC |
U2 |
ISL854102FRZ-T 降压转换器 |
PB1 |
重置按钮 |
JANALOG |
模拟输⼊/输出针脚 |
JDIGITAL |
数字输⼊/输出针脚 |
J1 |
ICSP 头（SPI） |
J2 |
SWD/JTAG 连接器 |
J3 |
CX90B-16P USB-C® 连接器 |
J4 |
DC 插孔 |
DL1 |
LED TX（串⾏发送） |
DL2 |
LED RX（串⾏接收） |
DL3 |
LED 电源（绿⾊） |
DL4 |
LED SCK （串⾏时钟） |
D2 |
PMEG6020AELRX 肖特基⼆极管⼆极管 |
D3 |
PMEG6020AELRX 肖特基⼆极管⼆极管 |
D4 |
PRTR5V0U2X，215 ESD 保护 |
3.2. 微控制器（R7FA4M1AB3CFM#AA0）
UNO R4 Minima 基于来⾃瑞萨的 32 位 RA4M1 系列微控制器R7FA4M1AB3CFM#AA0，该微控制器采⽤ 48 MHz Arm®Cortex®-M4 微处理器和浮点单元 (FPU)。
在 UNO R4 Minima 上，⼯作电压固定为 5V，以便与旧版 UNO 设计的扩展板、配件和电路完全兼容。
R7FA4M1AB3CFM#AA0 特点：
256kB 闪存/32kB SRAM/8kB 数据闪存（EEPROM）
实时时钟 (RTC)
4x直接内存访问控制器 (DMAC)
⾼达14位ADC
⾼达12位DAC
运算放⼤器（OPAMP）
CAN总线
3.3. USB 连接器
UNO R4 Minima 具有⼀个 USB-C® 端⼝，⽤于为您的板⼦供电和编程，以及发送和接收串⾏通信。
注意： 请勿通过 USB-C®端⼝以超过 5V 的电压给板⼦供电
3.4. 数字模拟转换器 (DAC)
UNO R4 Minima 具有连接到 A0 模拟引脚的 DAC，分辨率⾼达 12 位。DAC ⽤于将数字信号转换为模拟信号。
3.5. 电源选项
电源可以通过 VIN 引脚、桶形插孔或 USB-C® 连接器供应。如果电源通过 VIN 供应，则 ISL854102FRZ 降压转换器将电压降⾄ 5V。
VUSB、桶形插座连接器和 VIN 引脚与 ISL854102FRZ 降压转换器连接，分别采⽤肖特基⼆极管进⾏反向极性和过压保护。
通过 USB 供电，RA4M1 微控制器的电压约为~4.7 V（由于肖特基压降）。
电源树
引脚电压
UNO R4 Minima 在 5V 上运⾏，除了3.3V 引脚以外，该板上的所有引脚都是 5V。该引脚从 R7FA4M1AB3CFM#AA0 的VCC_USB引脚获取电源，并未连接到降压转换器。
引脚电流
R7FA4M1AB3CFM#AA0 微控制器上的 GPIO 可以处理⾼达8 mA的电流。请勿直接连接需要更⾼电流的设备到 GPIO。
如果您需要为需要更多功率的外部设备（例如伺服电机）提供电源，请使⽤外部电源。
引脚:
4.1. 模拟
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
BOOT |
MD |
模式选择 |
2 |
IOREF |
IOREF |
数字逻辑参考电压 V - 连接⾄ 5 V |
3 |
Reset |
重置 |
复位 |
4 |
+3V3 |
电源 |
+3V3 电源线 |
5 |
+5V |
电源 |
+5V 电源线 |
6 |
GND |
电源 |
接地 |
7 |
GND |
电源 |
接地 |
8 |
VIN |
电源 |
电压输⼊ |
9 |
A0 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 0 / DAC |
10 |
A1 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 1 / OPAMP+ |
11 |
A2 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 2 / OPAMP- |
12 |
A3 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 3 / OPAMPOut |
13 |
A4 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 4 / I2C 串⾏数据（SDA） |
14 |
A5 |
模拟信号 |
模拟输⼊ 5 / I2C 串⾏时钟 (SCL) |
4.2. 数字
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
SCL |
数字信号 |
I2C 串⾏时钟（SCL） |
2 |
SDA |
数字信号 |
I2C 串⾏数据（SDA） |
3 |
AREF |
数字信号 |
模拟参考电压 |
4 |
GND |
电源 |
接地 |
5 |
D13/SCK |
数字信号 |
GPIO 13 / SPI 时钟 |
6 |
D12/CIPO |
数字信号 |
GPIO 12 / SPI 控制器输⼊外设输出 |
7 |
D11/COPI |
数字信号 |
GPIO 11（PWM）/ SPI 控制器输出外设输⼊ |
8 |
D10/CS |
数字信号 |
GPIO 10（PWM）/ SPI 芯⽚选择 |
9 |
D9 |
数字信号 |
GPIO 9 (PWM~) |
10 |
D8 |
数字信号 |
GPIO 8 |
11 |
D7 |
数字信号 |
GPIO 7 |
12 |
D6 |
数字信号 |
GPIO 6 (PWM~) |
13 |
D5/CANRX0 |
数字信号 |
GPIO 5（PWM~）/ CAN 发射器（TX） |
14 |
D4/CANTX0 |
数字信号 |
GPIO 4 / CAN 接收器（RX） |
15 |
D3 |
数字信号 |
GPIO 3 (PWM~) / 中断引脚 |
16 |
D2 |
数字信号 |
GPIO 2 / 中断引脚 |
17 |
D1/TX0 |
数字信号 |
GPIO 1 / 串⾏ 0 发送器（TX） |
18 |
D0/RX0 |
数字信号 |
GPIO 0 / 串⾏ 0 接收器 (RX) |
4.3. ICSP
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
CIPO |
内部功能 |
控制器输⼊外设输出 |
2 |
+5V |
内部功能 |
5V 电源 |
3 |
SCK |
内部功能 |
串⾏时钟 |
4 |
COPI |
内部功能 |
控制器输出外设输⼊ |
5 |
RESET |
内部功能 |
复位 |
6 |
GND |
内部功能 |
接地 |
4.4. SWD/JTAG
针脚 |
功能 |
类型 |
描述 |
|---|---|---|---|
1 |
+5V |
内部功能 |
5V的电源 |
2 |
SWDIO |
内部功能 |
数据输⼊/输出引脚 |
3 |
GND |
内部功能 |
接地 |
4 |
SWCLK |
内部功能 |
时钟引脚 |
5 |
GND |
内部功能 |
接地 |
6 |
NC |
内部功能 |
未连接 |
7 |
RX |
内部功能 |
串⾏接收器 |
8 |
TX |
内部功能 |
串⾏发射器 |
9 |
GND |
内部功能 |
接地 |
10 |
NC |
内部功能 |
未连接 |
有关更多UNO R4 WiFi主板的资料请查阅连接：https://docs.arduino.cc/hardware/uno-r4-minima/