Arduino Nano 33 BLE и Arduino Nano 33 BLE Sense — две платы формата Nano на модуле u-blox NINA-B306 с чипом Nordic nRF52840 (Arm Cortex-M4F, 64 МГц). Это не одноплатные компьютеры и не Linux-устройства: платы работают на базе Arm Mbed OS, поверх которой выполняется пользовательская программа. Производитель — Arduino. Обе платы относятся к первому поколению; у Sense есть более новая версия Nano 33 BLE Sense Rev2 с другим набором датчиков. Arduino помечает оригинальные Nano 33 BLE и Nano 33 BLE Sense как End of Life (EOL).
Базовая Nano 33 BLE (ABX00030) имеет 9-осевой IMU LSM9DS1. Nano 33 BLE Sense (ABX00031) дополнительно содержит барометр, датчик влажности, датчик жестов, близости и цвета, цифровой микрофон и криптомикросхему ATECC608A. Остальные основные компоненты — процессор, радиомодуль, питание и расположение выводов — у них одинаковые.
Wi-Fi на платах нет. Модуль обеспечивает Bluetooth 5; сам nRF52840 также поддерживает радиопротокол IEEE 802.15.4, используемый Thread и Zigbee, но для этих протоколов нужны соответствующие программные стеки. Логика — 3,3 В, выводы не толерантны к 5 В.
Основные характеристики
- Беспроводной модуль: u-blox NINA-B306 (Nordic nRF52840)
- Процессор: Arm Cortex-M4F с FPU, 64 МГц
- Flash-память: 1 МБ; SRAM: 256 КБ; EEPROM: нет
- Беспроводная связь: Bluetooth 5 (многопротокольное радио, до 2 Мбит/с, Long Range); аппаратная поддержка IEEE 802.15.4; NFC-A tag; Wi-Fi нет
- Датчики Nano 33 BLE: IMU LSM9DS1 (9 осей)
- Датчики Nano 33 BLE Sense: LSM9DS1, барометр и датчик температуры LPS22HB, датчик влажности и температуры HTS221, APDS-9960 (жесты, близость, цвет и освещённость), цифровой микрофон (в документации указаны MP34DT05 и MP34DT06JTR), криптомикросхема ATECC608A
- Рабочее напряжение логики: 3,3 В
- Входное напряжение (VIN): 5–21 В
- Цифровые выводы: 14 (D0–D13); аналоговые входы: 8 (A0–A7), АЦП 12 бит
- Максимальный ток вывода: до 15 мА на выход, до 5 мА на вход; суммарный внешний ток GPIO и потребление от VDD — не более 25 мА (по схеме выводов Arduino)
- Интерфейсы: UART, I²C (A4/A5), SPI (D11–D13), I²S, PDM, QSPI
- USB: Micro-USB, встроенный USB Full-speed (12 Мбит/с)
- Размеры: около 45 × 18 мм (по чертежу 43,16 × 17,76 мм)
- Способ программирования: Arduino IDE (пакет Arduino Mbed OS Nano Boards), Arduino Cloud Editor; также доступен MicroPython
Технические характеристики
Процессор и радио
Модуль NINA-B306 содержит nRF52840: ядро Cortex-M4F (64 МГц), 1 МБ flash и 256 КБ SRAM. По документации Arduino, радиоблок поддерживает Bluetooth 5 со скоростью до 2 Мбит/с, режим Long Range и расширенную рекламу, мощность передатчика до +8 дБм и чувствительность −95 дБм. Среди периферии nRF52840 — USB Full-speed (12 Мбит/с), NFC-A tag, криптографический блок CryptoCell CC310, QSPI, SPI до 32 МГц, TWI (I²C), I²S, PDM и 12-битный АЦП с частотой до 200 тыс. выборок в секунду. Чип также поддерживает IEEE 802.15.4; наличие радиоподдержки само по себе не означает, что Thread или Zigbee доступны в стандартном скетче без соответствующего стека.
В datasheet обеих плат в описании модуля встречается запись «nRF52480» — это опечатка. Правильное обозначение микроконтроллера — nRF52840.
Датчики
- LSM9DS1 (обе платы) — 9-осевой IMU: 3-осевой акселерометр (±2/±4/±8/±16 g), магнитометр (±4/±8/±12/±16 гаусс) и гироскоп (±245/±500/±2000 °/с), 16-битные данные.
- Только на Sense: LPS22HB (давление 260–1260 гПа и температура); HTS221 (влажность 0–100 %RH, точность ±3,5 %RH в диапазоне 20–80 %RH; температура ±0,5 °C в диапазоне 15–40 °C); APDS-9960 (жесты, близость, освещённость и цвет R, G, B); цифровой микрофон (всенаправленный, отношение сигнал/шум 64 дБ). В документации Arduino есть расхождение в модели микрофона: в описании указан MP34DT05, а в перечне компонентов платы — MP34DT06JTR.
- Только на Sense: ATECC608A — криптографический сопроцессор с защищённым хранением до 16 ключей, сертификатов или данных, поддержкой ECDH, кривой NIST P-256, SHA-256, HMAC и AES-128.
Память
Flash 1 МБ и SRAM 256 КБ находятся внутри nRF52840. Отдельной EEPROM нет: для энергонезависимого хранения данных используют область flash. В datasheet Nano 33 BLE и Nano 33 BLE Sense численные значения энергопотребления не приведены (указано TBC).
Цифровые и аналоговые выводы
Нумерация повторяет классическую Nano: D0–D13 и A0–A7. В таблице выводов datasheet явно отмечены как PWM контакты D3, D5, D6, D9 и D10; на странице характеристик Arduino заявлена поддержка PWM для всех цифровых выводов, поэтому при выборе конкретного контакта следует сверяться с версией платы и ядра. Выводы A4 и A5 имеют внутренние подтяжки и используются по умолчанию как внешняя шина I²C, поэтому применять их как аналоговые входы не рекомендуется. Аналогового выхода (ЦАП) нет: несмотря на обозначение «A0/DAC0» в таблице datasheet, nRF52840 не имеет аппаратного ЦАП.
⚠ Только 3,3 В и малые токи. Все выводы работают на 3,3 В и не допускают 5 В — подача 5 В может повредить плату. По схеме выводов Arduino ток выхода — до 15 мА на вывод, входа — до 5 мА; суммарный внешний ток GPIO и потребление от VDD не должны превышать 25 мА.
⚠ Вывод 5V не является выходом стабилизатора. Он подключён через перемычку SJ1 к USB VBUS и по умолчанию отключён. При замкнутой SJ1 напряжение на контакте 5V появляется только при питании платы через USB; при питании от VIN регулируемые 5 В на этом выводе не формируются.
Интерфейсы связи
- UART: TX — P1.03, RX — P1.10 (на схеме выводов обозначены TX/D0 и RX/D1; контакты 16 и 17).
- I²C: A4 (SDA, P0.31) и A5 (SCL, P0.02) — внешняя шина. Встроенные датчики Sense подключены к отдельной внутренней шине SDA1/SCL1 (P0.14/P0.15), поэтому они не сидят на тех же линиях A4/A5.
- SPI: D13 (SCK), D12 (CIPO/MISO), D11 (COPI/MOSI); выбор ведомого устройства (CS) назначается программно, обычно используется D10.
- I²S, PDM и QSPI — поддерживаются микроконтроллером; на Sense цифровой микрофон подключён по PDM.
USB
Разъём Micro-USB используется для питания, программирования и последовательной связи. У nRF52840 есть собственный USB Full-speed контроллер (native USB), поэтому отдельный USB-UART мост не требуется. Контакт USB ID выбирает режим Host/Device. Для режима Host требуется корректное управление линией ID и подача питания VBUS на подключённое устройство; контакт 5V на гребёнке по умолчанию отключён и подключается к USB VBUS перемычкой SJ1.
Питание
Питание подаётся по USB, на VIN (5–21 В по схеме выводов) или на VUSB. Понижающий преобразователь MPM3610 формирует шину 3,3 В; согласно datasheet, преобразователь рассчитан на входное напряжение до 21 В. Из-за диода Шоттки между VUSB и VIN минимальное напряжение на USB-разъёме должно составлять примерно 4,8–4,96 В в зависимости от потребляемого тока. В платах нет зарядного устройства аккумулятора. Для Nano 33 BLE Sense datasheet не приводит численные значения энергопотребления (для параметров указано TBC).
Размеры и конструкция
Размеры платы — около 43,16 × 17,76 мм, отверстия с шагом 40,64 × 15,24 мм; с USB-разъёмом длина составляет около 45 мм. Два ряда по 15 контактов с шагом 2,54 мм; плату можно монтировать как DIP-модуль с припаянными гребёнками или паять за кастелляции. Выпускаются варианты с установленными выводами и без них.
Интерфейсы и разъёмы
- Micro-USB (J1); JP2 и JP3 — два ряда по 15 контактов;
- Кнопка Reset (PB1); пользовательский светодиод L (D13) и светодиод питания; также на плате есть RGB-индикатор.
- Перемычки на нижней стороне: SJ1 (VUSB), SJ2 (D7), SJ3 и SJ4 (D8 и 3,3 В; соответствие перемычек сверяйте с datasheet конкретного SKU).
- Площадки отладки SWD на нижней стороне.
Программирование
Платы программируются в Arduino IDE (пакет Arduino Mbed OS Nano Boards) и Arduino Cloud Editor. На базе Mbed OS выполняется пользовательский скетч; для Nano 33 BLE и Nano 33 BLE Sense также доступна поддержка MicroPython. Для датчиков Sense есть библиотеки Arduino. Загрузка и восстановление прошивки выполняются по USB; если скетч заблокировал процессор и плата не определяется, режим загрузчика включается двойным нажатием Reset сразу после подачи питания.
Распиновка
Таблица составлена по схеме выводов Arduino (ABX00030 и ABX00031 — расположение основных контактов одинаковое). Все сигнальные выводы работают с логикой 3,3 В; они не толерантны к 5 В.
| Контакт | Обозначение | Порт nRF52840 | Функции |
|---|---|---|---|
| 1 | D13 | P0.13 | SPI SCK; светодиод LED_BUILTIN |
| 2 | +3V3 | — | Выход 3,3 В |
| 3 | AREF | — | Опорное напряжение АЦП; может использоваться как GPIO |
| 4 | A0 | P0.04 | Аналоговый вход АЦП (обозначение DAC0 в datasheet не означает наличие аппаратного ЦАП) |
| 5 | A1 | P0.05 | АЦП |
| 6 | A2 | P0.30 | АЦП |
| 7 | A3 | P0.29 | АЦП |
| 8 | A4 | P0.31 | АЦП; I²C SDA |
| 9 | A5 | P0.02 | АЦП; I²C SCL |
| 10 | A6 | P0.28 | АЦП |
| 11 | A7 | P0.03 | АЦП |
| 12 | 5V (VUSB) | — | Питание USB VBUS; подключается к контакту через SJ1 |
| 13 | RST | — | Сброс |
| 14 | GND | — | Земля |
| 15 | VIN | — | Вход питания 5–21 В |
| 16 | TX | P1.03 | UART TX |
| 17 | RX | P1.10 | UART RX |
| 18 | RST | — | Сброс |
| 19 | GND | — | Земля |
| 20 | D2 | P1.11 | Цифровой вывод |
| 21 | D3 | P1.12 | Цифровой вывод; PWM указан в datasheet |
| 22 | D4 | P1.15 | Цифровой вывод |
| 23 | D5 | P1.13 | Цифровой вывод; PWM указан в datasheet |
| 24 | D6 | P1.14 | Цифровой вывод; PWM указан в datasheet |
| 25 | D7 | P0.23 | Цифровой вывод |
| 26 | D8 | P0.21 | Цифровой вывод |
| 27 | D9 | P0.27 | Цифровой вывод; PWM указан в datasheet |
| 28 | D10 | P1.02 | Цифровой вывод; PWM указан в datasheet (SS) |
| 29 | D11 | P1.01 | SPI COPI (MOSI) |
| 30 | D12 | P1.08 | SPI CIPO (MISO) |
Возможности и особенности
- Bluetooth 5 и nRF52840 с FPU и 1 МБ flash на плате формата Nano.
- 9-осевой IMU на обеих платах; на Sense дополнительно установлены датчики давления, влажности, жестов, цвета и микрофон.
- Machine learning на краю: возможности TinyML и TensorFlow Lite зависят от используемой модели и доступных ресурсов; датчики сами по себе не означают наличие готового распознавания.
- Native USB и криптосопроцессор ATECC608A (на Sense).
Для чего подходят платы
- Носимые устройства и датчики движения (обе платы);
- Метеостанции и мониторы окружающей среды (Sense);
- Управление жестами и распознавание звука (Sense);
- Bluetooth-датчики и пульты для телефона;
- Обучение TinyML и создание маломощных IoT-устройств.
Преимущества
- Bluetooth 5, Cortex-M4F с FPU, 1 МБ flash.
- Много датчиков на Sense; IMU на базовой версии.
- Native USB, форм-фактор Nano.
Ограничения
- Нет Wi-Fi.
- Логика 3,3 В, не толерантна к 5 В; токи GPIO ограничены (суммарно не более 25 мА по схеме выводов).
- Вывод 5V по умолчанию отключён и связан с USB VBUS через перемычку SJ1.
- Нет аппаратного ЦАП, EEPROM и зарядного устройства аккумулятора.
- Оригинальные модели относятся к первому поколению; у Sense есть Rev2 с другими датчиками (библиотеки нужно выбирать с учётом ревизии).
- В документации встречаются опечатки и расхождения: «nRF52480» вместо nRF52840, обозначение микрофона MP34DT05/MP34DT06JTR и пометка A0/DAC0 при отсутствии аппаратного ЦАП.
Сравнение
| Характеристика | Nano 33 BLE | Nano 33 BLE Sense | Nano 33 BLE Sense Rev2 |
|---|---|---|---|
| Артикул | ABX00030 | ABX00031 | ABX00069 |
| Процессор | nRF52840, Cortex-M4F 64 МГц | то же | то же |
| IMU | LSM9DS1 (9 осей) | LSM9DS1 (9 осей) | BMI270 + BMM150 (9 осей) |
| Барометр | нет | LPS22HB | LPS22HB |
| Влажность | нет | HTS221 | HS3003 |
| Жесты и цвет | нет | APDS-9960 | APDS-9960 |
| Микрофон | нет | MP34DT05 / MP34DT06JTR (расхождение в документации) | MP34DT06JTR |
| Криптосопроцессор | нет | ATECC608A | нет (по datasheet Rev2) |
Подробнее о новой версии — в статье про Nano 33 BLE Sense Rev2. Для сравнения с Wi-Fi-платами смотрите Nano 33 IoT.
Заключение
Nano 33 BLE и Nano 33 BLE Sense — компактные платы на nRF52840 с Bluetooth 5 и программной средой на базе Mbed OS. Базовая версия подойдёт, если нужны Bluetooth и IMU; Sense — если важен набор дополнительных датчиков.
Перед покупкой учтите, что Wi-Fi нет, логика 3,3 В, токи GPIO ограничены, зарядного устройства аккумулятора нет, а вывод 5V по умолчанию отключён. Оригинальные модели отмечены Arduino как EOL; для нового проекта также рассмотрите актуальные платы семейства Nano 33 BLE.
Материалы
- Документация Arduino — Nano 33 BLE и Nano 33 BLE Sense — страницы плат, схемы и файлы САПР.
- Datasheet Nano 33 BLE (PDF) и Nano 33 BLE Sense (PDF) — характеристики, датчики, питание и таблицы выводов.
- Полная распиновка Nano 33 BLE Sense (PDF) — схема выводов и встроенных датчиков.
- nRF52840 на сайте Nordic Semiconductor — документация на микроконтроллер.
- Модуль NINA-B30 на сайте u-blox — документация на модуль.
Иллюстрации (фотографии, вид сверху и снизу, схема выводов и чертёж) взяты из документации Arduino к Nano 33 BLE и Nano 33 BLE Sense (SKU ABX00030, ABX00031); схемы выводов распространяются под лицензией CC BY-SA 4.0, права на остальные принадлежат Arduino.
Читайте также
Arduino Nicla Sense ME — датчики Bosch в крошечном формате: характеристики и распиновка
Arduino Nano ESP32 — характеристики, распиновка и возможности
Arduino Nicla Voice — распознавание речи на краю: характеристики и распиновка
Arduino Nano Matter — плата для Matter, Thread и Zigbee: характеристики и распиновка