Почему пример Arduino Tone с динамиком 8 Ом приводит к сбою USB-порта?

Как уже упоминалось в вашем вопросе, в учебнике Arduino «Мелодия» в разделе «Требуемое оборудование» указано «пьезо-зуммер или динамик», а в заголовке комментария к эскизу указано: «Динамик 8 Ом на цифровом выводе 8». ". Но на рисунках в разделах «Схема» и «Схема» изображен пьезопреобразователь звука.

В любом случае слово «зуммер» неверное. Зуммер обычно имеет встроенный колебательный контур или механизм и при включении питания издает звук более или менее фиксированной частоты. Лучше было бы: пьезодинамик и обычный динамик (с подвижной катушкой).

Между пьезоэлектрическим преобразователем и динамиком существует большая разница: под постоянным напряжением сопротивление пьезоэлектрического устройства будет почти бесконечным, а сопротивление динамика сопротивлением 8 Ом — примерно 4 Ом. При частоте 400 Гц импеданс пьезоэлектрика составляет примерно 2000 Ом (существует огромный диапазон пьезоэлектрических преобразователей с разными характеристиками), тогда как сопротивление обычного динамика составляет примерно 10 Ом.

Одна сторона зуммера/динамика подключена к земле, поэтому ток течет только тогда, когда сторона, подключенная к контакту 8, имеет ВЫСОКИЙ уровень (контакт 8 должен генерировать ток, а не поглощать его).

В спецификации Atmega328P на странице 299 указано, что абсолютные максимальные номиналы (которые не совпадают с максимально допустимыми эксплуатационными номиналами) составляют 40 мА для контакта ввода-вывода, 40,0 мА и 200 мА для контактов Vcc и заземления. .
В таблице данных показан график (рис. 35-24 на стр. 600), показывающий «Выходное напряжение на выводе ввода-вывода в зависимости от тока источника (VCC = 5 В)». Из этого графика можно получить внутреннее сопротивление около 26 Ом. На графике не показано, что происходит при токах на выводах более 20 мА, но давайте предположим, что внутреннее сопротивление останется примерно тем же 26 Ом.

Когда на контакте 8 постоянно высокий уровень (5 В при 0 Гц), ток через динамик составит около 5/(26+4) = 167 мА. Это намного выше максимального значения тока на выводе 40 мА, но недостаточно для срабатывания предохранителя USB (срабатывает при токе 500 мА). Когда эта ситуация будет продолжаться, отвертка будет разрушена. Это может привести к внутреннему разрыву цепи (без дальнейших последствий) или внутреннему короткому замыканию, которое может вызвать ток питания выше 500 мА, что приведет к срабатыванию USB-предохранителя. В этом случае контакт 8 будет безвозвратно разрушен, что легко установить. Если контакт 8 продолжает работать, такого сценария не произойдет.

Обычно скетч «Мелодия» не выдает сигнал постоянного тока (0 Гц). При 400 Гц ток на выводе составит 5/(26+8)= 147 мА. Это по-прежнему намного превышает максимальный номинал тока на выводе, и сценарий тот же, что и выше.

Поэтому единственный способ срабатывания USB-предохранителя — это перегорание драйвера контакта и возникновение короткого замыкания между Vcc и землей. Читая между строк, у меня сложилось впечатление, что Раддевус пробовал это не раз, а это значит, что контакт 8 продолжает работать. Также я не думаю, что вполне вероятно, что перегорание (нескольких) транзисторов микросхемы приведет к короткому замыканию. Следовательно, причина срабатывания USB-предохранителя должна заключаться в другом.

Последнее соображение заключается в том, что Раддевус упоминает (в своем комментарии от 18 июня в 15:34) три кнопки ввода, которых нет в «схеме», показанной с его вопросом. Он также, кажется, использует хитрую плату («пропустил отверстие для заземления на плате, нажмите 5v»). Так что, возможно, мы не видим всех вовлеченных факторов.