아두이노 나노 R4 사양과 주요 용도(Nano R3 비교)

1. 아두이노 나노 R4 (Arduino Nano R4) 소개

기존 아두이노 나노(Nano R3 / Classic Nano)는 브레드보드에 직접 꽂아 쓸 수 있는 콤팩트한 크기와 우수한 접근성 덕분에 소형 시제품 개발이나 소형 로봇 제작에 널리 사용되어 온 보드이다. 하지만 8비트 ATmega328P 마이크로컨트롤러(MCU)를 탑재하고 있어 2KB에 불과한 SRAM 메모리와 16MHz 클럭의 한계로 인해, 복잡한 연산이나 고주파 신호 처리, 신형 센서 라이브러리 구동 시 메모리 부족 현상이 자주 발생했다.

**아두이노 나노 R4(Arduino Nano R4)**는 이러한 성능적 한계를 극복하기 위해 기존 나노의 소형 폼팩터(45 x 18 mm)를 유지하면서, 내부 핵심 두뇌를 32비트 Renesas RA4M1 (Arm Cortex-M4) 프로세서로 전면 교체한 최신 하이브리드 보드이다. 연산 속도와 메모리가 비약적으로 향상되었을 뿐만 아니라, 산업용 통신 규격인 CAN Bus, 정밀 12-bit DAC, 온보드 RGB LED, Qwiic I2C 커넥터 등 고급 주변장치가 대거 추가되었다.

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2. 주요 사양 및 R3(기존 Nano)와의 비교

기존 8비트 기반 나노 R3와 32비트로 업그레이드된 신형 나노 R4의 핵심 사양 차이는 다음과 같다.

항목기존 아두이노 나노 (Nano R3)신형 아두이노 나노 R4 (Nano R4)

메인 MCU	ATmega328P (8-bit AVR)	Renesas RA4M1 (32-bit Arm® Cortex®-M4)
클럭 속도 (Clock)	16 MHz	48 MHz (3배 향상)
플래시 메모리 (Flash)	32 KB	256 KB (8배 확장)
SRAM (메모리)	2 KB	32 KB (16배 확장)
EEPROM	1 KB	8 KB
동작 전압 (Logic Voltage)	5V	5V (5V 로직 유지로 기존 센서 호환)
입력 전압 (VIN)	7 ~ 12 V	6 ~ 21 V (전원 허용범위 확대)
USB 커넥터	Mini-USB / Micro-USB	USB-C
신규 주변장치	없음	12-bit DAC, CAN Bus, Op-Amp, RTC, Qwiic, RGB LED
보드 형태	DIP 스루홀 핀전용	DIP 스루홀 + 캐슬레이티드(Castellated) SMD 납땜 지원

 

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3. PIN 배열 및 새로운 주변장치(Peripheral) 특징

아두이노 나노 R4는 기존 나노 R3와 거의 동일한 핀 배치를 유지하여 빵판(Breadboard) 연결 호환성을 보장하면서도 내부에 강력한 부가 기능들을 새로 탑재했다.

1) 5V 로직 및 입출력 핀

• 32비트 ARM 칩셋으로 변경되었음에도 동작 전압 5V를 그대로 유지한다. 따라서 기존 5V 센서나 모듈, 릴레이 등을 전압 변환기(Level Shifter) 없이 직접 연결할 수 있다.
• 디지털 입출력 핀 14개, 아날로그 입력 핀 8개가 제공된다.

2) 정밀 12-bit DAC (A0 핀)

• 기존 R3는 진짜 아날로그 전압 출력이 불가능하여 PWM(아날로그 시늉)만 가능했으나, 나노 R4는 A0 핀을 통해 **진짜 아날로그 가변 전압(12-bit DAC, 0~4095 단계)**을 출력할 수 있어 오디오 음원 합성 및 파형 생성에 유리하다.

3) Qwiic 커넥터 및 온보드 RGB LED

• 보드 측면에 SparkFun 규격의 Qwiic I2C 커넥터가 기본 탑재되어 케이블 연결만으로 각종 I2C 센서를 납땜 없이 직렬 연결할 수 있다.
• 시스템 상태를 직관적으로 표현할 수 있는 사용자 제어용 RGB LED가 내장되어 있어 별도 외장 LED 배선 없이도 다채로운 피드백을 구현할 수 있다.

4) 캐슬레이티드(Castellated) 모듈 설계

• 보드 가장자리에 캐슬레이티드 홈이 파여 있어, 사용자가 제작한 맞춤형 메인 PCB 표면에 나노 R4 보드 자체를 직접 모듈 형태로 겉납땜(SMD Assembly)하여 양산 제품에 이식하기 쉽다.

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4. 개발환경 준비 (Arduino IDE / PlatformIO)

아두이노 나노 R4는 기존 아두이노 IDE 및 VS Code 기반 PlatformIO 환경 모두에서 쉽게 설정하여 작성할 수 있다.

1. 아두이노 IDE 2.0+ 설정:
   • 아두이노 IDE 실행 후 **[도구] → [보드] → [보드 매니저(Boards Manager)]**로 이동한다.
   • 검색창에 UNO R4 또는 Nano R4를 검색한 뒤, Arduino UNO R4 Boards 패키지를 설치한다. (나노 R4는 UNO R4 코어 라이브러리를 함께 공유한다.)
   • 보드 선택 메뉴에서 Arduino Nano R4를 선택하고 USB-C 포트로 연결한다.
2. PlatformIO (VS Code) 설정:
   • platformio.ini 파일에 다음과 같이 보드 환경을 지정해 준다.

[env:nano_r4]
platform = renesas-ra
board = nano_r4
framework = arduino

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5. 예제 코드: 온보드 RGB LED 제어 및 12-bit DAC 아날로그 전압 출력

다음 예제는 나노 R4의 온보드 RGB LED 색상을 변경함과 동시에 A0(DAC) 핀으로 정밀한 아날로그 전압 파형을 출력하는 기초 스케치 코드이다.

#define DAC_PIN A0

void setup() {
  // 1. DAC 출력 해상도를 12비트(0~4095)로 설정
  analogWriteResolution(12);
  
  // 2. 온보드 RGB LED 핀 출력 설정 (Nano R4 전용 핀 정의)
  pinMode(LEDR, OUTPUT);
  pinMode(LEDG, OUTPUT);
  pinMode(LEDB, OUTPUT);
  
  // RGB LED 초기화 (High 전압 시 꺼짐)
  digitalWrite(LEDR, HIGH);
  digitalWrite(LEDG, HIGH);
  digitalWrite(LEDB, HIGH);
}

void loop() {
  // [단계 1] RGB LED 빨간색 점등 & DAC 전압 상승 (0V -> 5V)
  digitalWrite(LEDR, LOW);
  digitalWrite(LEDG, HIGH);
  digitalWrite(LEDB, HIGH);
  
  for (int val = 0; val <= 4095; val += 50) {
    analogWrite(DAC_PIN, val);  // 12-bit DAC 아날로그 전압 출력
    delay(1);
  }
  delay(300);

  // [단계 2] RGB LED 파란색 점등 & DAC 전압 하강 (5V -> 0V)
  digitalWrite(LEDR, HIGH);
  digitalWrite(LEDG, HIGH);
  digitalWrite(LEDB, LOW);

  for (int val = 4095; val >= 0; val -= 50) {
    analogWrite(DAC_PIN, val);
    delay(1);
  }
  delay(300);
}

• 1 Line: 12-bit DAC 전용 아날로그 출력 핀인 A0를 DAC_PIN으로 정의한다.
• 5 Line: analogWriteResolution(12) 명령어를 사용하여 아날로그 출력 해상도를 기본 8비트(0255)에서 12비트(04095)로 끌어올린다.
• 8~10 Line: Nano R4 보드에 내장된 RGB LED 제어용 핀(LEDR, LEDG, LEDB)을 출력 모드로 설정한다.
• 21~24 Line: analogWrite(DAC_PIN, val)를 호출하여 A0 핀에 실제 0V부터 5V까지의 아날로그 가변 전압 신호를 생성해 출력한다.
• 31~34 Line: 전압을 5V에서 0V로 단계적으로 낮추며 파형을 완성한다.

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6. 주요 용도 및 주의사항

1. 추천 주요 용도:
   • 고속 센서 데이터 처리 및 필터링: 48MHz 32비트 MCU와 32KB RAM 덕분에 DSP 연산이나 복잡한 센서 융합 알고리즘 처리에 적합하다.
   • 아날로그 음원/신호 생성기: 12-bit DAC를 활용하여 오디오 소리 합성이나 정밀 제어용 아날로그 전압 신호를 만들 수 있다.
   • CAN 통신 임베디드 장치: 자동차 및 산업용 현장 장비 통신(CAN Bus) 프로토타입 제작에 유용하다.
   • 양산형 소형 시제품: 캐슬레이티드 홈을 활용하여 자체 커스텀 PCB 보드에 모듈 형태로 직접 납땜 이식이 가능하다.
2. 사용 시 주의사항:
   • 5V 동작 방식 유지: 32비트 ARM 칩셋이지만 5V 동작 전압을 사용하므로, 3.3V 전용 I2C 센서나 3.3V 전용 통신 모듈을 연결할 때는 전압 레벨에 주의하여 Qwiic 포트(3.3V 전용)를 활용하거나 레벨 시프터를 연결해야 한다.

구매좌표:

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