Интересные платы расширения для Raspberry Pi. Raspberry Pi — что за фрукт
Raspberry-Pi становится действительно универсальным мини-компьютером.
Предлагаем вашему вниманию доступный по цене и простой в обращении и установке модуль расширения X100, превращающий Ваш Raspberry в мощнейший инструмент, благодаря насыщенной коммуникативности данного модуля и наличия на борту часов реального времени.
Вид X100 сверху: назначение разъёмов и выводов.
Вид платы X100 снизу: место микро SD карточки и Rpi RESET.
Описание интерфейсного модуля X100
Плата расширения X100 предназначена для использования на Raspberry Pi (RPI), которая устанавливается в верхней части Raspberry Pi, имеет стабилизатор питания 5 вольт для RPI, от источника напряжения с широким входным диапазоном и несет на себе: выход VGA, RTC, три USB порта, слот SD карты, слот карты памяти, разъем RS232 DB9, и 8 портов для сервомашинок.
Главное и неоспоримое достоинство это видео-вывод VGA и множество других возможностей Х-100.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ платы расширения X100
Непосредственно вставляемый сверху Raspberry Pi, используя модуль использует GPIO разъем, и не требует проводов, и пайки
.Дублированный 26-контактный разъем R-Pi, позволяет чтобы устанавливать существующие платы расширения
.Входное напряжение от 6 В до 23 В преобразуется в 5 В, 3 А через понижающий DC / DC преобразователь для питания Raspberry Pi
VGA - HDMI конвертер для VGA с поддержкой до UXGA (1600 x 1200) и 1080p с 10-битным ЦАП
.USB - автономный концентратор USB с 3 портами
.Хранение - SD и микро SD разъемы для карт
.RTC - На основе NXP PCF2127AT / PCF2129AT с вставленной батареей CR2032
.Отладка - RS232 DB9 разъем (на чипе MAX3232), используется с нуль-модемным кабелем
.I / O - Кнопка сброса для RPI , контакты для доступа S1 & S5 на вершине Raspberry Pi
.Servo поддержка - 8-канальный чип драйвер (ULN2803)
.Разное - DIP переключатель для подключения контактов RPI
.Размеры - 85 х 56 мм (Точно как Raspberry Pi)
.
Этот Модуль подходит для Raspberry Pi Rev 2 модели B
.
ПИТАНИЕ
X100 поставляется с встроенным стабилизатором +5 В через разъем GPIO с впаянным 2 A авто восстанавливающимся предохранителем. С широким диапазоном входного напряжения. Стабилизатор может получать питание от широкого спектра внешних источников, таких как батареи, 12 V адаптеры питания, солнечных источников батареи и т.д. Дополнительные +5 В выходы также доступны на серво портах.
Рекомендуемые источники питания: 110 ~ 240 В входного переменного тока, 12 VDC 2 ~ 3 A выходного тока.
Размер выходного отверстия (Блок: мм)
HDMI TO VGA
Описание доступно на
http://elinux.org/RPi_Screens#RGB_analog.2FVGA
Любой HDMI в VGA адаптер без внешнего блока питания может работать не большое время, но потом сожжет D1, поэтому не используйте преобразователи HDMI с питанием от порта HDMI! Проблема решается использованием преобразователей только с внешним питанием.
X100 не использует питание от RPI HDMI порта и имеет множество функций.
Характеристики:
. Простота в использовании: Нет необходимости кабеля и установки
. Конверсия: Она может конвертировать полный HDMI в VGA видео
. Поддержка 165 MHz / 1,65 Гбит на канал (6.75 Gbps весь канал) для входа HDMI
. Поддержка выхода Аналоговый видео до UXGA и 1080p с 10-битный ЦАП
RS232 MASTER PORT
Порт RS232 соединен с портом UART на Raspberry Pi с использованием интерфейса MAX3232. MAX3232 преобразует порт 3,3 В UART к RS232 напряжениям и позволяет устанавливать связь с RS232 совместимыми устройствами по последовательному кабелю DB9 или с использованием нуль-модемного кабеля, плата обеспечивает терминальный доступ с Linux на Raspberry Pi, используя приложение терминала. Порт RS232 может быть доступен через порт DB9.
Терминальное приложение - конфигурация PuTTY (COMx, X = Серийный номер порта)
ЧАСЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ (RTC)
Предназначены для использования в Raspbian. Это очень точные часы реального времени, которые соединяются через порт GPIO на Raspberry Pi. Они используют контакты GND, SDA и SCL.
Они используют высокоточный чип / PCF2129AT и NXP PCF2127AT:
. Очень точный хронометраж (обычно ± 3 ppm или <2 минуты отклонения в год)
. Интегрированный кристалл, компенсирует температуру и возраст
. Поставляемый аккумулятор будет держать время в течение очень долгого времени, если устройство не используется.
. 512 байт статического ОЗУ, защищенные резервной батареи
. Батарея в комплекте!
ULN2803 8-канальный RC SERVO PORT
Этот чип Драйвер содержит 8 выходов, которые могут обеспечивать 500 мА от выбираемого входного напряжения питания 5 В или постоянного входного тока и имеет на всех выходах диоды включенные внутри для управления катушками. Это позволяет вашим маленьким микроконтроллером или микрокомпьютером питать соленоиды, двигатели постоянного тока (в одном направлении) и униполярные шаговые двигатели.ULN2803 подключаются к входам GPIO через коммутатор DIP, с его выводов собирается два массива Wire-To-Board заголовке. Кроме того, эти порты могут быть использованы для питания +5 В или входного напряжения для другой внешней схемы, или встроенных устройств.
Пожалуйста, обратите внимание, что этот драйвер с «открытым коллектором» - его можно использовать только для подключения нагрузки к земле и будет 1 Вольт (или более) падение напряжения через внутренние транзисторы.
USB HUB И КАРТРИДЕР
Полностью протестированы на совместимость с Raspberry Pi
. Полностью совместим с USB-концентратор спецификации версии 2.0 и обратно совместим со спецификацией USB-концентратор 1.1
. Поддержка трех автономным питанием входных порта
. Очень низкое энергопотребление
. USB класса устройств для Mass Storage, Bulk-транспортного V1.0
. Поддержка SD спецификации до версии. 2.0 (SDHC)
. Оборудование DMA драйвера интегрировано для повышения производительности
Примечание: SD-карта и Micro-SD карта не могут производить чтение / запись одновременно.
X100 также может быть подключен к USB-порту компьютера при помощи прилагаемого USB кабеля, чтобы записать образ ОС на карту SD.
Инсталляцию модуля производите согласно этим картинкам:
HDMI адаптер и USB адаптер поставляются в комплекте.
В июне 2013 года Королевская инженерная академия присудила престижную награду Серебряную медаль доктору Эбену Аптону, соучредителю Raspberry Pi Foundation.
Эта премия является признанием выдающегося вклада британской инженерной мысли в успешное продвижение товара на рынке. Нет лучшего примера поиска и создания нового рынка, чем история маленького одноплатного компьютера Raspberry Pi. Можно даже утверждать, что Raspberry Pi начал новую техническую революцию, и доказательства этому можно увидеть в его аксессуарах.
В последнее время появились десятки компаний, выпускающих дополнительные компоненты и аксессуары для оригинального Raspberry Pi. Основной причиной этому являются цена, доступность, расширяемость и развивающееся сообщество поддержки. В этой статье будут представлены 15 аксессуаров, превращающих обычный компьютер в мощную машину.
Созданная разработчиком альфа-версии Raspberry Pi Гертом ван Лоо (Gert Van Loo) плата Gertboard позволяет расширить количество линий ввода/вывода, как никакой иной продукт. Основной особенностью здесь является 28-выводной микроконтроллер Atmega (любой из списка следующих моделей ATmega 48A/PA, 88A/PA, 168A/PA или 328/P). Благодаря подключению Atmega расширяемость, присущая интегрированной среде разработки платы Arduino, теперь доступна и Raspberry Pi.
Судя по рисунку, эта плата действительно универсальная. Кроме того, контроллер двигателя ROHM BD6222HFP дает дополнительный порт с выходом 18 В и 2 А для управления приводами. На Gertboard также может быть установлен двухканальный 8-, 10- или 12-разрядный ЦАП и двухканальный 10-разрядный АЦП. Также шесть драйверов с открытым коллектором с выходным напряжением 50 В при 2 А, три кнопки и 12 буферов ввода/вывода делают эту плату расширения идеальным решением для тех, кто хочет сделать из Raspberry Pi больше чем просто компьютер.
Купить Gertboard можно за $49.99.
Разработанная Эндрю Робинсоном из Университета Манчестера, плата Piface Digital предоставляет быстрый способ для управления внешним аппаратным обеспечением с помощью линий ввода/вывода Raspberry Pi. Центральной частью Piface Digital являются две переключающие реле, которыми может управлять пользователь. Реле рассчитаны на напряжение 5 В и максимальный ток 10 А. Плата легко программируется с помощью Python, C и Scratch. Scratch также имеет эмулятор Piface, что позволяет графически отображать работу этой платы. Также Piface оснащена восемью цифровыми входами, восемью выходами с открытым коллектором, восемью светодиодами и четырьмя кнопками. Плата стоит $32.99.
Модуль камеры Raspberry Pi Camera Module подключается с помощью ленточного кабеля к встроенному порту CSI. Сама плата с камерой очень компактна, ее размеры 25 × 20 × 9 мм, а весит она всего 3 грамма. Эта плата может делать 5-мегапиксельные фотографии благодаря своему модулю с фиксированным фокусом Omnivision 5647. Камера поддерживает (разрешение [p] кадры в секунду) 1080p30, 720p60 и 480p60/90. Видео и изображения сохраняются на SD-карту Raspberry Pi (рекомендуемый объем 4 ГБ или больше). Шина CSI способна передавать потоковые данные с высокой скоростью прямо к процессору BCM2835 ARM 11. Raspberry Pi Camera Module стоит $25.
Пример использования: Pi Camera в Pi in Sky
Pi Camera недавно была использована в проекте Pi in the Sky, представляющем собой высотный аэростат, который поднял Pi на высоту почти 40 км.
Фотография, полученная с Pi in Sky
Одной из самых дешевых плат для Raspberry Pi является Slice of Pi. Этот комплект сначала должен быть собран, и в собранном виде плата предоставит ряд уникальных возможностей. Помимо последовательного расширителя портов ввода/вывода MCP23017, обеспечивающего 16 каналов, Slice of Pi имеет монтажную площадку для дополнительных компонентов. Ключевой особенностью Slice of Pi является разъем для модулей типа Xbee, который помимо самого Xbee поддерживает XRF, RN-XV и другие модули. Контакты на плате также упрощают доступ к портам ввода/вывода, напряжению 3.3 В, 5 В, земле и линиям TX/RX. Возможности беспроводной связи, несомненно, увеличили популярность этой платы, которая стоит всего $7.
Еще один вид Slice of Pi
5. Варианты LCD-дисплеев компании 4D Systems
4D Systems выпускает модули LCD-дисплеев для различных отладочных плат. Линейка для Raspberry Pi включает в себя модели с диагональю от 2.4"" до 4.3"". Лучшая модель в этой линейке,4.3-дюймовый TFT-экран uLCD-43-PT-PI поддерживает разрешение 480 × 272 пикселей. Ключевая особенность данного экрана — это резистивный сенсорный слой для ввода информации с помощью пальца или стилуса. Такой дисплей просто необходим тем, кому нужна портативность. Наиболее уникальным аспектом этой линейки экранов является адаптер 4D Serial Pi adapter. Он подключается к последовательному порту ввода/вывода Raspberry Pi и предоставляет 5 линий для подключения экрана, а также дублирует линии порта ввода/вывода для соединения с другой платой.
Цены на экраны компании 4D System варьируются от $65 до $145. 4D Serial Pi adapter стоит $9.
6. Самодельная сеть для мобильных телефонов на базе Raspberry Pi — Ettus USRP
В своем проекте PA Consulting Group использовала Raspberry Pi вместе с программно-определяемой радиосистемой Ettus Research Universal Software Radio Peripheral (USRP) B100 для создания мобильной базовой станции. В экранированный комнате инженеры установили программную точку доступа стандарта GSM под названием OpenBTS и открытую телефонную платформу FreeSwitch, группирующую голосовой или SMS трафик телефонов и передающую его в Интернет или другим телефонным сетям. С помощью самостоятельно написанного кода и различных программ это все было превращено в работающую сотовую сеть. PA Consulting Group использует этот и другие проекты, чтобы подтолкнуть клиентов на применение Raspberry Pi в своих собственных разработках. Стоит иметь в виду, что если эта базовая станция будет вещать за пределы одной комнаты, то могут последовать проблемы.
Ettus Research USRP B100 стоит $650.
Компания MYRIAD также выпустила антенну Myriad RF-1 для тех, кто хочет сэкономить на USRP B100. Myriad RF-1 продается по цене $299.
7. Сегментные RGB LCD-дисплеи 16 × 2 с клавиатурой компании Adafruit
Компания Adafruit Industries является одним из основных распространителей революции Raspberry Pi. Она сделала огромный вклад в развитие сообщества, представив всё от простых приложений до сложных плат расширения. Adafruit RGB 16× 2 LCD-дисплей является желанным дополнением к модельному ряду. Взаимодействуя с Raspberry Pi через порт ввода/вывода общего назначения, эта плата предоставляет две строки по 16 символов. Дисплей поставляется как с подсветкой экрана и темными буквами, так и с темным экраном и подсветкой букв. Кнопки на панели позволяют выполнять прокрутку и совершать выбор. Как и все продукты Adafruit это устройство поставляется с руководствами, помогающими пользователям установить его и создавать свои проекты.
Adafruit RGB Negative/Positive 16 × 2 LCD- дисплеи с клавиатурой стоят $24.95.
Компания Ciseco, которая также является производителем Slice of Pi, выпустила Pi LITE — светодиодную матрицу, непосредственно подключаемую к порту ввода/вывода общего назначения Raspberry Pi. Цель этого проекта, размещенного на Kickstarter, основывалась на том, что разработчики хотели преподнести пользователям Raspberry Pi возможность для быстрого старта и легкого освоения этого компьютера, поскольку многие говорили: «У меня есть Raspberry Pi, но я с ним еще ничего не сделал». С помощью этой светодиодной матрицы пользователь может выводить сообщения, прокручивать текст, отображать вертикальные или горизонтальные гистограммы, играть в игры типа тетриса и решать прочие задачи, требующие низкого разрешения. По сути Pi LITE является одноцветным дисплеем с низким разрешением 14× 9 пикселей (126 светодиодов). Непосредственным управлением светодиодами занимается микроконтроллер ATMega328p, данные берутся с Raspberry Pi через UART.
Цена наPi LITE составляет $29.80.
9. XloBorg — датчик движения и направления для Raspberry Pi
Плата XloBorg оснащает Raspberry Pi 3-освым акселерометром и 3-осевым магнитометром. Цифровой акселерометр Freescale Xtrinsic MMA8451Q позволяет определять положение и движение Raspberry Pi. Он дает возможность создать игровой контроллер на основе методики захвата движения. Его способность определять удары и вибрацию может быть полезна для реализации человеко-машинного интерфейса. Цифровой магнитометр Freescale Xtrinsic MAG3110 оснастит компьютер функциями компаса, такими как определение местоположения, навигация и определение скорости.
XloBorg можно приобрести за $13.
10. PicoBorg — управляй моторчиками с помощью Raspberry Pi
Создатели XloBorg выпустили также компактный контроллер двигателей постоянного тока PicoBorg. С помощью порта ввода/вывода общего назначения пользователь может управлять четырьмя драйверами нижнего плеча или четырьмя устройствами. Максимальное рабочее напряжение может составить 20 В, хотя рекомендуется 12 В, а максимальный ток 2 А, для длительной работы рекомендовано не более 1 А. Эта плата в основном нацелена на использование с двигателями постоянного тока, управляемые ШИМ-выводом Raspberry Pi.Компания-производитель PiBorg также предлагает с помощью платы XloBorg управлять вентилятором или соленоидом, или даже их комбинацией, а также управлять одним 6-проводным шаговым двигателем.
PicoBorg стоит $10.50.
11. LedBorg — плата со сверхъярким RGB-светодиодом
Компания PiBorg выпустила еще одно простое дополнение к Raspberry Pi — один RGB-светодиод. Он может светить 26 разными цветами в трех интенсивностях: выключен, 50% и 100%. Типичными областями применения такой платы будут освещение под настроение и индикация статуса.
КупитьLedBord можно за $7.40.
12. RadioBlocks — беспроводной модем стандарта IEEE 802.15.4
Используя только четыре линии ввода/вывода, выделенные под UART, RadioBlock компании Colorado Micro Devices дает пользователям возможность беспроводного доступа в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4. Этот стандарт является основой для таких протоколов, как ZigBee, MiWi, WirelessHART и ISA100.11a. Он также может применяться с 6LoWPAN. На плате радиомодуль Atmel AT86RF231 IEEE 802.15.4 Radio совмещен с микроконтроллером NXP LPC1114. Изначально RadioBlock был создан для работы с любой встраиваемой платформой, вроде Arduino и BeagleBone. Но, вероятно, Raspberry Pi будет тем устройством, с которым этот модем будет применяться наиболее часто. Доступны две версии RadioBlock — с питанием основным напряжением и с автономным (батарейным) питанием.
Цена на данный модуль составляет $22.
BrickPi объединяет Raspberry Pi с системой LEGO Mindstorm. BrickPi позволяет подключать до трех NXT-моторов и до четырех датчиков из наборов LEGO. Как и обычные наборы LEGO Mindstorm Raspberry Pi также запитывается от батареи 9 В. Корпус BrickPi спроектирован таким образом, чтобы можно было присоединить элементы конструктора LEGO, благодаря этому Raspberry Pi становится частью настоящего творения. BrickPi представляет собой добавочную плату, обеспечивающую функциональность, присущую контроллерам LEGO NXT. Компания-производитель Dexter Industries имеет большое и бурно развивающееся сообщество поддержки программного обеспечения для BrickPi.
Плата BrickPi доступна в двух вариантах: сама плата и корпус за $65 или плата, корпус и апгрейд источника питания (более надежный DC-DC преобразователь) за $80.
14. Игры и приложения для Raspberry Pi
WyoLum Team представляет собой сообщество единомышленников среди инженеров и студентов. Эта команда выпустила AlaMode — Arduino-совместимую плату, которая подключается к порту ввода/вывода Raspberry Pi. Целью WyoLum Team является обеспечение пользователей Raspberry Pi доступом к бесчисленным библиотекам, устройствам и платам вселенной Arduino, а также к сообществу Arduino. AlaMode можно запитать от Raspberry Pi, батарейки или USB. Для регистрации данных или поддержки памяти приложения был добавлен дополнительный слот для SD-карт. AlaMode также имеет выводы для подключения GPS-приемника Fastrax UP501.
Купить AlaMode можно за $50.01.
Перевод сайт
Благодарим Вас за интерес к информационному проекту сайт.
Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.
Мегагерц много не бывает — процессор Raspberry Pi 3 B+ разогнан до 1,4 ГГц. Ускорились сетевые интерфейсы, а ещё появилась поддержка Power over Ethernet.
Область применения Raspberry Pi ограничена лишь вашими знаниями и фантазией.
Автоматизируйте дом или воспользуйтесь этим крошечным компьютером для создания:
- робота с управлением по Wi-Fi или обладающего компьютерным зрением
- эмулятора игровой консоли
- домашней метеостанции
- охранной системы с распознаванием лиц
Компьютер размером с банковскую карту имеет на борту привычные ПК составляющие: процессор, оперативную память, разъём HDMI, композитный выход, USB, Ethernet, Wi-Fi и Bluetooth.
Главное преимущество Raspberry Pi — 40 контактов ввода/вывода общего назначения (GPIO). К ним вы сможете подключать периферию для взаимодействия с внешним миром: исполнительные устройства, любые сенсоры и всё, что работает от электричества.
Штатной операционной системой для Raspberry Pi является Linux. Она устанавливается на microSD карту, а та — в специальный слот на плате. Если вы не знаете Linux, не пугайтесь. Этот компьютер — прекрасная возможность во всём разобраться. Потерять данные или сильно напортачить с настройками не так страшно, образ на SD-карте можно восстановить за считанные минуты. После этого — смело продолжайте эксперименты!
Версия платы
Raspberry Pi 3 Model B+ это модернизированная версией Raspberry Pi 3 Model B.
64-х битным четырёхядерным процессором ARM Cortex-A53 разогнан с 1,2 ГГц до 1,4 ГГц. На борту модернизированные беспроводные интерфейсы Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.2/LE.
Кроме того, процессор имеет архитектуру ARMv53, а значит вы сможете использовать любимую операционную систему: Debian Wheezy, Ubuntu Mate, Fedora Remix и даже MS Windows 10 IoT.
Raspberry Pi 3 Model B+ наделили 1 ГБ оперативной памяти, но эта память делится с графической подсистемой. Графический двухъядерный процессор VideoCore IV® поддерживает стандарты OpenGL ES 2.0, OpenVG, MPEG-2, VC-1 и способен кодировать, декодировать и выводить Full HD-видео (1080p, 30 FPS, H.264 High-Profile).
Подключение периферии
Для подключения монитора или телевизора используйте композитный видеовыход или разъём HDMI. Разрешение варьируется от 640×350 (EGA) до 1920×1200 (WUXGA) для HDMI. Композитный выход работает в форматах PAL и NTSC.
Колонки или наушники подключаются через стандартное гнездо 3,5 мм. Также звук может передаваться по HDMI.
Raspberry Pi 3 Model B+ предоставляет 4 USB-порта, объединённых внутренним хабом. К ним, помимо прочего, можно подключить клавиатуру и мышь.
Для экономии ресурсов центрального процессора, Raspberry Pi предлагает подключения штатных модулей через 15-пиновые слоты:
- CSI-2 — для подключения камеры по интерфейсу MIPI
- DSI — для подключения штатного дисплея
В качестве низкоуровневых интерфейсов доступны:
- 40 портов ввода-вывода общего назначения
- UART (Serial)
- I²C/TWI
- SPI с селектором между двумя устройствами
- пины питания: 3,3 В, 5 В и земля
Для коммуникации на Raspberry Pi 3 Model B доступны интерфейсы:
Ethernet на 10/100/1000 Мбит с выходом на стандартное гнездо 8P8C (RJ45); Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.2.
Питание
Питание Raspberry Pi 3 осуществляется от 5-вольтового адаптера через разъём micro-USB или пины питания. Рекомендуем использовать источник питания с силой тока не менее 2,4 А, чтобы иметь возможность подключать к USB-портам более энергоемкие устройства.
Аппаратный выключатель питания на плате отсутствует. Для включения компьютера достаточно подключить кабель питания. Для выключения используйте штатные функции операционной системы.
Габариты
Размер платы: 85×54 мм. USB-порты, Ethernet-гнездо, HDMI, аудио-гнездо выступают за обозначенные рамки на несколько миллиметров.
Программное обеспечение
Вместо традиционного для обычных компьютеров жёсткого диска, Raspberry Pi использует microSD флеш-карту. Она должна быть предварительно подготовлена — на неё следует установить операционную систему. Имея несколько флеш-карт, вы можете поочерёдно использовать их, получив несколько изолированных образов компьютеров.
Флеш-карта в комплект не входит.
Характеристики
- Процессор: 64-битный 4-ядерный ARM Cortex-A53 с тактовой частотой 1,4 ГГц на однокристальном чипе Broadcom BCM2837
- оперативная память: 1ГБ LPDDR2 SDRAM
- цифровой видеовыход: HDMI
- композитный выход: 3,5 мм (4 pin)
- USB порты: USB 2.0×4
- беспроводная сеть: WiFi 2,4/5 ГГц, 802.11n
- Ethernet: 10/100/1000 Мб RJ45
- Bluetooth: Bluetooth 4.2, Bluetooth Low Energy
- разъем дисплея: Display Serial Interface (DSI)
- разъем видеокамеры: MIPI Camera Serial Interface (CSI-2)
- карта памяти: MicroSD
- порты ввода-вывода: 40
- габариты: 85x56x17 мм
В статье мы рассмотрим плату расширения GPIO Shield, которая добавит возможность подключения аналоговых датчиков и плат расширения Arduino к Raspberry Pi (Рисунок 1). Напряжение питания на плату GPIO Shield может поступать от Raspberry Pi (5 В) или от внешнего источника (12 В), но более подробно мы рассмотрим этот вопрос ниже. Плата подключается к Raspberry Pi посредством GPIO-совместимого разъема, а для подключения типовых контроллеров Arduino и плат расширения имеются соответствующие штыревые контакты. Другими словами, предлагаемое аппаратное решение является своего рода мостом между Raspberry Pi и Arduino.
Принципиальная схема
При разработке платы расширения преследовались следующие цели:
- Повышение функциональности портов GPIO за счет добавления непосредственно на плату расширения 4-канального АЦП с дифференциальными или несимметричными входами, а с дополнительным модулем - 16 цифровых линий ввода/вывода и ЦАП;
- Использование напряжения питания 5 В платы Raspberry Pi или внешнего источника 12 В для совместимости с платами расширения Arduino;
- Преобразование логических уровней 3.3 В - 5 В цифровых линий ввода/вывода и интерфейсов передачи данных I 2 C/SPI;
- Возможность использования аналоговых входов АЦП в дифференциальном и линейном режиме;
- Обеспечение совместимости с Raspberry Pi посредством установки 26-контактного разъема GPIO;
- Установка разъемов для прямого подключения Arduino и будущих плат, которые планируются к выпуску;
- Возможность установки дополнительных разъемов для подключения внешних адаптеров USB-I 2 C, USB-SPI.
На Рисунке 2 изображена принципиальная схема GPIO Shield, реализующая перечисленные цели на практике.
Регулятор напряжения выполнен по классической схеме с использованием микросхемы стабилизатора . Перемычка EXT/INT предназначена для выбора способа питания платы расширения: внешний источник 12 В через регулятор 7805 или внутренний источник 5 В с контакта 2 разъема GPIO Raspberry Pi. Следует помнить, что используемая для питания внешней периферии схема регулятора напряжения на плате Raspberry Pi способна обеспечить выходной ток 500 мА для версии A и 300 мА для версии B. Поэтому для внешних модулей и датчиков с бóльшими токами потребления или для плат расширения с напряжением питания 12 В следует использовать внешний источник питания, и соответствующим образом установить перемычку EXT/INT.
Рассмотрим схему преобразования логических уровней, в которой использованы два разных приема.
Преобразование логических уровней цифровых линий ввода/вывода выполняется с помощью 8-разрядной двунаправленной микросхемы сдвига уровней компании , имеющей две раздельные шины питания и автоматически определяющей направление передачи данных.
Порты A микросхемы подключаются к интерфейсу Raspberry Pi (разъем GPIO которого обозначен на схеме как RPY), порты B подключаются к разъемам IOL и IOH портов ввода/вывода Arduino. На выводы VCCA и VCCB подаются опорные напряжения для преобразования уровней, подключенные к шинам 3.3 В и 5.0 В, соответственно. Высокий логический уровень на выводе OE разрешает работу микросхемы, поэтому он подтянут через резистор к напряжению VCCA. Низкий уровень на этом выводе переводит все выходы микросхемы в высокоимпедансное состояние. Соответствие выводов разъемов Arduino и Raspberry Pi представлено в Таблице
Что касается линий интерфейсов I 2 C, SPI и последовательного порта UART, для преобразования логических уровней мы выбрали решение на полевых N-канальных MOSFET , работающих в режиме обогащения с пороговым напряжением 1.3 В.
Схемы преобразования уровней идентичны для каждой сигнальной линии. В качестве примера рассмотрим линию SDA шины I 2 C. Затвор транзистора T7 подключен к шине питания 3.3 В, исток подключен к линии низкоуровневого сигнала (3.3 В), сток - к линии высокоуровневого сигнала (5.0 В).
| Таблица 1. | Соответствие выводов разъема GPIO Raspberry Pi и разъема Arduino |
|||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
Теперь рассмотрим узел аналого-цифрового преобразования, для которого мы выбрали микросхему компании .
При разработке этого узла платы мы пошли на некоторый компромисс при распределении сигналов по выводам разъемов Arduino. Дело в том, что Arduino имеет 6 аналоговых входов, но два из них (A4, A5) используются совместно с интерфейсом I 2 C. При разработке проекта в среде Arduino IDE мы можем программно переопределять назначение выводов в соответствии с требованиями приложения. Для Raspberry Pi такой возможности нет, как нет и встроенного АЦП. В нашем случае мы выбрали внешнюю микросхему АЦП, которая подключается к микроконтроллеру по шине I 2 C через указанные выводы порта, оставляя свободными только 4 аналоговых входа. Но, в то же время, микросхема MCP3428 предоставляет 16-разрядную точность измерений линейных или дифференциальных сигналов.
Выводы микросхемы CH1+ … CH4+ подключаются к контактам A0 … A3, соответственно, разъема АЦП Arduino. Выводы CH1- … CH4- подключены к отдельному разъему, и с помощью перемычек J0 … J3 могут индивидуально замыкаться на «землю». Таким образом каждый вывод можно сконфигурировать на прием как линейных, так и дифференциальных сигналов. Сигналы SDA и SCL выведены на соответствующие контакты разъема Arduino, а также на разъем GPIO Raspberry Pi (выводы 5 и 3) через преобразователи уровней на транзисторах Q7 и Q8. Для установки адреса микросхемы на шине I 2 C используются входы ADR0 и ADR1. Указанному на схеме состоянию этих входов соответствует адрес 0x68 (см. техническое описание MCP3428).
Линии последовательного порта с выводов 8 и 10 разъема GPIO через преобразователи уровней подключаются к контактам TXD и RXD разъема Arduino.
Некоторое время назад появилась в моем распоряжении плата Raspberry Pi3. Ее возможности действительно впечатляют: и быстрый четырехядерный процессор, и встроенные аппаратные кодеки/декодики аудио/видео/jpeg, сеть Ethernet/WIFI, USB2, HDMI… Прямо настоящий компьютер. Очень круто, что есть разъем GPIO, который позволяет разным умельцам подключать что-то свое нестандартное и особенное. Существует огромное число различных плат расшрения, которые устанавливаются на этот разъем: дисплеи, светодиодные экраны, адаптеры для двигателей, платы АЦП…
Я хотел бы немного рассказать об FPGA плате Марсоход2RPI, которая, как и другие платы расширения, подключается к разъему GPIO распберри, и добавляет нашему микрокомпьютеру совершенно новые свойства.
Плата довольно проста. На ней установлены:
- FPGA Cyclone IV EP4CE6E22C8
- логических элементов 6272;
- встроенная память 270Кбит;
- Умножителей 15 (18x18);
- PLL 2;
- Четыре светодиода;
- Три кнопки;
- Кварцевый генератор 100Мгц;
- Возможность установки чипа EPCS4 (для случая, если плата будет использоваться автономно);
- Разъем JTAG (для случая, если плата будет использоваться автономно);
- Два 40 пиновых разъема на каждом по 28 пользовательских GPIO - разъемы совместимые с Raspberry;
- Один 40 пиновый разьем для подключения к Raspbery, на котором можно использовать 24 или 20 GPIO (в зависимости от того, установлен чип EPCS4 или нет).
Так можно подключить плату Raspberry Pi2/ Pi3:
А вот так Pi-zero:
Возможно (но это не точно), эту же плату расширения можно будет использовать с OrangePi.
Самое первое применение этой платы, которое приходит на ум - это увеличение количества GPIO сигналов в два раза: был один разъем, а стало два. Нужно только создать и загрузить в ПЛИС нужный проект, ну и управлять входами выходами придется каким-то особым образом, тут вариантов много: последовательный порт, SPI, GPIO, можно задействовать DMA…
Загружать ПЛИС платы Марсоход2RPI можно прямо из Raspberry через JTAG сигналы, которые, конечно, отображаются в GPIO
- tck → GPIO7
- tms → GPIO0
- tdi → GPIO11
- tdo ← GPIO1
Вот тут как раз видеодемонстрация:
Самый первый «тестовый» проект для платы Марсоход2RPI уже готов, хотя пока не очень впечатляет своей функциональностью. Первый проект для ПЛИС - это обычно всегда «моргание светодиодом», такой своего рода «hello World!» мира микроконтроллеров и FPGA.
Его исходники можно взять на github: github.com/marsohod4you/m2rpi_first
Но и тут, даже в этом простом случае уже есть взаимодействие ПЛИС и микрокомпьютера. Из raspberry можно посылать через последовательный порт в ПЛИС байты, которые меняют скорость моргания светодиода. Более того, первый «тестовый проект» ПЛИС принимает байт из последовательного порта, модифицирует его (добавляет единицу), и отправляет назад. Конечно, довольно примитивное, но уже взаимодействие двух систем ПЛИС и процессора.
Видеодемонстрация:
Это мой первый опыт доступа к ПЛИС из Raspberry. Я думаю, что было бы интересно попробовать делать действительно сложные проекты, как, например, захватывать в распберри кадры от видеокамеры и передавать их по DMA в ПЛИС для обработки. Думаю интересных проектов с этой платой расширения может быть много.
