1. Začíname s Raspberry Pi Pico

1. Začíname s Raspberry Pi Pico
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  863 zobrazení
5
 0
Arduino a príbuzné platformy

V tomto tutoriáli sa pozrieme na stručný opis modulu Raspberry Pi Pico, ktorý navrhla a vyvinula spoločnosť Raspberry Pi a povieme si aj o jeho programovaní. Popíšeme si tiež jeho rôzne funkcie, pamäť, možnosti prepojenia periférií, hardvérovú architektúru, techniky programovania atď. Predtým, ako prejdeme k podrobnej štúdii modulu Raspberry Pi Pico, si najprv pre pochopenie priblížime tradičné počítače Raspberry Pi.

Čo je Raspberry Pi?

Raspberry Pi je jednodoskový počítač alebo minipočítač. Bol vytvorený s cieľom sprístupniť počítačové znalosti tým, ktorí si nemôžu dovoliť notebooky alebo stolové počítače, ako aj rozvíjať programátorské zručnosti za priaznivú cenu. Navrhla ho organizácia Raspberry Pi.

Raspberry Pi je lacný počítač, ktorý obsahuje niekoľko GPIO (General Purpose Input-Output) pinov na pripojenie a ovládanie periférnych zariadení. Napriek tomu, že rýchlosť spracovania Raspberry Pi je oveľa nižšia ako u stolových počítačov a prenosných počítačov, stále ide o počítač so všetkými možnosťami spracovania a prepojenia a nízkou spotrebou energie.

Raspberry Pi možno použiť na tvorbu hardvéru, domácu automatizáciu, priemyselné aplikácie atď. V súčastnosti sú k dispozícii rôzne modely Raspberry Pi a Raspberry Pi Pico je jedným z nich.

Obr. 1 Raspberry Pi Pico vs Raspberry Pi Computer (Pi 0)

Raspberry Pi Pico

Raspberry Pi Pico je úplne iný model alebo zariadenie ako tradičné modely Raspberry Pi. Raspberry Pi Pico síce nie je počítač s Linuxom, ale je to mikrokontrolér ako rôzne dostupné dosky od známej a obľúbenej platformy Arduino. Je to cenovo výhodná vývojová platforma navrhnutá Raspberry Pi, ktorá má dostatočný výpočtový výkon na zvládnutie aj zložitých úloh. Je to lacná, ale výkonná doska mikrokontroléra s čipom RP2040.

Podobne ako počítač Raspberry Pi, aj Raspberry Pi Pico je vybavený procesorom, GPIO (takže ho možno použiť na ovládanie a prijímanie vstupov z rôznych elektronických periférií) atď., avšak neponúka žiadne funkcie a možnosti bezdrôtového pripojenia.

Ostatné dostupné dosky Raspberry Pi, ako napríklad Raspberry Pi 0, Raspberry Pi 4, 3 atď., sú podobné tradičným stolným počítačom. To znamená, že majú všetky funkcie na fungovanie ako počítač, napríklad port HDMI na pripojenie monitora, porty USB na myš a klávesnicu, slot na kartu SD na operačný systém atď.

Ale, Raspberry Pi Pico nemá žiadnu z vyššie uvedených funkcií alebo schopností, ani HDMI port ani USB pre pripojenie klávesnice a myši a namiesto použitia SD karty pre ukladanie Pico model je vybavený vstavanou flash pamäťou na ukladanie programov.

Takže teraz možno máte pochybnosti, či je možné na Raspberry Pi Pico spustiť operačný systém Raspberry Pi, alebo nie? Odpoveď znie: NIE. Na rozdiel od tradičných modulov Raspberry Pi, Raspberry Pi Pico nespúšťa plnohodnotný desktopový OS (operačný systém), ale spúšťa kód priamo bez desktopového rozhrania.

Ak máte napríklad počítač Apple, Linux alebo Windows alebo dokonca inú dosku Raspberry Pi (Pi 0, 4 alebo 3 atď.), stačí pripojiť Raspberry Pi Pico k počítaču a naprogramovať dosku na konkrétnu úlohu alebo projekt. Po úspešnom naprogramovaní bude Pico spúšťať tento kód pri každom zapnutí dosky. Môžeme teda povedať, že Raspberry Pi Pico sa viac podobá doske Arduino než tradičnému modelu Raspberry Pi.

Funkcie Raspberry Pi Pico

Obr. 2 Vývojová doska Raspberry Pi Pico

Niektoré kľúčové vlastnosti dosky Raspberry Pi Pico sú:

  • Dvojjadrový procesor (ARM Cortex-Mo+), 133Mhz
  • DMA kontrolér
  • Podporuje 16 MB pamäte Flash prostredníctvom zbernice QSPI
  • 264 kB statickej pamäte RAM na čipe (SRAM)
  • Čip mikrokontroléra SP2040 navrhnutý organizáciou Raspberry Pi
  • Port micro USB (typ B) na napájanie a programovanie dosky
  • AHB crossbar
  • 2 fázovo uzamknuté slučky na čipe alebo PLL na generovanie hodín USB a jadra
  • Programovateľný LDO na čipe na generovanie napätia jadra
  • 26 pinov GPIO, pričom 23 pinov GPIO je len digitálnych a zvyšné 3 piny majú funkciu ADC
  • 3 pinový port ARM SWD (Serial wire debug)
  • 2 MB vstavanej pamäte QSPI Flash
  • Doska Raspberry Pi Pico pracuje pri napájaní 1,8 - 5,5 V DC.
  • Prevádzková teplota: -20˚C - +85˚C
  • Doska Raspberry Pi Pico podporuje aj programovanie metódou drag-and-drop pomocou veľkokapacitného úložiska cez USB.
  • RP2040 ponúka aj knižnice s plávajúcou desatinnou čiarkou na čipe.
  • Zabudovaný snímač teploty.
  • RP20400 podporuje viacero digitálnych periférií:
    • 1 čítač v reálnom čase
    • 2 UART kanály
    • 2 I2C
    • 2 SPI (Serial Peripheral Interfaces) kanály
    • 16 PWM (Pulse width Modulation) kanálov
  • Vysoká kvalita a výkon za veľmi nízku cenu
  • Podporuje aj režim spánku s nízkou spotrebou energie a neaktívny režim

Tento modul ponúka aj zabudovaný zdroj SMPS (switch mode power supply), ktorý poskytuje flexibilnú možnosť napájania dosky cez port micro USB, batérie alebo externé zdroje. Spolu s rôznymi dostupnými modulmi na prepojenie periférií a možnosťami dátovej komunikácie ponúka Raspberry Pi Pico aj 8 stavových automatov PIO a radič USB 1.1.

Vývojová doska Raspberry Pi Pico bola navrhnutá tak, aby sa na nej dali použiť buď spájkované 0,1″ pinheadre, alebo sa dá použiť aj ako zariadenie na povrchovú montáž (SMD) alebo modul, keďže používateľské IO (vstupné/výstupné) piny sú v štandardnom rozmere.

Mikrokontrolér (RP2040)

Raspberry Pi Pico je vybavený dvojjadrovým mikrokontrolérom RP2040, ktorý je kompletne navrhnutý priamo pre potreby Raspberry Pi.

Obr. 3 Mikrokontrolér RP2040

RP2040 je prvý mikrokontrolér od Raspberry Pi. Je vyrobený 40 nm technológiou, ktorá zabezpečuje nízku spotrebu energie a rôzne režimy nízkej spotreby, ktoré ponúkajú dlhšiu prevádzku na batériu. Doska mikrokontroléra RP2040 pozostáva z celkovo 36 pinov GPIO, ale na ovládanie a prepojenie je vystavených len 26 pinov GPIO.

Poďme teraz pochopiť, prečo sa tento mikrokontrolér tak volá!

  • RP2040 je skratka pre Raspberry Pi.
  • Prvá číslica "2" predstavuje počet výpočtových jadier.
  • Druhá číslica "0" predstavuje typ procesora, t. j. Mo+
  • "4" predstavuje množstvo operačnej pamäte z funkčného poschodia (log2 (RAM/16kB)
  • Posledná číslica predstavuje množstvo nevolatilnej pamäte a "0" znamená, že nie je žiadna nevolatilná pamäť.

Komunikačné protokoly

Niektoré z komunikačných protokolov alebo metód podporovaných modelom Raspberry Pi Pico sú:

  1. UART ( ponúka 2 UART)
  2. 2 radiče SPI (sériové periférne rozhranie)
  3. 2 radiče I2C

GPIO

Podobne ako počítač Raspberry Pi, aj Raspberry Pi Pico je vybavený kolíkmi GPIO na ovládanie a prepojenie periférií alebo na komunikáciu údajov s perifériami a dokonca aj na prijímanie vstupov a riadiacich signálov z týchto periférií.

Obr. 5 Raspberry Pi Pico Pin-out

Rozdelenie pinov Raspberry Pi Pico ukazuje, že má celkovo 40 pinov vrátane napájacích pinov (GND a VCC). Jednotlivé typy pinov sú PWM, ADC, UART, GPIO, SPI, I2C, ladiace piny a systémové riadiace piny.

Na rozdiel od série počítačových dosiek Raspberry Pi slúžia piny GPIO dosky Pico na viaceré účely a celkovo má Raspberry Pi Pico 26 multifunkčných pinov. Týchto 26 multifunkčných pinov je označených ako GP0, GP1, GP2 atď. Možno ich použiť na vykonávanie funkcií digitálneho vstupu aj digitálneho výstupu.

Ak napríklad vezmeme do úvahy piny GP4 a GP5, môžu byť použité ako digitálny vstup alebo digitálny výstup, rovnako ako I2C1 (piny SDA a SCK) alebo UART1 (Rx a Tx). V jednom okamihu však možno použiť len jednu funkciu výberom konkrétneho pinu a uvedením príslušných inštrukcií v kóde.

  • PWM piny: Raspberry Pi Pico má 16 výstupných kanálov PWM. V skutočnosti má 8 PWM blokov a každý PWM blok poskytuje dva PWM výstupy, teda spolu 16 PWM kanálov.
  • ADC piny: Na čítanie analógových vstupov z periférií (snímačov) má doska Raspberry Pi Pico 4 piny ADC, z ktorých sú použiteľné len 3 ADC.

Doska RP2040 Pico podporuje 12-bitový ADC a rozsah ADC tak môže byť od 0 do 4095.

Na druhej strane, kód MicroPython môže škálovať hodnoty ADC na 16-bitový rozsah. Výsledkom je rozsah od 0 do 65535. Keďže mikrokontrolér pracuje s napätím 3,3 V, pin ADC vráti hodnotu 65535, keď je naň privedené napätie 3,3 V, alebo 0, keď naň nie je privedené žiadne napätie. Ak je privedené napätie alebo vstupné napätie v rozsahu od 0 do 3,3 V, môžeme získať všetky medzihodnoty.

  • Piny UART: ak ste už niekedy pracovali s nejakou doskou mikrokontroléra alebo vývojovou doskou, možno ste tento protokol používali, pretože je to najčastejšie používaný sériový komunikačný protokol. Modul Raspberry Pi Pico tiež ponúka dva kanály UART, konkrétne UART0 a UART1, a na implementáciu tohto protokolu sú k dispozícii vyhradené piny GPIO.
  • I2C piny: I2C je obojsmerná sériová zbernica (Two Wire), ktorá sa používa na komunikáciu údajov medzi zariadeniami s podporou I2C, ale na krátku vzdialenosť. V Raspberry Pi Pico máme dva radiče I2C, ktoré sú ľahko prístupné prostredníctvom pinov GPIO.
  • Piny SPI: SPI znamená Serial peripheral interface (sériové periférne rozhranie) a používa sa na komunikáciu údajov medzi zariadeniami s podporou SPI prostredníctvom vyhradených alebo dostupných pinov GPIO. Raspberry Pi ponúka 2 kanály SPI pre periférne rozhranie.
  • Napájacie piny: Na napájanie dosky sú k dispozícii aj niektoré napájacie piny:
  • SMPS: Tento pin sa používa na generovanie 3,3 V pre dosku Pico a jej GPIO.
  • VSYS: Toto je primárne vstupné napätie a môže sa meniť v rozsahu 1,8 V až 5,5 V napájania.
  • VBUS: Vstupné napätie micro USB pripojené na pin1 portu micro-USB.
  • Pin GND

Niektoré ďalšie funkcie Raspberry Pi Pico sú:

Označenie - Označenie sieťotlačou na hornej strane dosky poskytuje orientáciu pre 40 pinov, zatiaľ čo na zadnej strane je vytlačený úplný rozpis pinov.

USB - Raspberry Pi Pico sa dodáva s radičom USB 1.1. Tento port USB sa používa na napájanie dosky a programovanie Raspberry Pi Pico.

BOOTSEL - Na vývojovej doske Raspberry Pi Pico je k dispozícii tlačidlo BOOTSEL, ktoré znamená Boot Select. Toto tlačidlo sa používa na prepnutie dosky do režimu veľkokapacitného úložiska USB počas napájania dosky Pico. To umožňuje používateľovi preťahovať programy do pripojenej jednotky RPI-RP2.

Ladenie - SWD, čo je skratka pre Serial Wire Debug, slúži na ladenie hardvéru a umožňuje používateľovi rýchlo vystopovať problémy v programe.

Programovanie pamäte Flash - Ako sme už spomenuli, Raspberry Pi Pico ponúka 2 MB vstavanej pamäte QSPI flash, ktorú možno naprogramovať alebo preprogramovať pomocou portu SWD (alebo Serial Wire Debug) alebo pomocou špeciálneho režimu pamäťového zariadenia USB.

Vnútorný snímač teploty - Modul Raspberry Pi Pico je vybavený zabudovaným snímačom teploty. Snímač je interne pripojený k pinom ADC alebo analógovo-digitálneho prevodníka dosky Raspberry Pi Pico. Tieto piny ADC podporujú rozsah hodnôt, ktorý je určený vstupným napätím privedeným na piny.

Programovanie Raspberry Pi Pico(2040)

Na programovanie mikrokontroléra RP2040 je k dispozícii viacero vývojových prostredí, ktoré podporujú rôzne programovacie jazyky. Pred napísaním programu pre Raspberry Pi Pico by ste však mali mať všetky softvérové a hardvérové komponenty potrebné na programovanie dosky.

Komponenty potrebné na programovanie Raspberry Pi Pico

Prvou potrebnou vecou je kábel Micro-USB, ktorý umožňuje používateľovi pripojiť ho k počítaču alebo Raspberry Pi na programovanie a napájanie dosky Pico. Ďalším komponentom je vývojové prostredie potrebné na kompiláciu a nahratie programu do vývojového zariadenia Raspberry Pi Pico. Ak potrebujete prepojiť periférne zariadenie s doskou Pico pomocou breadboardu, potom potrebujete aj sadu Pico Headers.

RP2040 podporuje viacero programovacích jazykov, napríklad C/C++, Circuit python, MicroPython, multiplatformné vývojové prostredia. Modul Raspberry Pi Pico pozostáva zo zabudovaného zavádzača UF2, ktorý umožňuje načítanie programov pretiahnutím, a rutiny s plávajúcou desatinnou čiarkou sú zapracované do čipu na dosiahnutie ultra rýchleho výkonu.

Na programovanie dosky Raspberry Pi Pico existuje viacero vývojových prostredí, ako napríklad Visual Studio Code, Thonny Python IDE a Arduino IDE atď. V ďalšom článku sa budeme venovať inštalácii vývojového prostredia pre Raspberry Pi Pico.



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button