Raspberry Pi betritt die Welt der Mikrocontroller

Neue Embedded-Designer mögen dies vielleicht nicht wissen, aber Raspberry Pi ist nicht dafür bekannt, Mikrocontroller-Platinen zu bauen. Der renommierte Hersteller von Embedded-Hardware ist besser bekannt für Einplatinencomputer (SBCs) und Computer-on-Modules (COMs) für produktionsreife Embedded-Anwendungen. Das hat sich diese Woche geändert.

Vor etwa 48 Stunden hat die Raspberry Pi Foundation ihr erstes Mikrocontroller-Board herausgebracht, und wir können Raspberry Pi offiziell in die Welt des leichten Embedded-Designs willkommen heißen. Noch besser, das Board ist zu einem hervorragenden niedrigen Preis von nur 4 $ erhältlich, bietet jedoch Silicon-IP, das gut mit anderen beliebten MCUs konkurriert, die Sie auf dem Markt finden werden. Wenn Sie auf einen Raspberry Pi Mikrocontroller gewartet haben, könnte der Pico Ihre Antwort sein. Lassen Sie uns in die technischen Daten eintauchen und sehen, wie sich dieser Raspberry Pi Mikrocontroller im Vergleich zu anderen MCU-Boards schlägt.

Technische Daten des Raspberry Pi Pico Mikrocontrollers

Zuerst und vor allem gibt es die MCU-Komponente selbst. Der Pico ist um den RP2040 MCU herum entworfen, der auf einem Dual ARM Cortex-M0 Kern basiert und im 40 nm Prozessknoten hergestellt wird. Dieser speziell entwickelte MCU umfasst integrierte programmierbare Regelung, Speicher, Taktung (läuft mit 133 MHz) und viele IOs, die man bei einem Raspberry Pi Mikrocontroller oder anderen Mikrocontroller-Platinen erwarten würde. Hier sind die primären Spezifikationen für den RP2040:

• Programmierbarer LDO für die Erzeugung der Kernspannung
• 264 KB On-Chip-SRAM
• Dedizierter QSPI-Bus für bis zu 16MB externen Flash-Speicher
• Kerntakt und USB-Signale erzeugt mit 2 internen PLLs
• 30 GPIO-Pins, einschließlich 4 ADCs
• 2x UART/2x SPI/2x I2C
• USB 1.1-Controller und integriertes PHY
• 8 PIO-Zustandsmaschinen

Wenn man sich die Liste der Spezifikationen ansieht, findet man nicht einige der integrierten Funktionen, die man vielleicht in anderen beliebten MCU-Produktlinien findet, aber der RP2040 verfügt über die Funktionen, die man benötigt, um mit der Entwicklung von produktionsreifen Embedded-Anwendungen zu beginnen. Es gibt auch den Onboard-USB-C-Anschluss und das integrierte PHY für die Verbindung mit Ihrem PC zum Flashen. Es ist ein einfaches Design, aber es ist sehr vielseitig mit einem kleinen Formfaktor.

Ein Nachteil ist das Fehlen von Bluetooth, Wifi oder Ethernet auf dem Pico-Modul. Um diese Funktionen zu erhalten, müssen Sie ein externes Hut-Board mit integriertem Transceiver (und einem RJ45-Anschluss für Ethernet) anschließen. Die andere Option besteht darin, die durchkontaktierten Löcher entlang der Platinenkante zu nutzen und diese zur Montage des Pico auf einem Trägerboard zu verwenden (mehr dazu unten).

Programmierunterstützung

Der RP2040 kann mit MicroPython, CircuitPython oder C/C++ programmiert werden. Für produktionsreife Anwendungen, die möglicherweise eine IPC-Klasse-2-Lösung erfordern, ist MicroPython nützlicher, da es den Großteil der Kernsprache von Python 3 implementiert, allerdings ohne alle standardmäßigen Python-Bibliotheken. Dennoch können Sie mit MicroPython eine Reihe von Anwendungen unter Verwendung von Open-Source-Paketen und -Bibliotheken erstellen. Einige Anwendungsbereiche für den Pico umfassen:

• Kleine Roboter oder elektromechanische Systeme
• Leichte industrielle Automatisierung
• Umwelt- oder Bewegungssensorplatinen

Ein weiterer Punkt, der das RP2040 MCU von anderen Komponenten abhebt, ist, dass der Flash-Speicher extern ist. Einige MCUs bieten die Option, von externem Flash-Speicher über SPI zu booten, aber sie reservieren immer noch etwas Platz auf dem Chip für das Flashen. Der externe Flash-Speicher reicht für große Anwendungen mit schnellem Booten über QSPI für professionelle Anwendungen aus. Mit neuen Iterationen des Pico-Moduls und des RP2040 MCUs ist zu rechnen, dass leistungsfähigere Varianten dieses Moduls mit zusätzlichen On-Die-Funktionen erscheinen.

Standalone-Platine oder montierbares Modul?

Meiner Meinung nach macht die oberflächenmontierbare Natur des Raspberry Pi Pico durch die abgeflachten Löcher entlang der Platinenkante es interessant. Die Rückseite hat keine Komponenten oder freiliegendes Kupfer außer 6 Testpunkten, sodass der Pico auf SMD-Pads auf einer Trägerplatine montiert werden könnte.

Sie können eine Trägerplatine entwerfen und das Pico direkt an der Lochkante auf die Trägerplatine löten, genau wie Sie es bei anderen SMD-Modulen tun würden. Es gibt jedoch auch eine standardmäßige Stiftleistenverbindung entlang der hinteren Kante der Löcher. Wenn Sie eine deutlich höhere Zuverlässigkeit wünschen, können Sie Stiftleisten am Pico anbringen und eine Durchkontaktierung zur Trägerplatine erstellen.

Das Schöne an dieser Funktion ist, dass sie Ihnen die Möglichkeit gibt, entweder den Montage-/Verbindungsstil zu nutzen. Mit dem Pico könnten Sie die Stiftleistenverbindung für Prototypen verwenden und sofort die durchkontaktierten Löcher nutzen, um dasselbe Pico-Modul an eine Trägerplatine anzubringen. Andere MCU-Boards mit durchkontaktierten Löchern bieten Ihnen diese Option nicht. Es gibt auch Montagelöcher in allen vier Ecken des Pico-Boards, sodass es mit Abstandshaltern verwendet oder direkt an ein Gehäuse montiert werden kann.

Wenn Sie sich für die Arbeit mit durchkontaktierten Löchern interessieren, schauen Sie sich dieses Video von Altium Academy an:

Mit den CAD-Tools in Altium Designer® können Sie problemlos einen Footprint mit Lötpads für die durchkontaktierten Löcher auf dem Raspberry Pi Pico erstellen. Dies erleichtert die Integration eines Raspberry Pi Mikrocontrollers oder eines anderen Moduls mit durchkontaktierten Löchern in Ihr PCB-Layout. Sie werden auch in der Lage sein, Ihre Platinen schnell für die Herstellung und Montage vorzubereiten.

Sobald Sie Ihre Platine erstellt haben, können Sie Ihre Design-Daten auf der Altium 365® Plattform teilen, was Ihnen eine einfache Möglichkeit bietet, mit einem entfernten Team zu arbeiten und Ihre Platine in die Fertigung zu geben. Wir haben nur an der Oberfläche gekratzt, was mit Altium Designer auf Altium 365 möglich ist. Sie können die Produktseite für eine detailliertere Funktionsbeschreibung oder eines der On-Demand Webinare überprüfen.