Raspberry Pi wkracza w świat mikrokontrolerów

Nowi projektanci systemów wbudowanych mogą tego nie wiedzieć, ale Raspberry Pi nie jest znane z budowania płyt mikrokontrolerów. Ten renomowany producent sprzętu wbudowanego jest lepiej znany z jednopłytkowych komputerów (SBCs) i modułów komputerowych (COMs) dla aplikacji wbudowanych klasy produkcyjnej. Wszystko to zmieniło się w tym tygodniu.

Okolo 48 godzin temu, Fundacja Raspberry Pi wydała swoją pierwszą płytę mikrokontrolera, i możemy oficjalnie powitać Raspberry Pi w świecie lekkich projektów wbudowanych. Co więcej, płyta jest dostępna w doskonałej, niskiej cenie, zaledwie 4 dolary, a jednak oferuje IP krzemowe, które dobrze konkuruje z innymi popularnymi MCU dostępnymi na rynku. Jeśli czekałeś na mikrokontroler Raspberry Pi, Pico może być odpowiedzią. Przyjrzyjmy się specyfikacjom i zobaczmy, jak ten mikrokontroler Raspberry Pi radzi sobie na tle innych płyt MCU.

Specyfikacje mikrokontrolera Raspberry Pi Pico

Przede wszystkim jest sam komponent MCU. Pico zostało zaprojektowane w oparciu o MCU RP2040, zbudowane na podwójnym rdzeniu ARM Cortex-M0 i wyprodukowane w procesie technologicznym 40 nm. Ten specjalnie opracowany MCU zawiera zintegrowaną regulację programowalną, pamięć, taktowanie (pracujące z częstotliwością 133 MHz) oraz mnóstwo wejść/wyjść, których można oczekiwać na mikrokontrolerze Raspberry Pi lub innej płytce mikrokontrolera. Oto główne specyfikacje dla RP2040:

• Programowalny LDO do generowania napięcia rdzenia
• 264 KB wbudowanej pamięci SRAM
• Dedykowana magistrala QSPI dla do 16MB zewnętrznej pamięci Flash
• Generowanie sygnałów zegara rdzenia i USB za pomocą 2 wewnętrznych PLL
• 30 pinów GPIO, w tym 4 ADC
• 2x UART/2x SPI/2x I2C
• Kontroler USB 1.1 i zintegrowany PHY
• 8 maszyn stanu PIO

Przeglądając listę specyfikacji, nie widzimy niektórych zintegrowanych funkcji, które można znaleźć w innych popularnych liniach produktów MCU, ale RP2040 posiada funkcje, których potrzebujesz, aby zacząć rozwijać aplikacje wbudowane na poziomie produkcyjnym. Jest również na pokładzie złącze USB-C i zintegrowany PHY do łączenia z komputerem PC w celu programowania. To prosta konstrukcja, ale bardzo wszechstronna i o małym rozmiarze.

Jedną z wad jest brak Bluetooth, Wifi lub Ethernetu w module Pico. Aby uzyskać te możliwości, musisz podłączyć zewnętrzną płytę rozszerzeń z zintegrowanym nadajnikiem-odbiornikiem (i złączem RJ45 dla Ethernetu). Inną opcją jest wykorzystanie otworów zgrzebnych wzdłuż krawędzi płytki i używanie ich do montowania Pico na płycie nośnej (więcej na ten temat poniżej).

Wsparcie programistyczne

RP2040 może być programowany przy użyciu MicroPython, CircuitPython lub C/C++. Dla aplikacji na poziomie produkcyjnym wymagających potencjalnie rozwiązania klasy IPC 2, MicroPython jest bardziej użyteczny, ponieważ implementuje większość języka Python 3, chociaż bez wszystkich standardowych bibliotek Pythona. Jednak nadal możesz budować różnorodne aplikacje z użyciem MicroPython, korzystając z pakietów i bibliotek open-source. Niektóre obszary zastosowań Pico to:

• Małe roboty lub elektromechaniczne systemy
• Automatyka lekkiego przemysłu
• Płytki czujników środowiskowych lub ruchu

Kolejnym punktem, który wyróżnia mikrokontroler RP2040 na tle innych komponentów, jest to, że pamięć Flash znajduje się poza układem. Niektóre mikrokontrolery oferują możliwość uruchamiania z zewnętrznej pamięci Flash przez SPI, ale nadal przeznaczają na układzie trochę miejsca na programowanie. Pamięć Flash poza układem jest wystarczająca dla dużych aplikacji z szybkim uruchamianiem przez QSPI dla profesjonalnych zastosowań. W miarę jak będą pojawiać się nowe iteracje modułu Pico i mikrokontrolera RP2040, można oczekiwać bardziej potężnych wariantów tego modułu z dodatkowymi funkcjami na krzemie.

Samodzielna płyta czy moduł montażowy?

Moim zdaniem, to co czyni Raspberry Pi Pico interesującym, jest jego możliwość montażu powierzchniowego dzięki otworom zwanym kastelowanymi wzdłuż krawędzi płytki. Tylna strona nie posiada żadnych komponentów ani odsłoniętego miedzi, poza 6 punktami testowymi, więc Pico może być zamontowane na płytce nośnej na podkładkach SMD.

Możesz zaprojektować płytę nośną i przylutować Pico bezpośrednio do niej wzdłuż krawędzi otworów, tak jak robiłbyś to z innymi modułami SMD. Jednakże, dostępne jest również standardowe połączenie za pomocą złącza pinowego wzdłuż tylnej krawędzi otworów. Jeśli zależy Ci na znacznie wyższej niezawodności, możesz zamontować złącza pinowe na Pico i stworzyć połączenie przelotowe z płytą nośną.

To, co jest miłe w tej funkcji, to że daje ona możliwość wykorzystania obu stylów montażu/połączenia. Z Pico, możesz użyć połączenia za pomocą złącza pinowego do prototypowania i natychmiast użyć otworów zamkowych do zamocowania tego samego modułu Pico do płyty nośnej. Inne płyty MCU z otworami zamkowymi nie dają Ci tej opcji. Na płycie Pico znajdują się również otwory montażowe we wszystkich czterech narożnikach, więc można jej używać z dystansami lub montować bezpośrednio do obudowy.

Jeśli interesujesz się pracą z otworami zamkowymi, obejrzyj ten film z Altium Academy:

Dzięki narzędziom CAD w Altium Designer®, możesz łatwo stworzyć obrys z padami lutowniczymi dla otworów zamkowych na Raspberry Pi Pico. Umożliwia to łatwe włączenie mikrokontrolera Raspberry Pi lub innego modułu z otworami zamkowymi do układu PCB. Będziesz również mógł szybko przygotować swoje płytki do produkcji i montażu.

Po stworzeniu płytki, możesz udostępnić dane swojego projektu na platformie Altium 365®, co daje Ci łatwy sposób na współpracę z zespołem zdalnym i umieszczenie twojej płytki w produkcji. To tylko wierzchołek góry lodowej możliwości, jakie daje Altium Designer na Altium 365. Możesz sprawdzić stronę produktu po bardziej szczegółowy opis funkcji lub jeden z Webinarów na Żądanie.