Raspberry Pi Bước vào Thế giới của Vi điều khiển

Những người thiết kế nhúng mới có thể không nhận ra điều này, nhưng Raspberry Pi không được biết đến với việc xây dựng các bảng vi điều khiển. Nhà sản xuất phần cứng nhúng nổi tiếng này được biết đến nhiều hơn với các máy tính đơn bảng (SBCs) và máy tính trên mô-đun (COMs) cho các ứng dụng nhúng cấp sản xuất. Tất cả đã thay đổi trong tuần này.

Khoảng 48 giờ trước, Quỹ Raspberry Pi đã phát hành bảng vi điều khiển đầu tiên của mình, và chúng ta có thể chính thức chào đón Raspberry Pi vào thế giới của thiết kế nhúng nhẹ. Thậm chí tốt hơn, bảng này có giá cực kỳ thấp chỉ với 4 đô la, nhưng nó sở hữu IP silicon có thể cạnh tranh tốt với các MCU phổ biến khác bạn sẽ tìm thấy trên thị trường. Nếu bạn đã đợi một vi điều khiển Raspberry Pi, Pico có thể là câu trả lời cho bạn. Hãy cùng khám phá thông số kỹ thuật và xem vi điều khiển Raspberry Pi này so với các bảng MCU khác như thế nào.

Thông số kỹ thuật vi điều khiển Raspberry Pi Pico

Đầu tiên và quan trọng nhất là chính thành phần MCU. Pico được thiết kế xung quanh MCU RP2040, được xây dựng trên cơ sở Dual ARM Cortex-M0 và sản xuất tại nút quy trình 40 nm. MCU được phát triển riêng này bao gồm điều chỉnh lập trình tích hợp, bộ nhớ, đồng hồ (chạy ở tốc độ 133 MHz), và nhiều IOs mà bạn mong đợi trên một bảng microcontroller Raspberry Pi hoặc bảng microcontroller khác. Dưới đây là các thông số chính cho RP2040:

• LDO có thể lập trình cho việc tạo điện áp lõi
• 264 KB SRAM tích hợp trên chip
• Bus QSPI dành riêng cho bộ nhớ Flash ngoại vi lên đến 16MB
• Đồng hồ lõi và tín hiệu USB được tạo ra với 2 PLL nội bộ
• 30 chân GPIO, bao gồm 4 ADC
• 2x UART/2x SPI/2x I2C
• Bộ điều khiển USB 1.1 và PHY tích hợp
• 8 máy trạng thái PIO

Khi xem qua danh sách thông số kỹ thuật, chúng ta không thấy một số tính năng tích hợp giống như bạn có thể tìm thấy trong các dòng sản phẩm MCU phổ biến khác, nhưng RP2040 có các tính năng bạn cần để bắt đầu phát triển các ứng dụng nhúng cấp sản xuất. Cũng có cổng USB-C tích hợp trên bo mạch và PHY tích hợp để kết nối với PC của bạn cho việc flash. Đó là một thiết kế đơn giản, nhưng rất linh hoạt với kích thước nhỏ gọn.

Một nhược điểm là thiếu Bluetooth, Wifi hoặc Ethernet trên module Pico. Để có được những khả năng này, bạn cần phải kết nối một bảng mạch phụ ngoài với bộ thu phát tích hợp (và một cổng kết nối RJ45 cho Ethernet). Lựa chọn khác là tận dụng các lỗ ghép dọc theo cạnh bảng mạch và sử dụng chúng để gắn Pico vào một bảng mạch chủ (xem thêm bên dưới).

Hỗ Trợ Lập Trình

RP2040 có thể được lập trình sử dụng MicroPython, CircuitPython, hoặc C/C++. Đối với các ứng dụng cấp độ sản xuất yêu cầu giải pháp có thể đạt IPC Class 2, MicroPython là lựa chọn hữu ích hơn vì nó triển khai hầu hết ngôn ngữ Python 3 cơ bản, mặc dù không bao gồm tất cả các thư viện Python tiêu chuẩn. Tuy nhiên, bạn vẫn có thể xây dựng một loạt các ứng dụng với MicroPython sử dụng các gói và thư viện mã nguồn mở. Một số lĩnh vực ứng dụng cho Pico bao gồm:

• Các robot nhỏ hoặc hệ thống điện cơ
• Tự động hóa công nghiệp nhẹ
• Bảng cảm biến môi trường hoặc chuyển động

Một điểm nổi bật khác của MCU RP2040 so với các linh kiện khác là bộ nhớ Flash được đặt ngoài chip. Một số MCU sẽ cho bạn lựa chọn khởi động từ bộ nhớ Flash ngoại vi qua SPI, nhưng chúng vẫn dành một phần diện tích trên chip để lập trình. Bộ nhớ Flash ngoài chip đủ sức cho các ứng dụng lớn với khả năng khởi động nhanh qua QSPI cho các ứng dụng chuyên nghiệp. Khi các phiên bản mới của mô-đun Pico và MCU RP2040 được phát hành, hãy mong đợi các biến thể mạnh mẽ hơn của mô-đun này với thêm các tính năng trên điều khiển.

Bảng Độc lập hay Mô-đun Có thể Lắp đặt?

Theo ý kiến của tôi, điều làm cho Raspberry Pi Pico thú vị là bản chất có thể lắp đặt bề mặt nhờ vào các lỗ viền được làm dạng lâu đài dọc theo cạnh bảng. Mặt sau không có linh kiện hay đồng tiếp xúc nào ngoại trừ 6 điểm kiểm tra, vì vậy Pico có thể được lắp vào bảng mạch chủ trên các pad SMD.

Bạn có thể thiết kế một bo mạch chủ và hàn Pico trực tiếp vào bo mạch chủ dọc theo mép lỗ, giống như bạn sẽ làm với các mô-đun SMD khác. Tuy nhiên, cũng có một kết nối tiêu chuẩn bằng chân cắm dọc theo mép sau của các lỗ. Nếu bạn muốn độ tin cậy cao hơn nhiều, bạn có thể đặt chân cắm trên Pico và tạo một kết nối xuyên lỗ lên bo mạch chủ.

Điều tốt về tính năng này là nó cho bạn lựa chọn sử dụng kiểu lắp đặt/kết nối nào. Với Pico, bạn có thể sử dụng kết nối chân cắm cho việc chế tạo mẫu và ngay lập tức sử dụng các lỗ castellated để gắn cùng một mô-đun Pico vào bo mạch chủ. Các bo mạch MCU khác với các lỗ castellated không cung cấp cho bạn lựa chọn này. Cũng có các lỗ gắn ở tất cả bốn góc của bo mạch Pico, vì vậy nó có thể được sử dụng với các trụ đỡ hoặc gắn trực tiếp vào vỏ.

Nếu bạn quan tâm đến việc làm việc với các lỗ castellated, hãy xem video này từ Altium Academy:

Với các công cụ CAD trong Altium Designer®, bạn có thể dễ dàng tạo một footprint với các pad hàn cho các lỗ castellated trên Raspberry Pi Pico. Điều này giúp bạn dễ dàng bao gồm một vi điều khiển Raspberry Pi hoặc các module castellated khác vào bố trí PCB của mình. Bạn cũng sẽ có thể chuẩn bị nhanh chóng các bảng mạch của mình cho việc sản xuất và lắp ráp.

Sau khi bạn đã tạo xong bảng mạch, bạn có thể chia sẻ dữ liệu thiết kế của mình trên nền tảng Altium 365®, cung cấp cho bạn một cách dễ dàng để làm việc với một đội ngũ từ xa và đưa bảng mạch của bạn vào quá trình sản xuất. Chúng tôi chỉ mới khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể kiểm tra trang sản phẩm để biết mô tả tính năng sâu hơn hoặc một trong những Webinar Theo Yêu Cầu.