Pi 新手教學(零) --艾鍗Raspberry Pi I/O Shield 規格介紹

艾鍗Raspberry Pi 擴充板 (適用Pi 3, Pi 3+, Pi 4)

ADC、DC馬達驅動、G-sensor、紅外線收發器、OLED、Buzzer、LED、Button、DIP Switch、Relay

V3.0 Raspberry Pi 擴充板簡要說明 

1. 由於Raspberry Pi 沒有類比輸入的能力: 所以此擴充板加入ADC 晶片以提供8 通道的類比訊號輸入, 如此可以讓Raspberry Pi 可以擁有連接類比感測器的的能力。
2. 拉出Pi的硬體PWM訊號腳, 並加入DC 驅動電路, 使Pi 可以直接連接DC 馬達、BLDC無刷馬達。
3. USB Debug Console: 不用再買Serial-TO-USB的轉接線材了, 本擴充板已內建PL2303晶片了, 故可以直接接到PC USB
4. 同時擁有IR紅外線發送器及接收器, 可以讓Pi當作多媒體的應用平台或IR遙控器
5. 附有OLED的模組,可以直接接上OLED用來顯示系統狀態
6. TH1 可以直接連接光敏電阻, 可以進行光度感測 (光敏電阻將隨出貨附贈)
7. 內建 G-Sensor (LIS3DH) 可以感測Pi 在X,Y,Z軸方向的移動狀態
8. 附有nRF24L01的2.4G RF通訊模組，可進行2.4G 無線通訊實驗
9. 用DIP Switch 記錄不同狀態，Pi 就能有不同的啓動狀態或選擇進入不同的功能模式
10. 接出I2C連接座和SPI連接座方便外接更多的數位式感測器

MPU6050量測物體姿態的MEMS感測器

MPU6050: 一個可以用來量測物體姿態的MEMS感測器

3-axis Accelerometer

MPU6050 可以設定量測在16bit 在 +/- 2g,+/- 4g，+/- 8g,+/- 16g的G力範圍, 但為了獲得較好的靈敏度，故設定量測在16bit 在 +/- 2g的G力  (16bit表示正負, 所以範圍是-32,768~32,767)

故靜止平放時, Z軸有一個 1個G力 (就是地心引力) 往下, 所以Z軸會有一個數值約在+/-16,000, 看你是放那正放或反放。
而其實, X,Y,Z 都有1個G力, 故平放不移動, 看那一個軸讀出來的值比較大(+/-16,000, ), 就可以知道Sensor擺放姿態。(平放、站立、側躺)


加速度計功能: 瞬間往某方向快速移動時,可以量出Sensor瞬間移動的方向量, 看是X 左右，Y是前後，Z是上下。

3-axis Gyroscope 

A gyroscope is a device for measuring or maintaining orientation, based on the principles of angular momentum, it is to measure the rate of changes of the angles (deg/s)

角速度計功能: 用來量出Sensor瞬間轉動量, 看是繞X旋轉，繞Y旋轉,繞X旋轉，單位是角速度量。一樣有正負，繞著順時針旋轉還是逆時針旋轉。

Pi GPIO 輸出電流其實有30mA.

今天做了一個實驗: 量測Pi GPIO的輸出電流, 經查資料都說是 16mA, 今天量測GPIO輸出,
用三用電錶梯電流檔量測, 輸出電流是30m~40mA (在只有一根輸出的情況下)

mini PIC 實驗板 ( PIC18F46J50)

miniPIC版本和WenPIC 最大差別在於留出更多pin 腳, 可以更有彈性連接各種想要實驗的模組

此為WengPIC

miniPIC 規格:

• MCU 規格：8 位元微控制器  PIC18F46J50
• Program Memory：64KB
• RAM Bytes：4KB
• Digital Communication Peripherals：2-UART, 2-A/E/USART, 2-SPI, 2-I2C2-MSSP(SPI/I2C)
• Capture/Compare/PWM Peripherals：2 ECCP
• Timers：2 x 8-bit
• 3 x 16-bit ADC：13 ch, 10-bit
• Comparators：2
• USB (ch, speed, compliance)：1, Full Speed, USB 2.0
• Temperature Range(C) ：-40 to 85
• Operating Voltage Range (V)：2 to 3.6
• Pin Count：44
• XLP：Yes
• Cap Touch Channels：13

mini PIC 實驗板 ( PIC18F46J50) 

檔案下載: 

mini PIC Layout

mini PIC電路圖

Nordic Bluetooth DEMO

使用Jlink 連接ARM Cortex-M0版子進行code燒錄,。圖為將BLE Module 插入到紅色板子為艾鍗I/O Shield (UART 界面)

ARM MCU Board

使用Raspberry Pi 的時候, 是不是常常苦惱於缺乏PWM、ADC及DAC的功能? 

而這都卻是在Arduino上所擁有的基本能力。過去, 為了讓Raspberry Pi 補上這些功能，就會開始用麵包板去插上我們需要的IC或者購買一堆的小的模組板,如PCA9685 for PWM，MCP3008 for ADC 這類的模組板來接在Raspberry Pi 。

要讓 Raspberry Pi  的功能更加完美就要加上更好的左右手，所以我們就開發了這一塊板子。

　　

　　ARM MCU Board提供40 pin GPIO座，故可以直接在插在Raspberry Pi 上面作為擴充PWM與ADC等等功能的擴充。 ARM MCU Board 已提供好韌體，Raspberry Pi 可以透過UART、I2C、SPI 界面，就可以實現ADC, PWM的功能。同時，這片板子本身是可以stand alone 運作, 因為它本身就具有一顆ARM Cortex-M0 的晶片 (使用的是新唐的Nano130SD2BN) ，你也可以拿 Keil MDK 來撰寫其上的韌體程式。

詳見ARM MCU Board 詳細規格

ARM MCU Board (ARM Cortex-M0)

　

這塊板子MCU採用的是新唐科技的NANO130低功耗系列晶片(NANO130SC2BN) , 其相關規格如下:

• I2C延伸腳座x2
• UART延伸腳座
• DAC延伸腳座x2
• ADC延伸腳座x7
• PWM延伸腳座x7
• ICE燒入腳座
• GPIO發光二極體x1
• GPIO按鈕x1
• USB 2.0 Port
• ADC可變電阻
• Reset 按鈕開關
• External Power Supply延伸腳座
• OPT INT Power Jump 腳座
• External Power Supply 穩定電容座
• 三色led判斷Power Source狀態(紅:ICE 綠:PI 2 藍:USB)
• 40 pin Head ( for raspberry Pi )

艾鍗 Pi 子板 v1.0 for Raspberry Pi 第一代

艾鍗 Pi 子板 v1.0 for Raspberry Pi 第一代 ( pin header : 26)

艾鍗 Pi 子板 v1.0 規格:

1. I2C Serial EEPROM
2. SPI Flash 
3. 2x16 文字型背光LCD顯示器
4. LEDx2 
5. 電源指示燈 x1 
6. 自激磁Buzzer x1 
7. Buttonx2 
8. Relay繼電器x1 
9. 紅外線接收模組 
10. PL2303 UART to USB 
11. Switch 切換Pi　UART 是否要連接PL2303 
12. 擴充座 
13. 電源座 (5V,GND) 
14. PWM座x1 
15. UART座for藍芽模組
16. SPI 座for CC2500通訊模組 RF 
17. I2C 擴充座 
18. 26 Pin Header座連接Raspberry Pi

Raspberry Pi 擴充應用板2

這個Raspberry Pi 擴充應用板, 主要是解決Raspberry Pi 的幾個問題: 

1. Raspberry Pi 沒有類比輸入的態力: 所以增加ADC 晶片以提個8 通道的AD 輸入, 以連接更多類比型式的Sensor; 另外
2. Raspberry Pi 缺乏足夠多的硬體PWM的輸出能力 (一般MCU都很多組): 故本擴充板加入了16 通道PWM的能力, 可方便連接馬達作PWM控制, 例如伺服馬達Servo, DC 馬達及BLDC無刷馬達都會需要。
3. GPIO 數量不足:  加入了2顆 Serial Shift Register,使本擴充板成為一個 I/O Expansion Board , 來達成擴充GPIO 數量的目的。 目前板子預設是接了2顆7段顯示器, 可供測試練習使用, 若拿掉它, 所有接腳便可拿來當GPIO使用。
4. Debug Console: 不用再買Serial-TO-USB的轉接線材了, 本擴充板已內建PL2303晶片了, 直接拿一般接手機的USB線 (現在都是microUSB 接頭) 接本擴充板,另一端以接到電腦USB port, 直接用用windows 超級終端機就可以連入系統. (Pi預設: baudrate 19200bps , 8N1 , No Flow control)
5. 本片板子還外接MSGEQ7 音頻分析器、Audio 3.5mm 連接器、再擴充LED Matrix 接頭 8x2連接器 (16pin)，來做一些音頻的運用。

規格 

ADC channel x8
PWM channel x16
USB-to-Serial (PL2303)
8位元Serial Shift Registerx2
7段顯示器x2
SPI 擴充座x1
I2C排針座x2
Power LED (藍光LED)
Power 座 (5v, 3.3v, GND)
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延伸I/O:
MSGEQ7 音頻分析器
Audio 3.5mm 連接器
LED Matrix 接頭 8x2連接器 (16pin)

BeMicro CV Kit 子卡設計

為了使用BeMicro CV Kit (Altera CycloneV) 讓FPGA實驗更加多元且方便, 為BeMicro設計一個子卡,可方便進行以下實驗內容

1. SPI
   • SPI Flash (FPGA SPI Master 實作使用)
   • SPI 接頭 2組 (FPGA SPI 通訊實驗使用)
2. I2C
   • I2C EEPROM (FPGA I2C Master 實作使用)
   • I2C 接頭 2組  (FPGA I2C 通訊實作使用)
3. VGA 輸出  (FPGA VGA影像處理及OSD (On Screen Display)設計使用)
4. UART接頭  (OpenCore UART IP移植使用)
5. Debug Monitor: UART to USB (PL2303)  
6. Power indicator (藍光LED)
7. Power  (5v, 3.3v, GND)
8. GPIO  x6 (一般FPGA 輸入輸出實驗使用)

FPGA 子卡正面

連接 BeMicro CV Kit (Altera CycloneV)

# 學習課程連結: http://www.ittraining.com.tw/ittraining/index.php/course/hardware/fpga

學習課程連結：

https://www.ittraining.com.tw/ittraining/course/hardware/fpga

https://www.ittraining.com.tw/ittraining/course/hardware/soc-fpga

Raspberry Pi Education Kit

==> 2017 艾鍗Raspberry Pi I/O Shield v3.0子板規格

Raspberry Pi Shield (Raspberry Pi Education Kit) 2.0

此 I/O子卡的設計想法:

讓台灣學習計算機科學(Computer Science)的學生能熟悉硬體控制。

透過子卡你可以學習什麼? 

連接開源硬體Raspberry Pi 即可以學習Linux驅動程式設計或I/O裝置驅動。你可以學習到GPIO (General Purpose I/O)、中斷及其他常見IC間通訊界面, 如UART、I2C、SPI 的裝置驅動程式方法。

Pi  I/O子卡2.0規格: 

1. I2C Serial EEPROM
2. SPI Flash 
3. 2x16 文字型背光LCD顯示器
4. LEDx2 
5. 電源指示燈 x1 
6. 自激磁Buzzer x1 
7. Buttonx2 
8. Relay繼電器x1 
9. 紅外線接收模組 
10. PL2303 UART to USB 
11. Switch 切換Pi　UART 是否要連接PL2303 
12. 擴充座 
13. 電源座 (5V,GND) 
14. PWM座x1 
15. UART座for藍芽模組
16. SPI 座for CC2500通訊模組 RF 
17. I2C 擴充座 
18. 40 Pin Header座連接Raspberry Pi

附件下載: 

1. 電路圖下載
2. Pi子卡使用說明手冊下載

學習資源: 

• Linux Device Drivers, Third Edition  
• Linux 驅動程式
• ARM Bare metal開發
• Raspberry Pi之Python程式設計與硬體控制