Rozšiřující deska pro Raspberry Pi

Úvod

Když jsem na základní škole navštěvoval kroužek elektroniky, největší boje byly vždycky o to, kdo bude zapojovat "kufr".
Kufr byla stavebnice, která obsahovala elektronické součástky, které se pomocí pružinek a drátků propojovaly. Tím bylo možné postavit různé blikače, bzučáky, jednoduché zesilovače a podobné obvody.

  

Chtěl jsem s Raspberry Pi vytvořit něco podobného - desku, která se nasadí na GPIO konektor na RasPi, a která bude obsahovat různé nezávislé funkční bloky. Tyto bloky by se pak pomocí propojek mohly skládat do rozsáhlejších obvodů a pomocí programů v RasPi by bylo možné tyto obvody ovládat.


Seznam funkcí

Po několikaměsíčním vývoji, který byl průběžně popisován zde, jsem nakonec stvořil dvě desky, které dohromady obsahují tyto bloky:

Seznam hlavních bloků
Připojení maticové klávesnice 4x4 tlačítka detailní popis
Připojení displeje detailní popis
16-bitový expander pro vstupy a výstupy logických signálů (MCP23017)   detailní popis
Obvod pro generování přesného PWM signálu (PCA9685) detailní popis
8-kanálový A/D převodník (MCP3208) detailní popis
Přepínatelný generátor frekvence (HEF4060) detailní popis
RTC obvod (například PCF8583, ale deska je připravena i pro jiné RTC obvody) detailní popis
Čítač impulzů (PCF8583) detailní popis
Blok logických hradel (HEF4011) detailní popis
Dva děliče napětí pro převod z 5V logických úrovní na 3,3V detailní popis
Bezpečné oddělená I2C komunikace s možností volby napěťové úrovně (ADuM1250) detailní popis
Dva bezpečně oddělené GPIO porty s možností volby napěťové úrovně (ADuM1250) detailní popis
5 nezávislých LED diod detailní popis
Dvě mikrotlačítka detailní popis
Infračidlo (TSOP31236) detailní popis
Tranzistorový spínač detailní popis
   
Další popisy některých detailů desek
Napájení detailní popis
Převodník vnitřní I2C komunikace detailní popis
Signalizace startu RasPi (blikací LED) detailní popis
Prostor pro připájení libovolného SMD obvodu v pouzdře SOIC až do velikosti 2x8 vývodů detailní popis
Propojovací konektor mezi dvěma deskami detailní popis
Vnitřní konektor pro vyvedení signálů detailní popis
Vnější konektor K24 detailní popis
Souhrn popisů propojovacích kolíků a vnějších konektorů detailní popis
Poznámky k mechanickému uspořádání detailní popis


  

Podklady pro výrobu desek

Desku jsem navrhoval v programu Eagle. 
V podkladech je ale několik nepřesností, které se týkají osazování. Proto bych na ně bych chtěl upozornit:

1) 26-pinový konektor pro zasunutí na GPIO je nakreslený z horní strany (TOP). Ve skutečnosti musí být připájený zespoda (BOTTOM), aby šel nasadit na RasPi - (fotografie).

2) 22-pinový konektor z expanderu na malé desce je možné připájet podle potřeby zhora, nebo zespoda. Já jsem ho připájel zhora a tomuto osazení odpovídá i popis konektoru. V podkladových dokumentech (Eagle) je ale konektor nakreslený zespoda.

3) Boční LED diody jsou kreslené také na horní straně (TOP). Já jsem je ale ve skutečnosti připájel zespoda, protože pak lépe seděly v krabičce (fotografie).

4) Mikrotlačítka nejsou na desce zakreslena vůbec. Osazují se podle tohoto návodu.

5) Propojovací body jsou kreslené jako kolíky na horní straně (TOP). Není však nutné je osazovat na všechny pozice. Některé propojky je možné provést drátkem, který se připájí do dírek (příklad).

6) Některé součástky mají sice připravené pozice, ale neosazují se vůbec. Způsob osazení záleží na zamýšleném použití. Toto se týká hlavně RTC obvodů, A/D převodníku nebo řízení displeje. Věnujte tedy pozornost návodům uvedeným výše.

 

 

Podklady dávám k dispozici k veřejnému a bezplatnému použití.

I když jsem se snažil, aby bylo všechno v pořádku, může se stát, že se někde objeví problém.
Zříkám se veškeré odpovědnosti za škody, které by mohly vzniknout při nesprávném použití, nebo při špatném pochopení návodů.
Pokud souhlasíte s tím, že veškeré riziko za škody vzniklé použitím podkladů berete na sebe, tak si můžete podklady stáhnout zde:

Verze desek a historie změn:

rpi-exp-v13.zip Neověřeno
Doplnění odpojovače vnitřní I2C sběrnice.
Doplnění montážních otvorů v rozích desek.
Zvětšení rozteče plošek pro SMD LED.
Zvětšení děr pro víceotáčkový trimr, napájecí vodiče a vstup napájecího napětí.
Posunutí montážních otvorů pro distanční sloupky mezi expanzní desku a RasPi.
Odstranění jednoho zbytečného prokovení vedle nohy č.28 obvodu MCP23017
Zvětšení tloušťky několika cestiček.
Zrušení odmaskované plošky pod baterkou.

Detailní popis změn je zde: navod13
  

rpi-exp-v12.zip

fotografie-v12

Poslední ověřená verze
Doplněny 4 LEDky, 2 tlačítka, děliče napětí.
A/D převodník doplněn o volbu napájení 3V/5V a o lepší stabilizaci referenčního napětí.
2 kanály A/D převodníku obsahují děliče napětí.
Úprava desky pro různé RTC obvody.
Mechanické úpravy rozměrů desek.
Změna v obvodu tranzistorového spínače blikací LED.
Mezi deskami je možné přenést více signálů.
  
verze 10

fotografie-v10

První vyrobený prototyp.
  
  
  
 


úvodní strana webu AstroMiK.org

poslední úprava stránky 12.7.2014