آموزش میکروپایتون با رزبری پای پیکو بخش اول: معرفی و شروع کار با برد

رزبری پای پیکو Raspberry Pi PICO یک برد میکروکنترلر بر پایه تراشه RP2040 اما اینبار در یک ظاهر و کارآیی کاملا متفاوت عرضه شده است. شاید در نگاه اول برد رزبری پای زیرو در ذهن شما تداعی شود اما سخت در اشتباهید :)) برد رزبری پای جا پای بردهای امبدد مانند STM, ARDUINO گذاشته است. انتخاب سخت افزار همیشه سخت بوده اما در حال حاضر با معرفی رزبری پای پیکو انتخاب بین خوب و خوب تر شده است. رزبری پای پیکو برخلاف دیگر بردهای خانواده اش فاقد اسلات میکرو اس دی MICRO SD است و فقط برای برنامه نویسی با GPIO ها ساخته و طراحی شده است. برنامه نویسی این برد و آپلود کدها هم متفاوت است و از طریق درگاه USB امکان پذیر است. در ادامه با مرجع تخصصی رزبری پای به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

 

---

بخش اول: معرفی رزبری پای پیکو

---

رزبری پای پیکو (Raspberry Pi Pico) یک برد توسعه میکروکنترلر است که توسط شرکت رزبری پای (Raspberry Pi) توسعه و عرضه شده است. این برد به عنوان یک میکروکنترلر قدرتمند و ارزان قیمت با هدف ارائه پلتفرمی برای توسعه کاربرانی که به دنبال پروژه‌های الکترونیکی و سخت‌افزاری هستند، طراحی شده است. رزبری پای پیکو از چیپ RP2040 ساخته شده است که توسط رزبری پای توسعه داده شده و دارای معماری ARM Cortex-M0+ با سرعت ۱۳۳ مگاهرتز است. Raspberry Pi Pico دارای ۲۶ پین GPIO (ورودی/خروجی عمومی) است که امکان اتصال به انواع سنسورها، دستگاه‌ها و ماژول‌های الکترونیکی را فراهم می‌کند. این برد از یک پورت USB برای تغذیه و اتصال به کامپیوتر یا دستگاه‌های دیگر به عنوان یک دستگاه USB استفاده می‌کند.پشتیبانی از MicroPython و C/C++: Raspberry Pi Pico از زبان‌های برنامه‌نویسی MicroPython و C/C++ پشتیبانی می‌کند که به برنامه‌نویسان امکان برنامه‌نویسی آسان و قدرتمند را می‌دهد. برد Pico از اتصالات سریال UART، SPI، I2C و PWM پشتیبانی می‌کند که امکان ارتباط با دیگر دستگاه‌ها و ماژول‌های الکترونیکی را فراهم می‌کند.

 

 

رزبری پای Pico یک برد توسعه یافته بر پایه تراشه RP2040 است. RP2040 یک پردازنده ی ۳۲ بیتی dual ARM Cortex-M0+ Microcontroller است. تراشه از یک سیلیکون ۴۰nm با ابعاد ۷X7 میلی متری از پکیج QFN-56 SMD است. فرکانس پردازنده ۱۳۳MHz و حافظه SRAM برابر با ۲۶۴KB است. این تراشه فاقد حافظه‌ی EEPROM و FLASH داخلی است و پس از ریست بوت لدر فایرمور را از حافظه فلش خارجی و یا از حافظه SRAM درگاه USB بارگیری می‌کند.

 

بررسی پایه‌های GPIO رزبری پای پیکو

برد رزبری پای پیکو از ۴۰ ردیف پین هدر با استایل ۲۱X51 با ضخامت ۱ میلی متری است. از این ۴۰ پایه ۲۶ پایه منحصرا با ولتاژ ۳٫۳ ولت برای GPIO یعنی پایه های ورودی و خروجی است. از این ۴۰ پایه ۲۳ برای پایه های دیجیتال و ۳ پایه به صورت ADC است. از پایه های دیجیتال برای اتصال سنسورها و ماژول ها با ورودی و خروجی دیجیتال و از پایه های آنالوگ با رابط ADC برای سنسورهای آنالوگ استفاده می‌شود. دقت داشته باشید تمامی پایه های دارای ولتاژ فیکس ۳٫۳ ولت است.

 

پروتکل‌های ارتباطی رزبری پای Pico

برد رزبری پای پیکو از پروتکل های ارتباطی پرکاربری برای ارتباط با سخت افزارهای دیگر بهره برده است.

• دارای دو UART
• دارای دو I2C
• دارای دو SPI
• دارای کانال PWM
• دارای یک تایمر با چهار آلارم
• دارای شمارنده ریل تایم

برد رزبری پای پیکو از کوچکترین قطعات برای پشتیبانی از تراشه RP2040  استفاده کرده است از کریستال گرفته تا منبع تغذیه. اکثر پایه های میکروکنترلر RP2040 از چپ و راست به برد و پایه های IO آورده شده و چهار پایه IO از RP2040 برای عملکردهای داخلی استفاده می‌شود. تکنولوژی ساخت برد رزبری پای پیکو و پایه های GPIO به صورتی است که قابلیت نصب بر روی مکان های دیگر برای اجرا و ساخت پروژه ها را دارد. برای اینکار از ۴۰ ردیف پین هدر استاندارد با فاصله ی ۰٫۱ از یکدیگر قرار گرفته شده است و حتی متناسب با تمامی برد بردهای استاندارد می‌باشد. پیکو از یک BUCK-BOOST SMPS برای تامین ولتاژ ۳٫۳ ولت برای تعذیه RP2040 و مدار داخلی بهره میبرد. به همین دلیل انعطاف پذیری قابل توجهی برای اعمال ولتاژ وجود دارد و  به راحتی میتوانید از تغذیه باتری لیتیومی تک سل و یا باتری ۳ سل AA استفاده کنید.

 

---

برنامه نویسی رزبری پای پیکو

---

برنامه نویسی رزبری پای پیکو از طریق درگاه USB امکان پذیر است به این صورت که برای انتقال کد از درگ اند دراپ DRAG & DROP استفاده می‌کنیم. کد نوشته شده را با نشانگر موس در یک فایل ذخیره و پس از اتصال رزبری پای پیکو به سیستم مورد نظر آن را به پوشه باز شده انتقال میدهیم و برنامه بر روی برد اعمال می‌شود. برای اینکار از تکنولوژی SWD یا همان Serial Wire Debug استفاده شده است که میتواند سیستم را ریست کرده و سپس کد را بدون دخالت و انتخاب کلیدی بر روی برد بارگیری و اجرا کند.

 

---

پایه های داخلی GPIO Raspberry pi Pico

---

برد رزبری پای پیکو از ۴۰ پایه GPIO تشکیل شده است که از این ۴۰ پایه برخی از پایه ها برای عملکردهای داخلی برد استفاده شده است.

• پایه GPIO29: برای مود ADC جهت اندازه گیری VSYS/3 استفاده شده است.
• پایه GPIO25: برای LED استفاده شده است.
• پایه GPIO24: برای IP VBUS استفاده شده است.
• پایه GPIO23: برای تامین تغذیه پاور پورت SMPS استفاده شده است.

PIN40	VBUS
PIN39	VSYS
PIN37	۳V3_EN
PIN36	۳V3
PIN35	ADC_VREF
PIN33	AGND
PIN30	RUN

  

• پین VBUS ولتاژ ورودی MICRO USB است.
• VSYS ولتاژ ورودی سیستم اصلی است.
• SMPS ولتاژ ۳٫۳ ولت را برای RP2040 تامین می‌کند.
• ۳V3_EN همان پایه تامین ولتاژ برای تراشه RP2040 است که تغذیه خارجی مدار را هم تامین می‌کند.
• ADC_VREF ولتاژ پاور ADC است.
• AGND پایه GND برای GPIO26-29 است.
• RUN پین فعال RP2040 است.

 

---

شرایط استفاده از رزبری پیکو

---

برای راه اندازی اولیه رزبری پای پیکو چه در محیط خانگی و چه صنعتی دانستن شرایط اولیه محیطی و سخت افزاری بسیار مهم است و حتی در انتخاب درست کالا با توجه به شرایط هم میتواند مفید باشد.

• ماکزیمم دمای محیط ۸۵ درجه سانتی گراد بایستی باشد.
• مینیمم دمای محیط منفی ۲۰ درجه سانتی گراد باشد.
• ولتاژ VBUS 5V +/- 10% است.
• مینیمم VSYS برابر با ۱٫۸ ولت است.
• ماکزییم VSYS برابر با ۵٫۵ ولت است.
• بهترین دمای پیشنهادی محیط برای استفاده از رزبری پای پیکو ۷۰ درجه سانتی گراد است.

 

---

برنامه ریزی فلش FLASH

---

توسط پورت سریال Wire debug حافظه Flash QSPI با مقدار حافظه ۲MByte قابل برنامه ریزی است. ساده ترین راه برای برنامه ریزی حافظه ی فلش رزبری پای پیکو استفاده از مود USB است. برای انجام اینکار کافیست مراحل زیر را اجرا کنید.

• تغدیه پورت را خارج کنید. هیج تغدیه ای به برد متصل نباشد.
• سپس کلید BOOTSEL را همزمان با وارد کردن پورت تغذیه MICRO USB نگه دارید.
• با اتصال کابل میکرو USB به سیستم پوشه فایل پیکو باز می‌شود.
• سپس کد برنامه با پسوند .uf2 را با drag and drop به پوشه باز شده انتقال دهید.
• کد بر روی رزبری پای پیکو اجرا می‌شود.

 

---

پایه‌های عمومی IO پیکو

---

رزبری پای پیکو دارای ولتاژ داخلی ۳٫۳ ولت است و در تمامی پایه ها ثابت است. ۲۶ پایه از ۳۰ پایه RP2040 قابل استفاده است.

• پایه های GPIO0 تا GPIO22 پایه های دیجیتال هستند.
• پایه های GPIO26 – GPIO28 به عنوان دیجیتال و ورودی ADC قابل استفاده است.
• پایه های GP0, GP1 پایه های UART هستند.
• پایه های GP26-27-28 پایه های ADC است.
• پایه های GP16-17-18-19 پایه های SPI است.
• پایه های GP4-GP5 پایه های I2C است.

 

---

استفاده از ADC رزبری پای پیکو

---

رابط ADC در RP2040 فاقد رفرنس است و به همین دلیل از تغذیه ۳٫۳ ولت داخلی تراشه استفاده می‌کند. در پیکو پایه ADC_AVDD از SMPS 3.3 ولت با استفاده از فیلتر R-C تغذیه می‌شود. ADC جریان زیادی در مدار مصرف میکند تا جایی که در صورت غیرفعال بودن حسگر دما تا حدود ۱۵۰ میلی آمپر جریان کشیده و به همین دلیل جریان ماسفت برابر ۱۵۰μA*200 = ~30mV خواهد بود. با استفاده از تغییر مقاومت بین پایه VREF و پایه ۳٫۳ ولت میتواند تا حدودی ماسفت و نویز ایجاد شده را کاهش دهد. برای استفاده از پایه های ADC کافیست از پین های GP26-GP27 و GP28 استفاده کنید.

 

---

تغدیه برد رزبری پای پیکو

---

ساده ترین راه برای تامین تغذیه برد رزبری پای پیکو استفاده از پورت MICRO USB است که از طریق پورت USB VBUS با ولتاژ ۵ ولت تغذیه می‌شود. در صورتیکه نمیخواهید از پورت USB برای تغذیه استفاده کنید، میتوانید از پایه ی VSYS به منبع تغذیه ی دلخواه با ولتاژ ۱٫۸ تا ۵٫۵ ولت DC اتصال دهید.تغذیه مناسب برای برد Raspberry Pi Pico بسیار مهم است تا برد به درستی کار کند و از آسیب‌های ناشی از تغذیه نامناسب جلوگیری شود.  Raspberry Pi Pico به ولتاژ ۳٫۳ ولت نیاز دارد. بنابراین، باید از منبع تغذیه‌ای استفاده کنید که ولتاژ خروجی ثابت ۳٫۳ ولت داشته باشد. مطمئن شوید که منبع تغذیه برای برد Pico جریان کافی (معمولاً حداقل ۷۰۰ میلی‌آمپر) را ارائه می‌دهد. در غیر این صورت، ممکن است عملکرد برد تحت تاثیر قرار گیرد.استفاده از منبع تغذیه پایدار و خالی از نوسانات مهم است. تغذیه ناپایدار می‌تواند باعث مشکلات در عملکرد برد شود.از کابل‌های مناسب و با کیفیت برای اتصال منبع تغذیه به برد Pico استفاده کنید.در صورت امکان، از محافظت‌های الکتریکی مانند دیود‌های افزونگی (تا زنر) استفاده کنید تا برد Pico از ولتاژهای بیش‌اندازه وارد شده محافظت شود. تغذیه به درستی متصل شده و قبل از وصل کردن تغذیه، دقت کنید که پلاریته ولتاژ (مثبت و منفی) به درستی تنظیم شده باشد تا از آسیب به برد Pico جلوگیری شود.

 

 

---

زبان های برنامه نویسی رزبری پای Pico

---

رسپری پای پیکو RASPBERRY PI PICO از به دو زبان برنامه نویسی C , MICROPYTHON قابل اجرا و برنامه نویسی است. با توجه به ماهیت و تکنولوژی ساخت با بسیاری از سنسورها و سخت افزارها ارتباط برقرار کرده و برای مبتدیان و حتی سطوح پیشرفته با توجه به پشتیبانی از میکروپایتون انتخاب مناسبی است. برای اینکار بر روی برد از رابط I2C, SPI و ۸ پایه ی برنامه پذیر برای ارتباط با سخت افزارها طراحی و ایجاد شده است.

برای برنامه‌نویسی برد Raspberry Pi Pico (به کمک میکروکنترلر RP2040) می‌توانید از زبان‌های برنامه‌نویسی مختلفی استفاده کنید. این برد پشتیبانی از زبان‌های برنامه‌نویسی متنوعی دارد. دو زبان اصلی که برای برنامه‌نویسی Raspberry Pi Pico استفاده می‌شوند

• MicroPython: MicroPython نسخه کوچک و مخصوص میکروکنترلرها از زبان برنامه‌نویسی Python است. این زبان بسیار انعطاف‌پذیر است و برنامه‌نویسان Python می‌توانند به راحتی با آن کد بنویسند. MicroPython از ویژگی‌های مختلفی از جمله مدیریت GPIO، اتصالات شبکه (Wi-Fi و Bluetooth)، و بسیاری از کتابخانه‌ها و ماژول‌های استاندارد Python پشتیبانی می‌کند.

• C/C++ با استفاده از SDK Raspberry Pi Pico: برای برنامه‌نویسانی که با زبان‌های C و C++ آشنایی دارند، می‌توانند از نرم‌افزار توسعه (SDK) مخصوص Raspberry Pi Pico استفاده کنند. این روش به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد که به سطح پایین‌تر سیستم دسترسی داشته باشند و به طور مستقیم با سخت‌افزار ارتباط برقرار کنند. این روش برای پروژه‌هایی که به کارایی و سرعت بالا نیاز دارند مناسب است.

همچنین می‌توانید زبان‌های برنامه‌نویسی دیگری مانند C#، Rust، Lua و غیره را نیز برای برنامه‌نویسی Raspberry Pi Pico استفاده کنید، اما MicroPython و C/C++ به عنوان روش‌های اصلی و پرکاربرد معرفی می‌شوند. انتخاب زبان برنامه‌نویسی بستگی به تجربه شما و نوع پروژه دارد که می‌خواهید اجرا کنید.

 

---

 خرید رزبری پای پیکو

---

در حال حاضر میتوانید جدیدترین برد رزبری پای Raspberry Pi PICO را از طریق سایت دانشجوکیت تهیه کنید. لینک خرید رزبری پای پیکو

 

---

روش فلش رزبری پای پیکو

---

برای فلش شدن حافظه رزبری پای پیکو که در سایت رزبری پای این مورد آموزش منتشر شده است. برای فلش رزبری پای همانند زیر اقدام کنید.

• قبل از اتصال کابل کلید bootsel را نگه دارید.
• سپس کابل usb را وصل کنید.
• فایل flash_nuke.uf2 را دنلود کنید.
• پس از اتصال کابل usb به سیستم و باز شدن پنجره RPI-RP2 پوشه دانلود شده را با روش درگ اند دراپ به RPI-RP2 انتقال دهید.
• سپس رزبری پای فلش خواهد شد.

 

در پایان نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید و با اشتراک گذاری این آموزش در شبکه های اجتماعی از وبسایت دیجی اسپارک حمایت کنید.