Nano RP2040连接板的应用程序

　　Arduino Nano RP2040 Connect丰富了本已庞大的 Arduino 板家族，它将 Raspberry Pi Foundation 开发的 RP2040 微控制器与 u-blox NINA-W102 Wi-Fi 和蓝牙无线电模块以及一个丰富的高级传感器集甚至能够支持人工智能算法。事实上，该板包括一个支持语音激活功能的数字麦克风、一个六轴惯性运动传感器 (IMU)、一个小型 RGB LED 以及能够满足最苛刻要求的闪存 (16 MB) 的广泛可用性应用程序。

　　新板继承了 Raspberry Pi RP2040 对 MicroPython 和 C/C++ 语言的编程支持，两者均基于为 Raspberry Pi Pico 板开发的 SDK。与 Arduino 系列中的所有其他开发板一样，最新添加的开发板支持本地编程环境，例如著名的 Arduino IDE（现为 2.0 版）、Arduino CLI、IoT Cloud 和 Web Editor。后者允许直接从网络浏览器编程和控制 Nano RP2040 Connect 的操作。因此，可以通过免费的 Arduino IoT Remote 智能手机应用程序通过即时远程控制通过无线方式上传草图。

　　选择 RP2040 微控制器是因为它代表了 Raspberry 和 Arduino 世界之间的“特质联合”，是所有那些不需要“完整”Raspberry Pi 的复杂性和性能的应用的理想解决方案，同时受益以极具竞争力的成本从高级功能中获取。

　　另一个值得注意的特性是该板属于 Arduino Nano Mbed OS 系列，这是一组具有通用小外形尺寸（“Nano”占位面积，尺寸仅为 18 × 43 mm）并支持基于 ARM 的物联网应用的板Mbed OS 操作系统。目前，该系列包括三块板：Nano 33 BLE、Nano 33 BLE Sense 和 Nano RP2040 Connect（Nano 33 IoT 不属于其中，因为它不支持 Mbed OS 系统）。图 1 显示了 Arduino Nano RP2040 Connect 板的四分之三视图，此处为未安装排针的版本。

 

图 1：Arduino Nano RP2040 连接

　　框图

　　电路板框图如图 2 所示。核心由 RP2040 微控制器表示，能够通过经典 USB 连接与主机开发和调试环境进行通信，并通过四路 SPI 串行高电平与 16 MB 外部闪存进行通信速度界面。3.3V 电源由 MP2322 稳压器提供，输入源可以从 USB 端口 (V USB ) 或外部电源 (V IN ) 中选择。NINA W102 Wi-Fi/蓝牙模块通过I 2连接到microC、SPI、UART接口，RGB LED与之相连。至于其他传感器，MEMS麦克风通过脉冲密度调制（PDM）数字音频接口连接到micro，而六轴运动传感器和认证模块通过I 2 C总线连接。运行在 12 MHz 的外部 MEMS 振荡器提供时钟脉冲。
 

 

图 2：电路板框图

　　组件

　　该板的主要组件在图 3 中突出显示。首先，我们有 RP2040 芯片，这是一个基于 ARM Cortex M0+ 的 32 位双核微控制器，运行频率为 133 MHz，并配有集成的 264 KB SRAM 存储器。该 MCU 的卓越性能和高效率使其能够支持使用 TinyML、TensorFlow Lite 或 Edge Impulse 开发的机器学习算法。除了完全支持 MicroPython（从 2021 年 7 月开始提供）外，该板还附带用于机器视觉项目的免费 OpenMV 许可证。RP2040 微控制器提供的功能包括：
 

• 　　直接内存访问控制器
   
• 　　USB 1.1 控制器和 PHY，支持主机和设备
   
• 　　八个可编程 IO 状态机
   
• 　　用于扩展外设支持的可编程 IO
   
• 　　带内部温度传感器的四通道 ADC，0.5-MS/s，12 位转换
   
• 　　SWD调试
   
• 　　两个用于生成 USB 和内核时钟的片上 PLL
   
• 　　多种低功耗模式支持
   
• 　　USB 1.1 主机/设备
   
• 　　内部稳压器提供核心电压
   
• 　　高级高性能总线/高级外设总线

 

图 3：电路板的主要组件

　　在 MCU 之后，该卡的第二个优点绝对是连接性，它通过 u-blox NINA W102 无线电模块实现，这是一种廉价且易于适应的设备。该模块还增加了四个模拟 GPIO（RP2040 只有四个模拟引脚），使总数达到八个，与其他 Arduino Nano 板一致。配备集成天线的无线电模块基于双核 Xtensa LX6 CPU，可以使用 SWD 接口和位于电路板背面的特殊焊盘独立于 RP2040 进行编程。在实践中，NINA W102 模块使用与 ESP32 模块相同的 CPU，ESP32 模块是创客最流行的硬件平台之一，还有 Arduino 和 Raspberry Pi。RGB LED 连接到无线电模块，可以使用为模块本身开发的相同库 (WiFiNINA) 驱动。物联网应用中使用的连接需要高度的安全性，以便在所有操作条件下保持传输数据的一致性并防止来自外部的潜在攻击。为此，设计人员加入了一个强大的加密协处理器，Microchip ATECC608A 已经在 Arduino MKR 系列的板上使用。密码协处理器的特点是功耗特别低，为安全启动提供支持，为非对称签名、验证、密钥协商提供硬件支持，为对称算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和网络提供硬件支持关键管理支持。物联网应用中使用的连接需要高度的安全性，以便在所有操作条件下保持传输数据的一致性并防止来自外部的潜在攻击。为此，设计人员加入了一个强大的加密协处理器，Microchip ATECC608A 已经在 Arduino MKR 系列的板上使用。密码协处理器的特点是功耗特别低，为安全启动提供支持，为非对称签名、验证、密钥协商提供硬件支持，为对称算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和网络提供硬件支持关键管理支持。物联网应用中使用的连接需要高度的安全性，以便在所有操作条件下保持传输数据的一致性并防止来自外部的潜在攻击。为此，设计人员加入了一个强大的加密协处理器，Microchip ATECC608A 已经在 Arduino MKR 系列的板上使用。密码协处理器的特点是功耗特别低，为安全启动提供支持，为非对称签名、验证、密钥协商提供硬件支持，为对称算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和网络提供硬件支持关键管理支持。设计人员包括一个强大的加密协处理器，Microchip ATECC608A 已经在 Arduino MKR 系列的板上使用。密码协处理器的特点是功耗特别低，为安全启动提供支持，为非对称签名、验证、密钥协商提供硬件支持，为对称算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和网络提供硬件支持关键管理支持。设计人员包括一个强大的加密协处理器，Microchip ATECC608A 已经在 Arduino MKR 系列的板上使用。密码协处理器的特点是功耗特别低，为安全启动提供支持，为非对称签名、验证、密钥协商提供硬件支持，为对称算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和网络提供硬件支持关键管理支持。

　　
       传感器设备包括 ST LSM6DSOX 六轴 IMU，它将 3D 加速度计和 3D 陀螺仪与专用机器学习核心相结合。该组件主要面向移动市场，“永远在线”操作需要特别低的功耗，提供以下技术特性：

• 　　3D 陀螺仪，±2-/±4-/±8-/±16-g 满量程
   
• 　　3D 加速度计，±125-/±250-/±500-/±1,000-/±2,000-dps 满量程
   
• 　　高级计步器、步数检测器和计步器
   
• 　　显着移动检测、倾斜检测
   
• 　　标准中断：自由落体、唤醒、6D/4D 定向、单击和双击
   
• 　　可编程有限状态机：加速度计、陀螺仪和外部传感器
   
• 　　机器学习核心
   
• 　　嵌入式温度传感器
   

　　该设备可以使用专用的 Arduino LSM6DSOX 库轻松编程。

　　另一个相关传感器是全向数字麦克风，可用于声音激活、音频控制，甚至 AI 语音识别。MP34DT05 麦克风实时捕捉和分析声音，可用于为任何项目创建语音界面。ST MP34DT05-A 是一款超紧凑、低功耗、全向、数字 MEMS 麦克风，内置电容传感元件和 I2C 接口。能够检测声波的传感元件采用 MEMS 工艺制造，而 IC 接口采用 CMOS 工艺制造，该工艺在外部以 PDM 格式提供数字信号。MP34DT05-A 是一款低失真数字麦克风，具有 64-dB 信噪比和 –26-dBFS ±3-dB 灵敏度。该设备可以使用专用的 Arduino PDM 库进行编程。

　　关于可编程 I/O 引脚，该板提供 8 个模拟输入引脚和 22 个数字 I/O 引脚（其中 20 个可配置为 PWM 发生器或外部中断）。引脚 13 上还提供了一个内置的用户 LED。图 4 显示了 Arduino Nano RP2040 Connect 板的完整引脚排列，该板也可在预安装接头引脚的情况下使用。引脚布局井井有条，所有模拟和电源引脚都在左侧接头上，数字引脚在右侧接头上。如图 2 所示，RP2040 MCU 提供对 UART、SPI 和 I 2 C 通信的支持。

 

 

图 4：电路板引脚排列
 

　　在应用方面，Arduino Nano RP2040 Connect 可适用于广泛的用例，包括：

• 　　边缘计算：TinyML 可用于异常检测、咳嗽检测、手势分析等。
   
• 　　可穿戴设备：减少的占用空间使机器学习算法能够在各种可穿戴设备上部署，包括运动追踪器和 VR 控制器。
   
• 　　语音助手：Arduino Nano RP2040 Connect 包含一个全向麦克风，可用作个人数字助理，实现不同项目中的语音控制。

文章来源：eeweb Maurizio Di Paolo Emilio

编辑：ymf