Renesas FPB-RA0E2 v1快速原型开发板使用指南

在嵌入式系统开发领域，快速原型开发板是工程师们验证设计和开发应用的得力工具。Renesas的FPB-RA0E2 v1快速原型开发板专为RA0E2 MCU组设计，能帮助用户无缝评估RA0E2 MCU组的特性，并借助Flexible Software Package (FSP) 和e² studio IDE开发嵌入式系统应用。下面就为大家详细介绍这款开发板。

文件下载：Renesas Electronics FPB-RA0E2快速原型设计板.pdf

一、开发板概述

1. 主要特性

FPB-RA0E2开发板的特性可分为MCU及原生引脚访问、系统控制和生态系统访问两部分。

• MCU及原生引脚访问
  • MCU参数：采用32 MHz、Arm® Cortex® - M23核心的R7FA0E2094CFM MCU，拥有128 KB代码闪存、16 KB SRAM和2 KB数据闪存，采用64引脚LQFP封装。
  • 引脚访问：可通过32 x 2引脚公头（未安装）进行原生引脚访问，还有MCU的VCC电流测量点，便于精确测量电流消耗。
  • 时钟源：RA MCU提供多种时钟源，包括用于高速、中速和低速片上时钟信号的振荡器，还可分别使用20.000 MHz（未安装）和32.768 kHz的晶体振荡器信号作为主时钟和副时钟。
• 系统控制和生态系统访问
  • 电源：具备USB全速设备（USB 2.0 Type - C™ 连接器），有两个5 V输入源，分别是USB（调试，全速）和外部电源（使用2引脚公头，未安装）。
  • 调试：板载调试器（SWD）。
  • LED和按钮：有2个绿色用户LED、1个绿色电源LED（指示稳压电源可用）、1个黄色调试/电源LED（指示电源和调试连接），还有1个用户按钮和1个复位按钮。
  • 生态系统扩展：提供两个Digilent Pmod™（SPI、UART和I2C）连接器和一个Arduino®（UNO R3）连接器。

2. 假设和建议

• 假设用户对微控制器和嵌入式系统硬件有基本了解。
• 建议用户参考FPB - RA0E2快速入门指南熟悉开发板。
• 开发嵌入式应用需要Flexible Software Package (FSP) 和集成开发环境（IDE），如e2 studio。
• 可在FPB - RA0E1教程和RA系列快速原型开发板入门指南中找到下载和安装软件、创建示例项目、构建项目以及对开发板进行编程的说明。
• 开发板上的MCU可能未包含最新版本的固件。

二、开箱内容

开发板的包装盒内包含以下组件：

• FPB - RA0E2 v1开发板
• 印刷版快速入门指南
• 中国RoHS文件
• USB 2.0 Type - C™ 电缆（Type - C公头到Type - C公头）

三、订购信息

• 可订购的FPB - RA0E2 v1部件编号为RTK7FPA0E2S00001BJ，下划线字符代表套件版本。
• 开发板尺寸为55.88 mm（宽）x 85.00 mm（长）。

四、硬件架构和默认配置

1. 板级架构

FPB - RA0E2开发板的架构与FPB系列的其他开发板相似。除了RA MCU外，还有板载编程器、用于访问RA MCU所有引脚的引脚公头、电源稳压器、一些LED和开关，以及几个生态系统I/O连接器（Pmod和Arduino）。

2. 跳线设置

开发板提供两种类型的跳线：

• 铜跳线：分为Jumper Trace Cut（闭合）和Jumper Solder Bridge（断开）两种类型。
  • Jumper Trace Cut默认是通过窄铜迹线连接焊盘，若要隔离焊盘，需切断相邻焊盘之间的迹线，可机械去除或借助加热去除连接的铜箔，去除蚀刻铜迹线后可变为焊桥跳线以便后续更改。
  • Jumper Solder Bridge默认焊盘是隔离的，可通过三种方法连接：在两个焊盘上涂焊锡形成凸起，用烙铁连接凸起；在两个焊盘上放置小电线并焊接；在两个焊盘上放置SMD电阻（0805、0603或0402英寸尺寸）并焊接，零欧姆电阻可使焊盘短路。
• 传统引脚公头跳线：是传统的小间距跳线，需要外部短路片来打开/闭合，开发板上的传统引脚公头跳线为0.1”（2.54 mm）间距公头，需要兼容的2.54 mm短路片跳线。

开发板上每个跳线都有默认设置，不同跳线的位置、电路组、默认开闭状态和功能都有详细说明，具体可参考文档中的表格。

五、系统控制和生态系统访问

1. 电源

开发板设计为5 V工作，板载低压差（LDO）稳压器将5 V电源转换为3.3 V电源，为RA MCU和其他外设功能供电。

• 电源选项
  • 调试USB（默认设置）：可从外部USB主机向USB调试连接器（CN6）提供5 V电源，该电源连接到主系统5 V电源，此连接器与主系统5 V电源之间有反向电流保护。
  • 头连接器CN5：可从外部电源向开发板上的测试点提供5 V电源，CN5（未安装）提供大通孔式测试点，可容纳0.1”（2.54 mm）引脚公头或连接器，该电源连接到主系统5 V电源，5 V测试点与主系统5 V电源之间有反向电流保护。
• 电源考虑因素：板载LDO稳压器提供3.3 V电源，内置电流限制为2.0 A，需确保RA MCU、任何活动的板载功能以及任何连接的外设设备所需的总电流不超过此限制。典型USB主机的总可用电流最大为500 mA，根据套件配置，可能需要多个电源。
• 上电行为：上电时，标记为POWER的绿色LED会亮起，黄色DEBUG LED也会亮起。

2. 调试

开发板可使用内置的SEGGER J - Link® 板载调试器进行编程和调试，支持以下三种调试模式：	调试模式	调试MCU	目标MCU	调试接口	所用连接器
板载调试	RA4M2（板载）	RA0E2（板载）	SWD	USB 2.0 Type - C™ 连接器（CN6）
外部调试	外部调试工具	RA0E2（板载）	SWD	10引脚连接器（CN4）

不同调试模式的跳线配置也不同，具体可参考文档中的表格。黄色指示灯LED3显示调试接口的状态，开发板上电后，LED3闪烁表示RA4M2（J - Link OB）未连接到主机PC；LED3亮起表示已连接；连接到主机PC时LED3闪烁表示RA4M2（J - Link OB）与主机PC之间正在传输数据。

3. 生态系统

开发板的生态系统连接器允许用户同时连接多个与两种流行生态系统兼容的第三方附加模块：

• Digilent Pmod™ 连接器：有两个12引脚连接器，支持Pmod模块，RA MCU作为主设备，连接的模块作为从设备。这些接口可在固件中配置以支持多种Pmod类型，如Type 2A（扩展SPI）和Type 3A（扩展UART），开发板还提供跳线，使Pmod 1的12引脚连接器可用于Pmod Type 6A（扩展I2C）。默认的12引脚Pmod接口支持 + 3.3 V设备，需确保安装的Pmod设备与 + 3.3 V电源兼容。
• Arduino® 连接器：提供与Arduino® Uno R3兼容的连接器接口，详细的引脚信号对应关系可参考文档中的表格。

4. 其他功能

• 用户和电源LED：开发板上有四个LED，分别是两个绿色用户LED、一个黄色调试LED和一个绿色电源指示灯。用户LED可与RA MCU隔离，以便相关端口用于其他目的，断开LED1与P103需打开Jumper Trace Cut E28，断开LED2与P102需打开Jumper Trace Cut E29。
• 用户和复位开关：开发板上有两个微型、瞬时、机械按钮式SMD开关，按下复位开关（S2）可生成复位信号以重启RA MCU。用户开关S1可与RA MCU隔离，断开S1与P200需打开跳线E40。
• MCU时钟：开发板装有RA MCU副时钟振荡器晶体，提供精确的32.768 kHz参考时钟，也可安装RA MCU振荡器晶体，提供精确的20.000 MHz参考时钟。安装主时钟振荡电路组件时，需短路Jumper Solder Bridge（断开）的E37和E38，并切断Jumper Trace Cut（短路）的E36和E39。需要注意的是，副时钟不能在SODRV[1:0]位设置为1 1（低功耗模式3）时使用。

六、MCU原生引脚访问

1. 引脚公头

开发板的引脚公头J1（未安装）和J2（未安装）可访问所有RA MCU接口信号和所有RA MCU电源端口的电压，每个引脚都标有连接的电压或端口。引脚公头的布局允许将标准0.100”（2.54 mm）中心面包板同时放置在两个引脚公头上，可用于RA MCU自定义电路的原型设计和测试。

2. MCU电流测量

靠近RA MCU处有电阻R3和测试连接器CN30（未安装），用于测量MCU核心电流。电阻R3出厂时为0 Ω（SMD 0805），若要测量电流消耗，需移除R3，使用电流表连接CN30（未安装）的1和2引脚；也可移除R3并替换为合适的低值电阻（如100 mΩ），然后用电压表测量CN30引脚1和2之间的电压，再根据欧姆定律计算RA MCU消耗的电流。

七、推荐部件

文档中列出了一些可选组件的推荐部件编号，如20 MHz晶体、24引脚双引脚公头、2引脚公头等，具体部件的制造商和部件编号可参考文档中的表格。

八、认证

FPB - RA0E2开发板符合多项认证和标准：

• EMC/EMI标准：符合FCC Notice (Class A)、ICES - 003、CE Class A (EMC)、UKCA Class A (EMC)、中国国家标准13438、C6357（Class A限制）、澳大利亚/新西兰AS/NZS CISPR 32:2015（Class A）等标准。
• 材料选择、废物、回收和处置标准：符合EU RoHS、中国SJ/T 113642014（10年环保使用期）、WEEE指令（2012/19/EU）和《2013年废弃电气电子设备条例》。该设备（包括所有附件）不适合家庭使用，使用后不能作为家庭垃圾处理，必须以环保方式处理、回收和处置。
• 安全标准：符合UL 94V - 0标准。

九、设计和制造信息

开发板的设计和制造信息可在“FPB - RA0E2 v1设计包”中获取，该设计包可在renesas.com/fpb - ra0e2上下载，设计包包含原理图、机械图、物料清单、3D图等文件，具体内容可参考文档中的表格。

十、使用注意事项

• 连接外部调试器到CN4时，需检查要连接的连接器引脚1的位置。
• 若不将P101/TXDA0和P100/RXDA0用作J - Link虚拟COM端口（VCOM），需切断Jumper Trace Cut（短路）的E46和E47。

Renesas的FPB - RA0E2 v1快速原型开发板功能丰富，能为嵌入式系统开发提供很大的便利。在使用过程中，大家一定要仔细阅读文档，按照说明进行操作，这样才能充分发挥开发板的性能。你在使用这款开发板的过程中遇到过什么问题吗？欢迎在评论区留言分享。