探索 OLIMEX MOD - IO2 扩展板：功能、设置与应用

在电子设计领域，扩展板是提升系统功能和灵活性的重要工具。今天，我们来深入了解 OLIMEX 公司推出的 MOD - IO2 扩展板，它为开发者提供了丰富的输入输出接口和强大的功能。

文件下载：MOD-IO2.pdf

一、MOD - IO2 概述

1.1 主要特性

• 微控制器：预加载开源固件的 PIC16F1503 微控制器，便于与 Linux 板等设备进行接口。
• 通信协议：支持 I2C 通信，并且可以更改 I2C 地址。
• 堆叠设计：配备 UEXT 公母连接器，支持堆叠使用。
• 丰富接口：9 针端子螺丝连接器，包含 7 个 GPIO 引脚、3.3V 和 GND；7 个 GPIO 可用于 PWM、SPI、I2C、模拟输入/输出等多种用途。
• 继电器输出：2 个继电器输出，带有 15A/250VAC 触点和螺丝端子，还有继电器输出状态 LED。
• 编程接口：6 针 ICSP 连接器，可使用 PIC - KIT3 或其他兼容工具进行在线编程和更新。
• 电源接口：12V DC 电源插孔。
• 物理规格：四个 3.3mm 安装孔，尺寸为(61 x 52)mm，采用 FR - 4 材质，1.5mm 厚度，红色阻焊层和白色丝印组件标识。

1.2 MOD - IO 与 MOD - IO2 对比

MOD - IO2 相较于 MOD - IO，在尺寸和功能上更为精简。但在很多情况下，MOD - IO2 是更好的选择。需要光耦的设计应考虑 MOD - IO，而且 MOD - IO 具有更好的电源供应，可提供 8 - 30VDC 的电压范围。

1.3 目标市场与用途

MOD - IO2 是一款扩展开发板，可通过 UEXT 连接器与其他 Olimex 开发板进行接口，增加继电器和 GPIO 功能。多个 MOD - IO2 板可堆叠使用，并且可通过 I2C 进行寻址。其开源固件允许开发者使用简单命令与板卡交互，也可根据需求进行修改。如果你使用带有 UEXT 连接器的开发板，并且需要更多的 GPIO 和继电器输出，那么 MOD - IO2 是一个不错的选择。

二、MOD - IO2 板卡设置

2.1 静电警告

MOD - IO2 采用防静电包装，在处理板卡时，应佩戴接地带或类似保护设备，避免接触组件引脚和金属元件，防止静电损坏。

2.2 所需设备

• 硬件：带有空闲数据 UART 或 UEXT 连接器的开发板；12V 电源，需适配板上的电源插孔。
• 编程需求：若要对板卡进行重新编程或修改固件，还需要 PIC 兼容编程器，ICSP 编程连接器为 0.1'' 6 针。Olimex 提供了基于 Microchip 的 PIC - KIT3 的廉价兼容编程器。

2.3 供电

通过电源插孔为板卡提供 12V DC 电源。欧洲客户可购买 Olimex 提供的 12V/0.5A 电源适配器 SY0612E。正确供电后，板上的 PWR_LED 会亮起。

2.4 固件描述与 Linux 下的基本使用

2.4.1 自定义软件工具

Olimex 为 Linux 系统编写了控制 MOD - IO2 的软件工具，可从[链接](https://github.com/OLIMEX/OLINUXINO/tree/master/SOFTWARE/UEXT %20MODULES/MOD - IO2/linux - access - tool)获取。该工具适用于加载了固件版本 3 或更高版本的 MOD - IO2 板卡，为了完全兼容，建议使用固件版本 3.02 或更高版本。使用时，将 “modio2tool” 文件放置在开发板上，在文件所在目录下输入 “./modio2tool - h” 可获取所有可用命令的帮助信息。 以下是一些常见命令示例：

• 显示帮助菜单：./modio2tool - h
• 打开两个继电器：./modio2tool - B 0 - s 3
• 关闭两个继电器：./modio2tool - B 0 - c 3
• 读取继电器状态：./modio2tool - B 0 - r
• 读取模拟输入：./modio2tool - B 0 - A 1
• 更改 I2C 地址：./modio2tool - B 0 - x 15

2.4.2 I2c - tools 使用

除了自定义软件工具，还可以使用 Linux 下的 “i2c - tools” 来控制 MOD - IO2。通过 apt install i2c - tools 进行安装。MOD - IO2 从固件版本 3 开始与 i2c - tools 兼容，常用命令包括 i2cdetect、i2cdump、i2cget、i2cset。 以下是一些使用 i2c - tools 的示例：

• 打开继电器：i2cset –y 2 0x21 0x40 0x03
• 读取继电器状态：先执行 i2cset –y 2 0x21 0x43，再执行 i2cget –y 2 0x21
• 读取模拟输入/输出：先执行 i2cset –y 2 0x21 0x10，再执行 i2cget –y 2 0x21
• 设置所有模拟 IO 为高电平：i2cset –y 2 0x21 0x01 0x01
• 读取所有模拟 IO：先执行 i2cset –y 2 0x21 0x01，再执行 i2cget –y 2 0x21
• 更改 I2C 设备地址：i2cset 2 0x21 0xHH（需关闭 PROG 跳线）

三、MOD - IO2 板卡详细信息

3.1 布局

文档中虽未详细描述布局，但可通过实际观察 MOD - IO2 板卡了解其各部分的位置和分布。

3.2 PIC16F1503 微控制器

MOD - IO2 的核心是 PIC16F1503 微控制器，它具有以下特性：

• 指令集与堆栈：增强型中程内核，49 条指令，16 级堆栈。
• 内存与振荡器：具有自读写能力的闪存程序内存，内部 16MHz 振荡器。
• 外设模块：4 个独立 PWM 模块、互补波形发生器（CWG）模块、数控振荡器（NCO）模块、2 个可配置逻辑单元（CLC）模块、集成温度指示器模块、8 通道 10 位 ADC 带电压参考、5 位数字 - 模拟转换器（DAC）。
• 通信接口：支持 MI2C、SPI。
• I/O 电流：25mA 源/灌电流 I/O。
• 定时器：2 个 8 位定时器（TMR0/TMR2）、1 个 16 位定时器（TMR1）。
• 复位功能：扩展看门狗定时器（WDT）、增强型上电/掉电复位、低功耗欠压复位（LPBOR）、可编程欠压复位（BOR）。
• 编程与调试：支持在线串行编程（ICSP）和通过调试头进行在线调试。
• 电压范围：PIC16LF1503 工作电压为 1.8V - 3.6V，PIC16F1503 工作电压为 2.3V - 5.5V。

3.3 连接器与引脚

3.3.1 ICSP

6 针 ICSP 连接器可用于对板卡进行编程和调试，可与 Olimex 的 PIC - KIT3 调试器配合使用。	Pin #	Signal Name	Pin #	Signal Name
1	MCLR	4	GPIO0_ICSPDAT
2	+3.3V	5	GPIO0_ICSPCLK
3	GND	6	Not connected

3.3.2 UEXT 模块

MOD - IO2 板卡有公母两个 UEXT 连接器，可与 Olimex 的 UEXT 板进行接口。

• 母连接器：可直接连接到开发板或与其他 MOD - IO2 板卡连接，形成可堆叠模块。默认 I2C 地址为 0x21，使用多个板卡时需更改地址。	Pin #	Signal name	Pin #	Signal name
  1	+3.3V	6	SDA
  2	GND	7	Not connected
  3	Not connected	8	Not connected
  4	Not connected	9	Not connected
  5	SCL	10	Not connected

• 公连接器：通过随附的排线连接到其他公 UEXT 或 MOD - IO2 板卡。	Pin #	Signal name	Pin #	Signal name
  1	+3.3V	6	SDA
  2	GND	7	Not connected
  3	Not connected	8	Not connected
  4	Not connected	9	Not connected
  5	SCL	10	Not connected

3.3.3 继电器输出连接器

MOD - IO2 有两个继电器，输出信号包括标准的常闭（NC）、常开（NO）和公共端（COM）。	REL1 – OUT1
Pin #	Signal name
1	NO – normal open
2	NC – normal closed
3	COM – common

REL2 – OUT2
Pin #	Signal name
1	NO – normal open
2	NC – normal closed
3	COM – common

3.3.4 GPIO 连接器

GPIO 连接器可用于实现 PWM、I2C、SPI 等功能，引脚名称也印在板卡底部。	Pin #	Signal name	Analog Input
1	3.3V	-
2	GND	-
3	GPIO0	AN0
4	GPIO1	AN1
5	GPIO2	AN2
6	GPIO3	AN3
7	GPIO4	-
8	GPIO5	AN7
9	GPIO6	PWM

3.3.5 PWR Jack

DC 桶形插孔内径为 2.0mm，外径为 6.3mm。欧洲客户可购买兼容的电源适配器。	Signal name
Power Input
GND

3.3.6 跳线说明

• PROG：闭合此跳线可对单个 MOD - IO2 板卡进行寻址，默认位置为打开。
• SDA_E/SCL_E：当连接多个 MOD - IO2 板卡时，需保持这两个跳线闭合，默认位置为闭合。
• UEXT_FPWR_E：闭合时为母 UEXT 连接器提供 3.3V 电源，默认位置为打开。
• UEXT_MPWR_E：闭合时为公 UEXT 连接器提供 3.3V 电源，默认位置为打开。

3.4 硬件组件

除了上述连接器和引脚，MOD - IO2 板卡还包括继电器 LED 和电源 LED。

3.5 块图与内存

文档中提供了处理器块图和物理内存图，但建议参考 Microchip 发布的原始数据手册以获取更高质量的信息。

3.6 原理图

MOD - IO2 的原理图可在[链接](https://www.olimex.com/Products/Modules/IO/MOD - IO2/open - source - hardware)查看，位于 HARDWARE 部分。

3.7 修订历史与支持

3.7.1 文档修订

Revision	Changes	Modified page#
A, 27.08.12	- Initial creation	All
B, 16.10.12	- Fixed several leftovers from the template which were referencing wrong processors and boards - Updated links	6, 10, 20
C, 24.10.13	- Updated Disclaimer to fit the open - source nature of the board - Added few examples and firmware version 3 explanation - Updated Product support - General formatting improvements	23, All, 2, 7
D, 27.05.15	- Updated the manual to reflect latest firmware revision 3.02 - Added information about the new Linux tool – modio2tools	7, 8, 9, 10, 11
E, 27.09.19	- Updated the manual to reflect latest firmware revision 4.3	7, 8, 9, 10, 11

3.7.2 板卡修订

Revision, date	Revision notes
B, 18.06.12	Initial release

3.7.3 有用链接与购买代码

• 产品信息：[https://www.olimex.com/mod - io2.html](https://www.olimex.com/mod - io2.html)
• 价格列表：https://www.olimex.com/prices
• 购买方式：可直接从在线商店购买，也可通过分销商购买。分销商列表可在https://www.olimex.com/Distributors查看。

3.7.4 产品支持

如需产品支持、硬件信息或错误报告，可发送邮件至 [e-mail]。退货政策和保修信息可参考https://www.olimex.com/wiki/GTC#Warranty。

综上所述，OLIMEX MOD - IO2 扩展板为电子工程师提供了一个功能丰富、易于使用的开发平台。通过合理利用其特性和接口，开发者可以实现各种复杂的应用。你在使用 MOD - IO2 板卡时遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。