Espansione per Raspberry Pi compatibile Shield ARDUINO

Progettata per essere utilizzata in abbinamento con Raspberry Pi (non compreso), questa shield permette di espandere le funzionalità del GPIO con un convertitore ADC a quattro canali singoli o differenziali, convertire i livelli da 3,3V a 5V (e viceversa), degli I/O digitali, dei bus I2C, SPI e della porta seriale, per rispettare sia i requisiti elettrici di Raspberry Pi che dei sensori e dispositivi esterni. Inoltre permette di utilizzare molte delle shield disponibili per Arduino e di collegarsi a convertitori aggiuntivi esterni USB/I2C e USB/SPI. Dispone di connettore a 26 pin per il collegamento con il connettore GPIO di Raspberry Pi, ponticelli (EXT e INT) che permettono di scegliere se ricevere l’alimentazione a 5V dal pin 2 del connettore GPIO oppure dall’alimentazione esterna tramite il regolatore 7805. In questo modo è possibile evitare un’alimentazione esterna, quando non sia necessario. Il pin 2 di Raspberry Pi è in grado di erogare 500 mA nella rev. 1 e 300 mA nella rev. 2. Per shield e sensori con assorbimenti maggiori o per shield che richiedono tensioni maggiori come lo shield relè, è necessario utilizzare un alimentatore esterno. N.B. La scheda viene fornita con già tutti i componenti SMD montati, tutti gli altri componenti quali strip, presa DC, pulsanti e jumper devono essere montati dall'utente.




IMMAGINI DELLA SHIELD





















FUNZIONAMENTO NELLE DIVERSE CONDIZIONI



Nessuna comunicazione in corso. - Nessun dispositivo porta le linee di segnale a livello basso e di conseguenza la linea di segnale a 3,3V è mantenuta a livello alto dalla resistenza R13 di pull-up. Il gate ed il source del MOS-FET sono entrambi a 3,3V, di conseguenza la VGS (gate-to-source voltage) è al di sotto della soglia di innesco ed il MOS-FET non conduce. In questa condizione la linea di segnale a tensione maggiore (5V) è mantenuta a livelloalto dalla resistenza di pull-up R14. Entrambe le sezioni della linea di segnale sono a livello alto, ma ai rispettivi livelli di tensione.
Comunicazione proveniente dal dispositivo a 3,3V. - Un dispositivo collegato alla sezione a 3,3V della linea di segnale porta la linea stessa a livello basso. Il source del MOS-FET T7 viene portato anch’esso a livello basso, mentre il gate si mantiene al livello di 3,3V. La VGS viene a trovarsi al di sopra della soglia di innesco ed il MOS-FET entra in conduzione. In questa condizione la sezione della linea di segnale a livello maggiore viene portata anch’essa a livello basso, pilotata dal dispositivo a 3,3V e dal MOS-FET in conduzione. In conclusione entrambe le sezioni della linea di segnale vengono a trovarsi a livello basso.
Comunicazione proveniente dal dispositivo a 5V. - Un dispositivo collegato alla sezione a 5V della linea di segnale porta la linea stessa a livello basso. In questa condizione la sezione a 3,3V viene portata a livello basso dal diodo drain-substrate finchè la VGS supera la soglia di innesco ed il MOS-FET T7 entra in conduzione. Ora la sezione a 3,3V della linea di segnale viene tenuta a livello basso pilotata dal dispositivo a 5V e dal MOS-FET in conduzione. In conclusione anche in questo caso entrambe le sezioni della linea di segnale vengono a trovarsi a livello basso.
In questo modo i livelli logici sono convertiti e trasferiti in entrambe le direzioni, indipendentemente dal device che guida la comunicazione.
Le condizioni 2 e 3 realizzano la funzione “wired AND” tra le due sezioni della linea di segnale come richiesto dalle specifiche i2C, e non sono affette dalle resistenze di pull up presenti sul bus stesso.Veniamo ora alla conversione ADC per la quale è stato adottato l’integrato MCP3428 della Microchip (U2). Nella conversione ADC si è dovuto accettare un piccolo compromesso nella mappatura dei pin sui connettori che accolgono gli shield Arduino. Arduino possiede sei ingressi ADC ma due di questi, attestati sui pin A4 e A5 sono condivisi con gli ingressi i2C. In ambiente Arduino, le diverse destinazioni dei pin sono configurabili a programma, in base alle esigenze della applicazione.
Questa possibilità non è riproducibile con il nostro shield che impiega in permanenza i pin del bus i2C per colloquiare con il convertitore ADC, impegnando i relativi pin e lasciandone solo quattro pin liberi per gli ingressi ADC. In compenso l’integrato MCP3428 permette conversioni sino a 16 bit di precisione sia di segnali lineari che differenziali.I terminali da CH1+ a CH4+ sono collegati rispettivamente ai pin da A0 ad A3 sul connettore AD di Arduino. I terminali da CH1- a CH4- sono attestati sullo strip A-, e possono essere posti a massa singolarmente mediante i jumper J0, J1, J2 e J3. In questo modo è possibile configurare ciascun pin per acquisire segnali analogici sia lineari sia differenziali. I pin SDA e SCL dell’integrato sono collegati da un lato ai pin corrispondenti sul connettore Arduino e dall’altra al drain dei transistor