I/O Expansion HAT

简介

这个扩展板提供数字/模拟/I2C/PWM/UART/SPI端口,板载MCU(STM32),提供12位8通道ADC。 扩展板体积小巧,用在Zero上是最合适不过的了。拥有2组I2C接口、1组UART接口、4组PWM口、4组模拟口、1组SPI接口以及10组GPIO接口。

应用场景

机器人、无人机、智能小车、机械手臂

产品规格

接口说明

扩展板的PWM信号由板载STM32的定时器产生。PWM0~PWM3是用的一个定时器的多个通道PWM输出,频率一样,占空比可以设置。PWM4采用另外的定时器PWM输出。 在不外接电源情况下,PWM由树莓派供电(5V)。外接电源时(6V~12V),由外接电源提供电压。

[PWM]

注意:VP端未外部供电时,PWM端口 ⊕ 电压为5V。VP端外部供电时,PWM端口 ⊕ 电压为VP外部电压6\~12V

IO扩展板板载MCU STM32,提供12位的ADC,模拟传感器的电压输入12-bit ADC,在模拟数据转换成数字数据后,通过I2C通信将数据发送给树莓派。 因此,树莓派可以读取模拟传感器的值。

[Analog]

IO扩展板直接引出树莓派10个GPIO口(BCM编码),分别是GPIO16、GPIO17、GPIO18、GPIO19、GPIO20、GPIO21、GPIO22、GPIO23、GPIO24、GPIO25。

[Digital]

IO扩展板有2个I2C接口,它们由树莓派的I2C直接引出,连接树莓派的GPIO2(SDA.1)和GPIO3(SCL.1)。

[I2C]

IO扩展板提供一组UART接口,通过GPIO14(TXD)和GPIO15(RXD)引出。通过UART可以与Arduino/Esp8266等主板串口通信。

[UART]

IO扩展板引出树莓派的一组SPI,连接到GPIO12(MOSI)和GPIO13(MISO)。

[SPI]

使用教程

硬件连接

将IO扩展板直接插在树莓派的GPIO口中。

下载驱动库

如果需要使用IO扩展板上的模拟接口、PWM口,需要下载驱动库。在终端(打开终端快捷键:Ctrl+Alt+T)中,输入下面命令,并回车:

git clone <https://github.com/DFRobot/DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board.git>

将库下载后,解压缩。在终端输入下面命令:

tar -xvzf DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board

进入解压缩后的目录下,命令:

cd DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board/raspberry/

扩展接口使用

PWM使用

例如将舵机接入PWM口的0引脚。 通过nano命令新建一个文件

sudo nano servoTest.py

添加以下内容:

    # -*- coding:utf-8 -*-
    # servoTest.py
    import time
    from DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board import DFRobot_Expansion_Board_IIC as Board
    from DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board import DFRobot_Expansion_Board_Servo as Servo
    board = Board(1, 0x10)  # Select i2c bus 1, set address to 0x10
    servo = Servo(board)
    if __name__ == "__main__":
      # Board begin and check the board's status
      while board.begin() != board.STA_OK:
        print("Error")
        time.sleep(1)
      print("Board begin success.")
      servo.begin()         # servo control begin
      while True:
        print("part of servos move to 0°")
        servo.move(0, 0) # PWM0
        '''
        servo.move(1, 0) # PWM1
        servo.move(2, 0) # PWM2
        servo.move(3, 0) # PWM3
        '''

        print("part of servos move to 180°")
        servo.move(0, 0) # PWM0
        '''
        servo.move(1, 0) # PWM1
        servo.move(2, 0) # PWM2
        servo.move(3, 0) # PWM3
        '''
        print("All servos move between 0°~180°")
        for i in range(0, 181):
          servo.move(board.ALL, i)
          time.sleep(0.008)
        time.sleep(0.002)
        for i in range(0, 181):
          i = 181 - i
          servo.move(board.ALL, i)
          time.sleep(0.008)
        time.sleep(0.002)

}

示例程序中servo.move()函数中,第一个参数是IO扩展板上的PWM引脚,第二个参数是旋转度数。PWM引脚选择如下表:

IO扩展板WPM引脚 第一个参数的值
0 0
1 1
2 2
3 3
PWM口所有引脚 board.ALL

编辑完成后Ctrl+X,然后按Y保存退出nano编辑器。 输入sudo raspi-config命令打开I2C接口。 输入python servoTest.py命令运行servoTest.py文件

Analog使用

示例代码


    # -*- coding:utf-8 -*-
    # analogTest.py
    import time
    from DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board import DFRobot_Expansion_Board_IIC as Board
    board = Board(1, 0x10)  # Select i2c bus 1, set address to 0x10
    if __name__ == "__main__":
      while board.begin() != board.STA_OK:  # Board begin and check the board's status
        print("Board begin faild.")
        time.sleep(1)
      print("Board begin success.")
      board.set_adc_enable()

      while True:
        print("Read part of channels.")
        val0 = board.get_adc_value(board.A0) # channel A0 is readed
        '''
        val1 = board.get_adc_value(board.A1) # channel A1 is readed
        val2 = board.get_adc_value(board.A2) # channel A2 is readed
        val3 = board.get_adc_value(board.A3) # channel A3 is readed
        '''
        print("channel:A0, value:%d" %val0)
        '''
        print("channel:A1, value:%d" %val1)
        print("channel:A2, value:%d" %val2)
        print("channel:A3, value:%d" %val3)
        '''
        print("")
        time.sleep(1)

}

示例程序中board.get_adc_value()函数用来获取模拟口的值,对应引脚引脚选择如下表:

IO扩展板Analog引脚 参数的值
0 0
1 1
2 2
3 3
模拟口所有引脚 board.ALL

Digital使用

Digital使用与直接在树莓派上使用GPIO口是一样的,先下载RPi.GPIO库。在树莓派终端输入命令:

sudo apt-get install rpi.gpio

检查RPi.GPIO库是否安装成功,在终端输入命令:

gpio.readall

如果在终端显示树莓派所有管脚,则库安装成功。

然后使用树莓派的GPIO口,以使用GPIO16为例,在扩展板27脚上接一个LED灯。 然后nano编辑器中输入下面的示例代码,输入python命令运行。


    # -*- coding:utf-8 -*-
    # digitalTest.py
    import RPi.GPIO as GPIO
    import time
    blinkPin = 16
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(blinkPin, GPIO.OUT)  # Set GPIO16 is OUTPUT
    for i in range(0, 10):
      GPIO.output(blinkPin, 1)
      time.sleep(1)
      GPIO.output(blinkPin, 0)
      time.sleep(1)
    GPIO.cleanup()

}

I2C使用

使用I2C接口需要开启树莓派I2C外设,在树莓派终端输入命令:

sudo raspi-config

选择【Interfacing Options】-【I2C】-【Yes】-【OK】-【Finish】,完后重启树莓派。 IO扩展板直接将树莓派的I2C端口引出的,所以与直接使用树莓派上的I2C口是一样的,这里不赘述。

UART使用

zero扩展板的UART接口使用与直接使用树莓派上的UART是一样的,这里不赘述。

SPI使用

使用zero扩展板的SPI口,首先需要开启树莓派SPI外设,与开启I2C一样,在树莓派终端输入命令:

sudo raspi-config

选择【Interfacing Options】-【I2C】-【Yes】-【OK】-【Finish】完成后重启树莓派。 IO扩展板的SPI接口使用与直接使用树莓派上的SPI接口是一样的,这里不赘述。

产品尺寸图

[SPI]

兼容性测试

MCU 测试通过 测试失败 未测试 特别标注
树莓派3B
树莓派3B+
树莓派Zero W
树莓派2B+
树莓派Zero
树莓派4B

常见问题

问:使用I2C接口时报错怎么解决?

答:确定在使用I2C接口前,打开树莓派的I2C外设。如果没有打开,需要手动打开,然后重启树莓派生效。SPI接口也是如此。

更多问题及有趣的应用,可以 访问论坛 进行查阅或发帖。

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