La scheda Arduino GIGA R1 WiFi

Alcuni mesi fa, una nuova scheda si è unita alla famiglia Arduino, e sembra essere la più potente mai progettata indirizzata a makers e creativi. Si tratta della GIGA R1 WiFi, una scheda che apre le porte a infinite possibilità nella robotica, nell'IoT, nella musica, nella visione artificiale, nella fabbricazione digitale e in qualsiasi tipo di progetto che coinvolga macchine, interfacce ed elaborazione in tempo reale. Un nuovo prodotto per makers ambiziosi, che offre tutta la potenza del microcontrollore STM32H7 nello stesso fattore di forma delle popolari schede Mega e Due e ad un prezzo accessibile. Andiamo a vedere più nel dettaglio le potenzialità di questa scheda.

Introduzione

Arduino GIGA R1 WiFi, visibile in Figura 1, è una scheda potente e ricca di funzionalità con una grande quantità di GPIO e connettori dedicati. Il cuore della scheda è il microcontrollore STM32H747XI basato sul sistema operativo Mbed. La GIGA R1 WiFi dispone anche di 76 GPIO, diversi bus di comunicazione, un processore dual core (480 MHz/240 MHz) e funzionalità ADC/DAC avanzate. La GIGA R1 WiFi è inoltre dotata di un modulo radio, un chip crittografico e un'antenna. Sulla scheda sono presenti un connettore USB-C per la programmazione, la comunicazione e la funzionalità HID, e un connettore USB-A per il collegamento di dispositivi come chiavette USB e tastiere. Un jack audio da 3,5 mm consente il collegamento tre la scheda e dispositivi audio come altoparlanti, microfoni, ecc.

Figura 1: La scheda Arduino GIGA R1 WiFi

Grazie al micro dual-core (core Cortex-M7 a 480 MHz e Cortex-M4 a 240 MHz) è possibile eseguire due sketch Arduino contemporaneamente o, perché no, un programma Arduino e uno MicroPython. Con questa architettura è possibile separare la logica di livello superiore come display, interfacce e reti da attività critiche in termini di tempo come il controllo motore. La scheda può essere alimentata a 24V e porta il numero di pin allo stellare e piuttosto unico numero di 76 (di cui 12 analogici, 13 PWM, 4 porte seriali, 3 I2C, 2 SPI, 1 FDCAN, 1 SAI). Ma tutto rientra nello stesso fattore di forma della Mega, perché il layout è ottimizzato con pin extra al centro, così è possibile potenziare i progetti esistenti o dare vita a nuove idee con più potenza e senza ingombro. GIGA R1 WiFi fornisce connettività Wi-Fi e Bluetooth Low Energy tramite un modulo Murata 1DX di alta qualità che supporta un'antenna esterna. La scheda è dotata di un connettore USB-C per alimentazione, programmazione e funzionalità di dispositivi HID (ovvero simula un mouse o una tastiera quando è collegata a un PC) ed inoltre è dotata anche di un connettore USB-A che fornisce funzionalità host USB, il che significa che si può collegare una chiavetta USB o un'altra unità di archiviazione di massa, nonché un mouse o una tastiera esterni. Un jack audio input-output da 3,5 mm rende possibili numerosi progetti audio e musicali, mentre i pin della fotocamera e del display consentono la realizzazione di interfacce, pannelli di controllo o altre interazioni creative. Ciò rende non solo possibile, ma anche più semplice, la creazione del proprio sintetizzatore. Ultimo ma non meno importante, con Arduino Cloud si può connettere facilmente la scheda, creare dashboard complete e controllare il proprio progetto dallo smartphone utilizzando l'app nativa.

Caratteristiche della GIGA R1 WiFi

Vediamo più nel dettaglio le caratteristiche tecniche dei componenti della scheda GIGA R1 WiFi.

Microcontrollore Dual Core STM32H747XIH6
- Core 32-bit Arm Cortex-M7 con FPU a doppia precisione e cache L1 fino a 480 MHz
- Core 32-bit Arm Cortex-M4 con FPU fino a 240 MHz
- Set completo di istruzioni DSP
- Unità di Protezione Memoria (MPU)
Modulo WiFi/Bluetooth Murata 1DX
- Wi-Fi 802.11b/g/n 65 Mbps
- Bluetooth Low Energy
- Connettore Micro UFL per antenna esterna
Memoria
- STM32H747XI
  - 2 MB di memoria Flash
  - 1 MB di memoria RAM
- AT25SF128A-MHB-T
  - 16 MB Flash NOR
  - Interfaccia QSPI
- AS4C4M16SA
  - 8 MB SDRAM
I/O
- Pin digitali di I/O: 76
- Pin analogici d'ingresso: 12
- Pin PWM: 13
- Pin analogici di uscita (DAC0/DAC1): 2
- USB Host: USB 2.0 A
- USB Peripheral: USB-C
- Livello logico: 3.3 V
- VRTC: per alimentare RTC quando la scheda è spenta
- Pin di spegnimento: per spegnere la scheda
Comunicazione
- 4x UART
- 3x I2C
- 2x SPI
- 1x CAN (è necessario un transceiver esterno)
Elemento di sicurezza modulo ATECC608A-MAHDA-T
USB
- USB Host USB 2.0 Type A
- USB Peripheral USB-C
  - Porta di programmazione
  - HID
Connettori
- Camera: connettore a 20 pin per camera Arducam
- Display: D1N, D0N, D1P, D0P, CKN, CKP, D68-D75
- Audio jack: DAC0, DAC1, A7
- Connettore JTAG
Alimentazione
- Tensione operativa del circuito: 3.3 V
- Tensione di ingresso (VIN): 6-24 V
- Corrente continua per ogni pin di I/O: 8 mA

Il processore principale della GIGA R1 WiFi è il dual-core STM32H747 (U1) che include un Cortex M7 operante a 480 MHz e un Cortex M4 operante a 240 MHz. I due core comunicano tramite un meccanismo di Remote Procedure Call che consente di chiamare funzioni tra ciascun processore senza interruzioni.

Il modulo wireless Murata LBEE5KL1DX-883 (U5) fornisce contemporaneamente connettività Wi-Fi e Bluetooth in un package ultra-piccolo basato sul Cypress CYW4343W. È possibile utilizzare l'interfaccia Wi-Fi IEEE802.11 b/g/n come punto di accesso (AP), stazione (STA) o in doppia modalità AP/STA e supporta un tasso di trasferimento massimo di 65Mbps. L'interfaccia Bluetooth supporta Bluetooth Classic e Bluetooth Low Energy. Un circuito interruttore d'antenna integrato consente di condividere una singola antenna esterna (J14) tra Wi-Fi e Bluetooth.

La GIGA R1 WiFi integra i 2 MB di memoria Flash e 1 MB di memoria SRAM dell'STM32H747 (U1) con 16 MB di Flash NOR dell'AT25SF128A-MHB-T (U8) e 8 MB di SDRAM dell'AS4C4M16SA (U3). U8 si connette tramite un'interfaccia QSPI al processore principale (U1). U3 funziona ad una frequenza di 166 MHz.

Due porte USB sono fornite sulla scheda GIGA R1 WiFi. Una USB 2.0 tipo A (J2) e una USB-C (J12). La USB 2.0 consente di collegare dispositivi esterni come periferiche, mentre il connettore USB-C consente il collegamento della scheda GIGA come periferica per altri dispositivi. Una serie di diodi TVS è posizionata sul VBUS di ciascun connettore (D4, D2) a scopo di protezione ESD.

STM32H7 (U1) è dotato di due convertitori digitale-analogico (DAC) che pilotano l'uscita audio stereo sul connettore jack da 3,5 mm (J15). Ogni DAC ha una risoluzione fino a 12 bit. I canali destro e sinistro sono accessibili anche tramite i pin DAC0 e DAC1 rispettivamente. Sul connettore jack (J15) è presente anche un ingresso per il microfono, che è condiviso con il pin analogico A7. La modalità Buffered nell'STM32H7 può consentire un'uscita a bassa impedenza durante la funzionalità di campionamento e tenuta (S&H) per aiutare a ridurre il consumo energetico. Sono supportati fino a 10 milioni di campioni al secondo.

L'alimentazione può essere fornita tramite i pin VIN o i 5 V dei connettori USB (J2, J12). Se l'alimentazione viene fornita tramite VIN, il convertitore buck MP2269GD-Z (U7) riduce la tensione a 5 V. La linea di alimentazione da 5 V viene quindi ridotta a 3,3 V dal convertitore buck MP2322GQH (U6). Il livello logico dei componenti sulla GIGA R1 WiFi è 3,3 V.

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