Dopo aver dato uno sguardo d'insieme alla Spresense Main Board della Sony, in questo articolo andiamo a scoprire le potenzialità della relativa Extension Board. Si tratta di una scheda di sviluppo basata sul microcontrollore multicore della Sony CXD5602. Il modulo in oggetto è anche compatibile con Arduino Uno. La disponibilità di molti connettori aumenta in maniera esponenziale le sue capacità di utilizzo, soprattutto focalizzate ad applicazioni IoT.
Introduzione
La Spresense Extension Board (il nome del modello è CXD 5602 PWBEXT 1) si presenta come una piccola scheda dalle dimensioni di 53.3 mm x 68.6 mm, come mostrato in Figura 1.
Figura 1: le dimensioni della Spresense Extension Board
Essa permette di ampliare le già performanti prestazioni della Spresense Main Board. In particolare, è caratterizzata dalle seguenti particolarità:
- quattro ingressi per microfoni analogici;
- otto ingressi per microfoni digitali;
- la tensione degli ingressi e delle uscite digitali può essere di 3.3 V oppure di 5 V;
- ingresso analogico a sei canali, con intervallo di tensione compreso tra 0 V e 5 V;
- slot card per memoria esterna microSD.
Le funzionalità di tutti i pin sono illustrate in Figura 2 che focalizza, tra le altre, le compatibilità con Arduino, i nomi dei pin e le funzioni svolte da ognuno di essi.
Figura 2: le funzionalità di tutti i pin della Spresense Extension Board
La Spresense Extension Board in dettaglio
La Spresense Extension Board da sola non serve a nulla. Essa si utilizza esclusivamente in abbinamento alla Spresense Main Board. Il suo scopo principale è quello di semplificare (e migliorare) l'utilizzo delle funzioni audio, della SD card e delle porte di I/O con delle tensioni diversificate (5 V/3.3 V). Andiamo, adesso, a focalizzare più in dettaglio, le particolarità della scheda di espansione, mettendo in risalto le caratteristiche tecniche e fisiche dei connettori aggiuntivi a disposizione.
Il primo connettore che salta subito allo sguardo è rappresentato da un jack da 3.5 mm a cui può essere collegata una cuffia. Esso si trova proprio accanto allo slot della memoria. Vediamo gli altri connettori e i jumper presenti sulla scheda, nella tabella che segue.
| Nome | Descrizione |
| CN3 | Connettore B-2-B a 100 pin per la connessione della Main Board |
| CN4 | Micro SD card |
| CN6 | Connettore Micro USB di tipo-B. Esso permette la funzione USB MSC (Mass Storage Class), che consente di accedere alla SD card montata sulla board direttamente dal Personal Computer |
| CN7 | Jack a 3 poli da 3.5 mm per cuffie |
| JP1 | Con questo jumper la tensione delle porte GPIO può essere configurata a 5 V oppure a 3.3 V. Il pitch del jumper è standard a 2.54 mm |
| JP10 - pin da 3 a 16 | Connettore per microfono. Esso permette la connessione a microfoni analogici e digitali |
| JP10 - pin 1 e 2 | Chiudendo il jumper in questione è possibile disabilitare la UART2 sulla Extension Board |
| JP14 | Permette il supporto digitale dei microfoni |
In Figura 3 è possibile osservare lo schema a blocchi della Spresense Extension Board.
Figura 3: lo schema a blocchi della Spresense Extension Board
Alimentazione elettrica
Quando la Spresense Main Board è innestata sulla Extension Board, è sufficiente alimentare uno solo dei due dispositivi. Il sistema riceve tensione tramite uno dei due connettori micro USB, come indicato in Figura 4. Ma lo scambio dati seriali avviene attraverso la porta mini USB della Main Board. In alternativa si può collegare una fonte di alimentazione di 5 V al pin VOUT della Main Board. Nulla vieta di utilizzare anche un Power Bank USB che, eventualmente, deve poter reggere gli assorbimenti di corrente richiesti.
Figura 4: per alimentare il sistema è sufficiente utilizzare uno dei connettori micro USB
Connessioni e porte della Extension Board
Con il dispositivo in questione il programmatore ha, certamente, molte agevolazioni in più. Innanzitutto, come detto prima, le porte GPIO possono essere trattate con una tensione di 3.3 V oppure di 5 V, in dipendenza della posizione del jumper JP1. Per gli ingressi analogici (ADC), invece, la tensione massima è fissata a +5 V rispetto a massa.
I microfoni
La Spresense Extension Board può essere connessa a quattro microfoni analogici oppure otto microfoni digitali, utilizzando il connettore JP10 con passo di 2.54 mm. Al momento dell'acquisto la board è configurata per funzionare in modalità analogica. Per usare i microfoni digitali occorre effettuare alcune piccole saldature sulla scheda e in questo caso decade la garanzia, in quanto si tratta di modifica della board. La procedura è la seguente:
- rimuovere la resistenza R50;
- montare un resistore da 0 ohm per la R49;
- effettuare alcuni ponticelli su JP14, secondo la documentazione ufficiale.
La Figura 5 illustra l'header JP10, preposto per il collegamento. I gruppi contrassegnati con le lettere A, B, C, D identificano i canali per i microfoni analogici. Quelli contrassegnati con D01, D23, D45, D67 identificano i microfoni digitali. In questo caso il software permetterà di scegliere l'appropriato microfono.
Figura 5: l'header JP10 è adibito al collegamento dei microfoni analogici e digitali
Per i microfoni analogici l'operazione è molto più semplice e si possono utilizzare i pin MICA, MICB, MICC e MICD, che sono già disaccoppiati in alternata. Per ridurre o eliminare il rumore di fondo si deve collegare l'appropriato pin di JP10 direttamente a massa.
Connessione delle shields di Arduino
E' possibile collegare alla Extension Board alcune shields di Arduino. Occorre prestare attenzione al fatto che alcune di esse dispongono di una sporgenza (vedi Figura 6) che potrebbe interferire, fisicamente, con la Spresense Main Board. Accertarsi, dunque, di tale eventualità prima di effettuare la connessione.
Figura 6: non tutte le shields di Arduino possono essere connesse alla Spresense Extension Board
Realizziamo il primo lampeggiatore con la Spresense Extension Board
Bene, dopo aver dato uno sguardo d'insieme alla scheda passiamo subito alla realizzazione di un semplice lampeggiatore a diodo LED, soprattutto per constatare il diverso comportamento, in tensione, delle porte GPIO. Allo scopo si realizzi il cablaggio di cui alla Figura 7. Si ricorda di collegare il cavetto micro USB alla Main Board altrimenti il PC non rileva la corretta porta COM del dispositivo.
Figura 7: il semplice cablaggio del lampeggiatore utilizzante la Spresense Extension Board
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