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【新手入門】Intel Quark D2000針腳大解密

作者:陸向陽

初接觸Intel Quark D2000開發板,可能會被它眾多的排針、跳線帽(Jumper)給嚇到,畢竟這是給專業開發者用的板子,不用設計地很簡潔親和,而是盡可能提供細膩的設定,因此自然就會有許多針腳(接腳、引腳)出現。

針腳多,容易讓人沒頭緒,因此筆者嘗試找D2000相關文件來看,發現文件雖然有把多數的針腳作說明,但並沒有完全說明,且多數時候是用表格列出接腳功能,沒有一整套較易理解的描述。

因此,筆者嘗試用本文,讓手邊已有D2000開發板的人,能更快了解針腳功用。不然,很多人雖然已開始連線使用D2000,但其實只是把心中的一些疑惑暫擱,在此我們嘗試一次解惑。

Intel Quark D2000開發板的排針組編號(製圖/陸向陽)

首先,D2000開發板有J1到J28的排針組,每個排針組有1至10個不等的針腳,有些已經放上跳線帽,讓人便於切換設定。其中J3、J4、J22、J23,過去使用過Arduino的人應該很熟悉,就是相容(兼容)於Arduino Uno R3的接腳排列,但這只是機械性的排列相容,接腳特性還是有些不同,D2000最高只能使用3.3V電壓,不像Arduino Uno R3還可以容忍稍高的5V電壓。

  • J1,針腳x2,用來選擇加速度感測器/陀螺儀的位址。
  • J2,針腳x6,有4種功能擇一使用:USB埠、JTAG埠、GPIO接腳、UART埠。
  • J3,針腳x10,相容Arduino Uno R3。
  • J4,針腳x8,相容Arduino Uno R3。
  • J5,針腳x3,用來選擇用數位接腳的9或13,來連接板子上的LED燈。
  • J6,針腳x1,接地,但是是空孔,需要接地時再焊上針腳引出。
  • J7,針腳x5,這裡不是排針,而是一個MicroUSB埠,一般摸索學習時,都先透過此埠取得運作電力,以及透過此埠上傳(燒錄)程式到板子上,或進行相關溝通。
  • J8(針腳x10)、J13(x10),這2組為替換介面,將於最後再述。
  • J9(針腳x3)、J10(x3)、J11(x3)、J15(x2)、J17(x2)。
    這5組必須一起講,這5組用來切換要使用JTAG還是UART,通常是一起切換使用。
  • J12(針腳x1)、J14(x1)、J16(x1)、J18(x1)
    這4組也一起講,這4組與J6一樣是空孔,是開發板上博世(Bosch)BMC150晶片的3個外部中斷接腳(INT1/INT2/INT3)與1個資料備妥中斷(Data Ready,DRDY)接腳,空孔的原因是預設上不使用外部中斷的電路設計,真的需要時再焊上針腳引出使用。BMC150提供3軸地磁感測(數位指南針)與3軸加速度感測。
  • J19,針腳x2,與前述J7類似,已經焊接好連接器了,這是一個外部供電的接頭,接受最大5V的外部供電,D2000開發板上有一個電壓調節晶片TPS63051,會把5V降成3.3V,再供電路板上相關元件使用電力。

事實上D2000開發板有3個電力取得來源,3者擇1使用即可,一是J7的MicroUSB埠5V供電,二是J19的外部3.3V~5V供電,三則是標準CR-2032鈕扣電池的供電。

  • J20,針腳x1,與J6相同,只是接地的空孔。
  • J21,針腳x3,提供3.3V對外供電,板子外有其他地方需要3.3V供電時,可自此接腳取用。
  • J22,針腳x8,相容Arduino Uno R3。
  • J23,針腳x6,相容Arduino Uno R3。
  • J24,針腳x2,用來決定是否要供電給Quark D2000晶片電力,這應該是在進行外部控制的省電設計時才會用及。
  • J25,針腳x1,與J6、J20相同,是接地的空孔。
  • J26,針腳x3,用來切換供電來源,選擇由MicroUSB埠供電,還是由前述的J19供電。
  • J27,針腳x3,也是用來進行供電來源切換,選擇由鈕扣電池供電,或是前述的MicroUSB/J19供電。
  • J28,針腳x2,類似J21的對外供電針腳,但正極只標誌+V,電壓值必須再查詢確認或量測確認。

最後回頭談J8、J13,替換介面其實就是前面已經談過的針腳中,再引出1組供人使用,筆者把其對應整理如下(Jx_y,x是針腳組,y是第y個針腳):

從表中可以發現,絕大多數的再分立接腳都來自於與Arduino相容的J3、J4、J22、J23這4組,其實就是不採行相容Arduino Shield(功能子電路板)的電路設計時,使用替換介面可能更便利。

另外表中也可看出,有些腳位其實也是相通的,例如J2_1(J2這組的第一個針腳)是接地腳位,但與J13、J21的接地腳位是相同的。或J22_4的3.3V供電腳位也與J21的3.3V腳位相通。

最後也延伸探索一下,D2000開發板上主要的5顆晶片:

  • U1,典型93LC56B的EEPROM記憶體,用來儲存PT232HL晶片的組態設定。
  • U2,FTDI公司的PT232HL晶片,負責把Quark D2000的UART介面轉換成USB介面。
  • U3,英特爾公司的Quark D2000,主控晶片,這邊就不贅述。
  • U4,博世公司的BMC150,三軸加速度感測、三軸地磁感測晶片。
  • U5,德州儀器公司的TP363051,電源電壓準位調節晶片。

Intel Quark D2000開發板電路圖(圖片來源/Intel)

至此,已經大致上把D2000開發板硬體部份摸索得更踏實了,其他零星的還有SW1的重新開機鈕(RESET)、SW2的使用者自定義按鈕(USER)等。期望本文對D2000開發板有興趣的人有所幫助。

(責任編輯:賴芳如)

陸向陽

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

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