プロフェッショナル40ピンRaspberry Pi Wedgeセットアップガイド

はじめに

プレアセンブルド40ピンPi Wedgeは、Pi Wedgeファミリーの最新メンバーです。面倒なPiピンをブレッドボードにブレイクアウトし、簡単に利用できるようにする優れた方法です。

ブレッドボード上のPi Wedge

このPi Wedgeは、40ピンGPIOヘッダーを持つPiファミリーメンバーと互換性があります：

• Raspberry Pi Model A+
• Raspberry Pi Model B+
• Raspberry Pi 2 Model B

最近のPiの40ピンGPIOコネクタをブレッドボードフレンドリーなフォームファクターとピン配置に適応させ、機能ごとにピンを再配置します。また、GPIOピンは昇順に並べられています。

このバージョンは完全組み立て済み – はんだ付け不要です！

Pi B+と組み合わせたPi Wedge

このチュートリアルで扱う内容

• 背景 – Pi Wedgeが生まれた経緯
• 組み立て – FTDI、リボンケーブル、ブレッドボードの接続方法
• ピンマッピング – Wedgeのシルクスクリーンが表す意味
• ロジックレベルと電力 – Pi接続時の電気的情報
• その他のリソース

背景

Twitter MonitorやGreat American Tweet RaceなどのRaspberry Piプロジェクトを開発する過程で、外部ハードウェアを伴うプロトタイプにPiを拡張しようとすると、いくつかの成長痛を経験しました。

このラッツネストのどこかにPiがある

Raspberry Pi Model B+には、複数の通信インターフェース、GPIO、電源へのアクセスを提供する40ピンコネクタがあります。しかし、コネクタには詳細なラベルがなく、ネイティブなピン配置はある程度ランダムです。類似機能のピンが必ずしもグループ化されておらず、電源とグラウンドピンが明確なパターンなしに混在しています。

また、ピンをはんだ不要ブレッドボードに変換するのも容易ではありません。初期プロジェクトでは、多数のF-Mジャンパーワイヤーをヘッダーに差し込んでいました。何かが動かなくなると、「ラッツネストのジグリング（配線のごたごた）」が大量に発生しました。

ブートストラッピング

I/Oコネクタの物理的問題に加え、新しいRaspberry Pi B+で始める際には常に鶏と卵の状況に見舞われます。単にSSHで接続してコマンドラインを使いたいだけですが、SSHするにはIPアドレスを知る必要があります…そしてIPアドレスを知る最も簡単な方法は、コマンドラインでifconfigを実行することです。

解決策

40ピンPi Wedgeに会おう

Pi Wedge B+は40ピンGPIOコネクタに接続し、ピンをブレッドボードフレンドリーな配置と間隔でブレイクアウトします。電源ラインにデカップリングコンデンサを一対追加し、初期導入プロセスを容易にします – FTDI Basicモジュールをシリアルポートに挿せばよいのです。

組み立て

内容物

プレアセンブルドPi Wedgeには、Wedge PCBと40ピンリボンケーブルが含まれます。

接続

40ピンリボンケーブルでWedgeをPiに接続します。このケーブルは極性があります。Pi Wedge PCB側では、ケーブルの歯がシュラウドヘッダーのノッチと噛み合います。

リボンケーブルの挿入

Pi B+のヘッダー自体には、正しい位置合わせを保証するものがありません。正しく接続されるよう注意が必要です。Piのピン1は、シルクスクリーンされた長方形のドッグイヤー（折り返し）でマークされています。リボンケーブルコネクタには（かろうじて見える）小さな三角形がエンボスされており、ピン1を示しています。最初のピンはワイヤー上でも色分けされています（下写真の赤マーク、黒や濃い青の場合もあります）。

正しいピン1の向き

FTDIコネクタも正しく合わせる必要があります。両ボードの「grn」と「blk」マークを合わせてください。

正しい3.3V FTDI-Basicの向き

次のセクションでは、Piからの信号がWedgeにどのようにマッピングされるかを探ります。

ピンマッピング

B+での変更点

Raspberry Pi財団がB+を発表した際、GPIOヘッダーを26ピンから40ピンに拡張しました。これらの変更はA+とPi 2 Model Bにも引き継がれています。コネクタには9つの追加GPIOピンに加え、外部ペリフェラルを識別するID_SCとID_SDピンが追加されました（詳細はSPIとI2Cチュートリアルを参照）。

信号の配置

Pi WedgeはPiのI/Oピンを再編成し、類似機能を隣接ピンに配置しています。SPI、I2C、UART信号がすべて近接してグループ化されています。

機能別グループ化

ピンにはラベルが付いていますが、PCB上のスペースに収めるため短くなっています。UART、SPI、I2Cピンは通信バス機能でマークされていますが、それらをGPIOとして設定した際にもGPIOピンとして利用可能です。

以下のテーブルは、Pi Wedge上の信号割り当てを、適切な場合はペリフェラルおよび代替GPIO割り当てを含めて示しています。

Wedge Silk	Python (BCM)	WiringPi GPIO	Name	Name	WiringPi GPIO	Python (BCM)	Wedge Silk
G17	17	0	GPIO17 (GPIO_GEN0)	GPIO18 (GPIO_GEN1)	1	18	G18
G16	16	27	GPIO16	GPIO19	24	19	G19
G13	13	23	GPIO13	GPIO20	28	20	G20
G12	12	26	GPIO12	GPIO21	29	21	G21
G6	6	22	GPIO06	GPIO22 (GPIO_GEN3)	3	22	G22
G5	5	21	GPIO05	GPIO23 (GPIO_GEN4)	4	23	G23
G4	4	7	GPIO04 (GPIO_GCLK)	GPIO24 (GPIO_GEN5)	5	24	G24
CE1	11	GPIO7 (SPI_CE1_N)	GPIO25 (GPIO_GEN6)	6	25	G25
CE0	10	GPIO8 (SPI_CE0_N)	GPIO26	25	26	G26
MOSI	12	GPIO10 (SPI_MOSI)	GPIO27 (GPIO_GEN2)	2	27	G27
MISO	13	GPIO09 (SPI_MISO)	GPIO03 (SCL1, I2C)	9	SCL
SCK	(no worky 14)	GPIO11 (SPI_CLK)	GPIO02 (SDA1, I2C)	8	SDA
RXI	16	GPIO15 (UART_RXD0)	GPIO0, ID_SC (I2C ID SC EEPROM)	31	IDSC
TXO	15	GPIO14 (UART_TXDO)	GPIO1, ID_SD (I2C ID SD EEPROM)	30	IDSD
5V	5V
3.3V	3.3V
GROUND	GROUND

Pi Wedge B+ ピン機能マッピング

注意！ このピンアウトはPi Wedge基準です。Piのヘッダー基準のピンアウトをお探しの場合は、Raspberry GPIOチュートリアルのテーブルを参照してください。

ロジックレベルと電力

ロジックレベル

Piは3.3Vロジックレベルを使用し、5Vトレラントではありません。多くのペリフェラルデバイスは3.3Vで動作可能ですが、5Vデバイスとインターフェースする必要がある場合は、TXB0104ブレイクアウトなどのレベルシフターを使用してください。

通信

6ピンFTDIヘッダーの信号も3.3Vロジックレベルに制限されます。必ず3.3V FTDIモジュールと組み合わせて使用し、5Vモジュールでは使用しないでください。

電力

Piの電源を理解することは、特に大規模システムに組み込む際に成功の鍵です。

Raspberry Pi B+は、従来のリニアレギュレーターの連鎖をスイッチングレギュレーターに置き換えたため、前モデルより効率的です。

最新の公開回路図はRaspberry Pi B+向けで、Pi 2 Model BとA+も同様と想定しています。これらの回路図を見ると、5VはコネクタJ1（マイクロUSBコネクタだが、電源とグラウンドピンのみ接続）からボードに入力されます。この5Vはヒューズとトランジスタ回路を通過し、極性ミスから保護された後、さらなるレギュレーションなしでボード周りを巡回します。Pi Wedgeの5V接続はこのラインから直接取られています。

B+では、5Vがデュアルスイッチングレギュレーターでさらに3.3Vと1.8Vに降圧されます。レギュレートされた3.3VがI/Oコネクタに存在します。

全体的なニーズと可用性に応じて、Pi展開にはいくつかの電源戦略を適用できます。

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