Плата расширения Troyka HAT поможет подключить модули форм-фактора Troyka к одноплатникам Raspberry Pi без дополнительных проводов и макетных плат.

Платформа Troyka HAT также расширит возможности малинки, ведь у неё на борту расположен I²C-расширитель портов на микроконтроллере STM32F030F4P6 с вычислительным ядром ARM Cortex M0. Контроллер даёт восемь дополнительных пинов ввода-вывода с аппаратной поддержкой 12-битного АЦП и 16-битного ШИМ.

Дисплей выполнен специально для компьютеров Raspberry Pi. В качестве примера приведем настройку на малинке Pi 4 Model B.

Для старта необходимо подключить железо и выполнить программную настройку.

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S

1. Установите Troyka HAT сверху на Raspberry Pi.
2. Подключите питание к DC-разъёму на Troyka HAT.

1. Заведите Raspberry Pi.
2. Включите шину I²C и установите I²C сканер.
3. Просмотрите подключённые I²C-устройства:

   sudo i2cdetect -y 1

   Сканер должен найти адрес 0x2a, который является I²C-адресом расширителя портов по умолчанию.

4. Установите библиотеку TroykaHatPython для работы с платой Amperka Troyka HAT:

   pip3 install troykahat

На этом настройка закончена, теперь смело переходите к экспериментам.

Для начала мигнём светодиодом на группе контактов «Wiring Pi IO».

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S
• Светодиод «Пиранья» (Troyka-модуль)

blink_led_wiringpi_io.py

# Библиотека для работы с платой Troyka HAT.
import troykahat
# Библиотека для работы с функциями времени.
from time import sleep
 
 
# Назначаем константное имя пину 7 из группы "Wiring PI IO",
# Подключите светодиод к этому пину.
PIN_WP_LED = 7
 
 
# Создаём объект wp для работы с пинами,
# помеченными как «Wiring Pi IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные напрямую к Raspberry Pi через его GPIO-разъём.
wp = troykahat.wiringpi_io()
# Конфигурируем контакт "PIN_WP_LED" в режим выхода.
wp.pinMode(PIN_WP_LED, wp.OUTPUT)
 
while True:
 
    # Зажигаем светодиод
    wp.digitalWrite(PIN_WP_LED, True)
    # Ждём 500 мс
    sleep(0.5)
    # Гасим светодиод
    wp.digitalWrite(PIN_WP_LED, False)
    # Ждём 500 мс
    sleep(0.5)

После запуска скрипта, светодиод начнёт мигать раз в пол секунды.

Продолжим, теперь мигнём светодиодом на группе контактов «Analog IO».

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S
• Светодиод «Пиранья» (Troyka-модуль)

blink_led_analog_io.py

# Библиотека для работы с платой Troyka HAT.
import troykahat
# Библиотека для работы с функциями времени.
from time import sleep
 
# Назначаем константное имя пину 7 из группы "Analog IO",
# Подключите светодиод к этому пину.
PIN_AP_LED = 7
 
 
# Создаём объект ap для работы с пинами,
# помеченными как «Analog IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные к встроенному на плате I²C расширителю
# на микроконтроллере STM32F030F4P6.
ap = troykahat.analog_io()
# Конфигурируем контакт "PIN_AP_LED" в режим выхода.
ap.pinMode(PIN_AP_LED, ap.OUTPUT)
 
while True:
 
    # Зажигаем светодиод
    ap.digitalWrite(PIN_AP_LED, True)
    # Ждём 500 мс
    sleep(0.5)
    # Гасим светодиод
    ap.digitalWrite(PIN_AP_LED, False)
    # Ждём 500 мс
    sleep(0.5)

После запуска скрипта, светодиод начнёт мигать раз в пол секунды.

Соединим два скрипта: один светодиод подключим к группе контактов «WiringPi IO», а второй — к «Analog IO».

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S
• Светодиод «Пиранья» / красный (Troyka-модуль)
• Светодиод «Пиранья» / зелёный (Troyka-модуль)

blink_led_multiple.py

# Библиотека для работы с платой Troyka HAT.
import troykahat
# Библиотека для работы с функциями времени.
from time import sleep
 
# Назначаем константное имя пину 7 из группы "Wiring PI IO",
# Подключите красный светодиод к этому пину.
PIN_WP_LED = 7
# Назначаем константное имя пину 7 из группы "Analog IO",
# Подключите зеленый светодиод к этому пину.
PIN_AP_LED = 7
 
 
# Создаём объект wp для работы с пинами,
# помеченными как «Wiring Pi IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные напрямую к Raspberry Pi через его GPIO-разъём.
wp = troykahat.wiringpi_io()
# Создаём объект ap для работы с пинами,
# помеченными как «Analog IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные к встроенному на плате I²C расширителю
# на микроконтроллере STM32F030F4P6.
ap = troykahat.analog_io()
# Конфигурируем контакт "PIN_WP_LED" в режим выхода.
wp.pinMode(PIN_WP_LED, wp.OUTPUT)
# Конфигурируем контакт "PIN_AP_LED" в режим выхода.
ap.pinMode(PIN_AP_LED, ap.OUTPUT)
 
while True:
 
    # Зажигаем светодиод на контакте "PIN_WP_LED"
    wp.digitalWrite(PIN_WP_LED, True)
    # Зажигаем светодиод на контакте "PIN_AP_LED"
    ap.digitalWrite(PIN_AP_LED, True)
    # Ждём 500 мс
    sleep(0.5)
    # Гасим светодиод на контакте "PIN_WP_LED"
    wp.digitalWrite(PIN_WP_LED, False)
    # Гасим светодиод на контакте "PIN_AP_LED"
    ap.digitalWrite(PIN_AP_LED, False)
    # Ждём 500 мс
    sleep(0.5)

После запуска скрипта, светодиоды начнут мигать раз в пол секунды.

В продолжении соберем простой кнопочный выключатель.

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S
• Светодиод «Пиранья» / красный (Troyka-модуль)
• Кнопка (Troyka-модуль)

toogle_led.py

# Библиотека для работы с платой Troyka HAT.
import troykahat
 
 
# Назначаем константное имя пину 7 из группы "Wiring PI IO",
# Подключите светодиод к этому пину.
PIN_WP_LED = 7
# Назначаем константное имя пину 22 из группы "Wiring PI IO",
# Подключите кнопку к этому пину.
PIN_WP_BUTTON = 22
 
# Создаём объект wp для работы с пинами,
# помеченными как «Wiring Pi IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные напрямую к Raspberry Pi через его GPIO-разъём.
wp = troykahat.wiringpi_io()
# Конфигурируем контакт "PIN_WP_LED" в режим выхода.
wp.pinMode(PIN_WP_LED, wp.OUTPUT)
# Конфигурируем контакт "PIN_WP_BUTTON" в режим входа.
wp.pinMode(PIN_WP_BUTTON, wp.INPUT)
 
while True:
 
    # Если кнопка нажата
    if not wp.digitalRead(PIN_WP_BUTTON):
        # Зажигаем светодиод
        wp.digitalWrite(PIN_WP_LED, True)
    # Если кнопка отжата
    else:
        # Гасим светодиод
        wp.digitalWrite(PIN_WP_LED, False)

Если кнопка нажата — светодиод загорится, а если отжата — погаснет.

Далее соберем светильник с управляемой яркостью. К сожалению в Raspberry Pi всего два канала ШИМ, а АЦП вовсе отсутствует. Однако порты «Analog IO» на плате Troyka HAT с отдельным контроллером подарят малинке 8 пинов с поддержкой ШИМ и АЦП.

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S
• Светодиод «Пиранья» / красный (Troyka-модуль)
• Ползунковый потенциометр (Troyka-модуль)

dimming_led.py

# Библиотека для работы с платой Troyka HAT.
import troykahat
 
 
# Назначаем константное имя пину 6 из группы "Analog IO",
# Подключите светодиод к этому пину.
PIN_AP_LED = 6
# Назначаем константное имя пину 3 из группы "Analog IO",
# Подключите потенциометр к этому пину.
PIN_AP_POT = 3
 
# Создаём объект ap для работы с пинами,
# помеченными как «Analog IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные к встроенному на плате I²C расширителю
# на микроконтроллере STM32F030F4P6.
ap = troykahat.analog_io()
# Конфигурируем контакт "PIN_AP_LED" в режим выхода.
ap.pinMode(PIN_AP_LED, ap.OUTPUT)
# Конфигурируем контакт "PIN_AP_INPUT" в режим входа.
ap.pinMode(PIN_AP_POT, ap.INPUT)
 
while True:
 
    # Считываем данные с потенциометра
    potValue = ap.analogRead(PIN_AP_POT)
    # Указываем полученные данные в качестве яркости светодиода
    ap.analogWrite(PIN_AP_LED, potValue)

После запуска скрипта, яркость светодиода будет меняться в зависимости от перемещения ползунка слайдера.

Выйдем за рамки светодиодной робототехники. Сделаем аналоговую регулировку громкости одноплатника Raspberry Pi.

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S
• Ползунковый потенциометр (Troyka-модуль)

Установите библиотеку pyalsaaudio для контроля уровня громкости:

pip3 install pyalsaaudio

analog_control_volume.py

# Библиотека для работы с платой Troyka HAT.
import troykahat
# Библиотека для контроля уровня громкости
import alsaaudio
# Назначаем константное имя пину 3 из группы "Analog IO",
# Подключите потенциометр к этому пину.
PIN_AP_POT = 3
# Создаём объект ap для работы с пинами,
# помеченными как «Analog IO» на плате Troyka HAT.
# Это пины, подключенные к встроенному на плате I²C расширителю
# на микроконтроллере STM32F030F4P6.
ap = troykahat.analog_io()
# Создаём объект для работы с регулировкой громкости
mixer = alsaaudio.Mixer('Master')
 
while True:
    # Считываем данные с потенциометра
    potValue = ap.analogRead(PIN_AP_POT)
    # Умножаем полученное значение со слайдера на 100
    # и преобразовываем переменную float в int
    volume = int(potValue * 100)
    # Устанавливаем громкость
    mixer.setvolume(volume)

Громкость в операционной системы будет меняться в зависимости от перемещения ползунка слайдера.

Raspberry Pi обладает всего двумя каналами ШИМ и не имеет аналого-цифрового преобразователя. Troyka HAT решает проблему аналоговых интерфейсов через встроенный микроконтроллер STM32F030F4P6 на архитектуре ARM Cortex M0+, который получает команды от малинки по шине I²C и дальнейшие операции по железу берет на себя. Ножки микроконтроллера выведены на соответствующую колодку Troyka-контактов I²C расширителя.

На плате установлены группы штыревых Troyka-контактов «S-5V-G»:

• сигнал (S) — цифровой пин Raspberry Pi с толлератностью к 5 В.
• питание (5V) — питание модуля, постоянно и равно 5 В
• земля (G) — общая земля

Отдельными пинами на плате выведены три группы контактов аппаратного интерфейса I²C и две группы SPI.

Колодки позволяют быстро подключать типовые Troyka-модули к малинке без дополнительных проводов и макетных плат. Подробности про сигналы и интерфейсы Troyka HAT читайте в разделе распиновка.

Пины I²C расширителя выведены на отдельную группу Troyka-контактов «S-V-G»:

• Сигнал (S) — сигнальный пин расширителя GPIO
• Питание (V) — питание модуля 3,3 / 5 В (выбирается джампером)
• Земля (G) — общая земля

Колодки позволяют быстро подключать типовые Troyka-модули к малинке без дополнительных проводов и макетных плат. Подробности про сигналы и интерфейсы Troyka HAT читайте в разделе распиновка.

На линии питания I²C-расширителя есть возможность выбора питания установкой джампера:

• 5V→V — на линии V будет присутствовать напряжение 5 вольт. Режим пригодится при подключении модулей с рабочим напряжением 5 вольт, например микросервопривод FS90 или ультразвуковой дальномер SR-04.
• 3V3→V — на линии V — 3,3 вольта. Т.к. микроконтроллер ожидает принимать диапазон входного напряжения от 0 до 3,3 вольт, то режим полезен при подключении аналоговых сенсоров, которые возвращают напряжение от 0 до значения на линии питания, например модуль потенциометр или датчик освещённости.

Коннектор DC Barrel Jack служит для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 15 вольт, который будет питать одновременно Troyka HAT и подключенную Raspberry Pi. Если запитать устройство от порта Raspberry Pi, то напряжение на Troyka-контактах Raspberry Pi будет отсутствовать.

Понижающий импульсный преобразователь TPS565208 обеспечивает питание Troyka HAT и подключенной Raspbeery Pi при напряжения через разъём питания DC. Диапазон входного напряжения от 7 до 15 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 5 А.

На плате Troykaa HAT расположена микросхема EEPROM-памяти AT24C32D, которая содержит информацию о производителе платы, настройке GPIO и описание подключенного оборудования, которое позволяет Linux автоматически загружать необходимые драйверы.

Микросхема ID EEPROM одно из основных требований компании Raspberry Pi Foundation в спецификации производств плат расширения с именем Raspbery Pi HATs.

Troyka HAT подключается к одноплатникам Rasperry Pi сверху через входной 40-пиновый разъём.

• Модель: Amperka Troyka HAT
• Совместимость: компьютеры Raspberry Pi
• Аппаратный интерфейс: штырьковые соединители GPIO
• Программный интерфейс: контакты Raspberry Pi и I²C-расширитель
• Входное напряжение через DC-разъём: 7–15 В
• Размеры: 65×56,5×20,5 мм

• Troyka-контактов ввода-вывода общего назначения: 21
• Troyka-контактов SPI: 3
• Troyka-контактов I²C: 2
• Напряжение питания периферии: 5 В
• Напряжение логических уровней: 3,3 В (все пины толерантны к 5 В)

• Микроконтроллер: STM32F030F4P6
• I²C-адрес: по умолчанию 0x2A
• Troyka-контактов ввода-вывода общего назначения: 8
• Контактов с поддержкой ШИМ: 8
• Разрядность ШИМ: 8 бит
• Контактов с АЦП: 8
• Разрядность АЦП: 12 бит
• Напряжение питания периферии: 3,3 / 5 В (выбирается джампером)
• Напряжение логических уровней: 3,3 В (толерантность к 5 В)

• Troyka HAT в магазине.
• Векторное изображение модуля
• Библиотека для Raspberry Pi на языке Python
• Библиотека для Raspberry Pi на языке C++