(SKU:DFR0604)I/O Expansion HAT for Pi zero V1.0

I/O Expansion HAT

简介

这个扩展板提供数字/模拟/I2C/PWM/UART/SPI端口，板载MCU（STM32），提供12位8通道ADC。扩展板体积小巧，用在Zero上是最合适不过的了。拥有2组IIC接口、1组UART接口、4组PWM口、4组模拟口、1组SPI接口以及10组GPIO接口。

注意：尺寸会比Zero大1mm，可能无法安装Zero外壳。

应用场景

机器人、无人机、智能小车、机械手臂

产品规格

供电电压：5V
舵机外接电源：6-12V
设备地址：0x10
产品尺寸：60*30mm

接口说明

正面示意图

底面示意图

[DFR0604]IO Expansion HAT for Pi zero
丝印	标号	功能描述
+	+	3.3V电源正极
-	-	电源负极
⊕	⊕	接线柱外接电源正极
㊀	㊀	接线柱外接电源负极
Digital	16-25	树莓派GPIO16-GPIO25
PWM	0-3	PWM信号输出引脚0-3
Analog	0-3	模拟信号输入引脚0-3
IIC	C	IIC接口时钟线
	D	IIC接口数据线
UART	T	UART接口发送端
	R	UART接口接收端
SPI	MISO	SPI数据输出线
	SS	SPI使能脚
	SCLK	SPI串行时钟线
	MOSI	SPI数据输入线

PWM

扩展板的PWM信号由板载STM32的定时器产生。PWM0~PWM3是用的一个定时器的多个通道PWM输出，频率一样，占空比可以设置。PWM4采用另外的定时器PWM输出。在不外接电源情况下，PWM由树莓派供电（5V）。外接电源时（6V~12V），由外接电源提供电压。

PWM

注意：VP端未外部供电时，PWM端口 ⊕ 电压为5V。VP端外部供电时，PWM端口 ⊕ 电压为VP外部电压6~12V

Analog

IO扩展板板载MCU STM32，提供12位的ADC，模拟传感器的电压输入12-bit ADC，在模拟数据转换成数字数据后，通过IIC通信将数据发送给树莓派。因此，树莓派可以读取模拟传感器的值。

Analog

Digital

IO扩展板直接引出树莓派10个GPIO口（BCM编码），分别是GPIO16、GPIO17、GPIO18、GPIO19、GPIO20、GPIO21、GPIO22、GPIO23、GPIO24、GPIO25。

Digital

IIC

IO扩展板有2个I2C接口，它们由树莓派的IIC直接引出，连接树莓派的GPIO2（SDA.1）和GPIO3（SCL.1）。

IIC

UART

IO扩展板提供一组UART接口，通过GPIO14（TXD）和GPIO15（RXD）引出。通过UART可以与Arduino/Esp8266等主板串口通信。

UART

SPI

IO扩展板引出树莓派的一组SPI，连接到GPIO12（MOSI）和GPIO13（MISO）。

SPI

使用教程

硬件连接

将IO扩展板直接插在树莓派的GPIO口中。

下载驱动库

如果需要使用IO扩展板上的模拟接口、PWM口，需要下载驱动库。在终端（打开终端快捷键：Ctrl+Alt+T）中，输入下面命令，并回车：

 git clone https://github.com/DFRobot/DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board.git

将库下载后，解压缩。在终端输入下面命令：

 tar -xvzf DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board

进入解压缩后的目录下，命令：

 cd DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board/raspberry/

扩展接口使用

PWM使用

例如将舵机接入PWM口的0引脚。通过nano命令新建一个文件

 sudo nano servoTest.py

添加以下内容：

# -*- coding:utf-8 -*-
# servoTest.py

import time

from DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board import DFRobot_Expansion_Board_IIC as Board
from DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board import DFRobot_Expansion_Board_Servo as Servo

board = Board(1, 0x10)  # Select i2c bus 1, set address to 0x10
servo = Servo(board)

if __name__ == "__main__":
  # Board begin and check the board's status
  while board.begin() != board.STA_OK:
    print("Error")
    time.sleep(1)
  print("Board begin success.")

  servo.begin()         # servo control begin

  while True:
    print("part of servos move to 0°")
    servo.move(0, 0) # PWM0
    '''
    servo.move(1, 0) # PWM1
    servo.move(2, 0) # PWM2
    servo.move(3, 0) # PWM3
    '''
    
    print("part of servos move to 180°")
    servo.move(0, 0) # PWM0
    '''
    servo.move(1, 0) # PWM1
    servo.move(2, 0) # PWM2
    servo.move(3, 0) # PWM3
    '''

    print("All servos move between 0°~180°")
    for i in range(0, 181):
      servo.move(board.ALL, i)
      time.sleep(0.008)
    time.sleep(0.002)
    for i in range(0, 181):
      i = 181 - i
      servo.move(board.ALL, i)
      time.sleep(0.008)
    time.sleep(0.002)

示例程序中servo.move()函数中，第一个参数是IO扩展板上的PWM引脚，第二个参数是旋转度数。PWM引脚选择如下表：

IO扩展板WPM引脚	第一个参数的值
0	0
1	1
2	2
3	3
PWM口所有引脚	board.ALL

编辑完成后Ctrl+X，然后按Y保存退出nano编辑器。
输入sudo raspi-config命令打开IIC接口。
输入python servoTest.py命令运行servoTest.py文件

Analog使用

示例代码

# -*- coding:utf-8 -*-
# analogTest.py

import time
from DFRobot_RaspberryPi_Expansion_Board import DFRobot_Expansion_Board_IIC as Board

board = Board(1, 0x10)  # Select i2c bus 1, set address to 0x10

if __name__ == "__main__":
  while board.begin() != board.STA_OK:  # Board begin and check the board's status
    print("Board begin faild.")
    time.sleep(1)
  print("Board begin success.")

  board.set_adc_enable()
  
  while True:
    print("Read part of channels.")
    val0 = board.get_adc_value(board.A0) # channel A0 is readed
    '''
    val1 = board.get_adc_value(board.A1) # channel A1 is readed
    val2 = board.get_adc_value(board.A2) # channel A2 is readed
    val3 = board.get_adc_value(board.A3) # channel A3 is readed
    '''

    print("channel:A0, value:%d" %val0)
    '''
    print("channel:A1, value:%d" %val1)
    print("channel:A2, value:%d" %val2)
    print("channel:A3, value:%d" %val3)
    '''
    print("")
    time.sleep(1)

示例程序中board.get_adc_value()函数用来获取模拟口的值，对应引脚引脚选择如下表：

IO扩展板Analog引脚	参数的值
0	0
1	1
2	2
3	3
模拟口所有引脚	board.ALL

Digital使用

Digital使用与直接在树莓派上使用GPIO口是一样的，先下载RPi.GPIO库。在树莓派终端输入命令：

 sudo apt-get install rpi.gpio

检查RPi.GPIO库是否安装成功，在终端输入命令：

 gpio.readall

如果在终端显示树莓派所有管脚，则库安装成功。

然后使用树莓派的GPIO口，以使用GPIO16为例，在扩展板27脚上接一个LED灯。
然后nano编辑器中输入下面的示例代码，输入python命令运行。

# -*- coding:utf-8 -*-
# digitalTest.py

import RPi.GPIO as GPIO
import time

blinkPin = 16

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(blinkPin, GPIO.OUT)  # Set GPIO16 is OUTPUT

for i in range(0, 10):
  GPIO.output(blinkPin, 1)
  time.sleep(1)
  GPIO.output(blinkPin, 0)
  time.sleep(1)
GPIO.cleanup()

IIC使用

使用IIC接口需要开启树莓派IIC外设，在树莓派终端输入命令：

 sudo raspi-config

选择【Interfacing Options】-【I2C】-【Yes】-【OK】-【Finish】，完后重启树莓派。
IO扩展板直接将树莓派的IIC端口引出的，所以与直接使用树莓派上的IIC口是一样的，这里不赘述。

UART使用

zero扩展板的UART接口使用与直接使用树莓派上的UART是一样的，这里不赘述。

SPI使用

使用zero扩展板的SPI口，首先需要开启树莓派SPI外设，与开启IIC一样，在树莓派终端输入命令：

 sudo raspi-config

选择【Interfacing Options】-【I2C】-【Yes】-【OK】-【Finish】完成后重启树莓派。
IO扩展板的SPI接口使用与直接使用树莓派上的SPI接口是一样的，这里不赘述。

产品尺寸图

尺寸图

兼容性测试

MCU	测试通过	测试失败	未测试	特别标注
树莓派3B	√
树莓派3B+	√
树莓派Zero W	√
树莓派2B+	√
树莓派Zero	√
树莓派4B	√

常见问题

问：使用IIC接口时报错怎么解决？

答：确定在使用IIC接口前，打开树莓派的IIC外设。如果没有打开，需要手动打开，然后重启树莓派生效。SPI接口也是如此。

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