Платы можно разделить на две категории: те, которые могут работать под управлением Linux, например Raspberry Pi, и те, которые не могут работать под управлением Linux, например Arduino Uno. Хотя это совершенно произвольное различие, оно также полезно, поскольку помогает описать то, чего следует ожидать с точки зрения функций платы, сложности, энергопотребления и возможности программирования. Для описания мы будем называть платы, которые могут работать под Linux, «продвинутыми», а те, которые не могут работать, - «базовыми». Вот разбивка того, что важно для каждой конкретной доски.
Вычисления
На каждой плате есть основной чип, на котором происходят вычисления и обработка информации. В основном именно различия между чипами отличают одну плату от другой. Каждый чип имеет разные возможности, сильные и слабые стороны.
Базовые платы обычно имеют один чип, который может обрабатывать данные 8-битными или 16-битными фрагментами. Эти платы запускают вашу программу с более низкой скоростью обработки, выполняя миллионы или десятки миллионов вычислений в секунду. Чип, на котором работает базовая плата, обычно включает в себя всю электронику, необходимую для простого взаимодействия с реальным миром, например аналоговые входы, входы и выходы таймера и многое другое.
Продвинутые платы обычно используют 32-битный или 64-битный основной чип, который объединяет все компоненты, которые обычно встречаются на материнской плате компьютера, в одном устройстве. Иногда их называют «системой на кристалле» или SoC. Основной чип продвинутой платы может работать так же быстро, как телефон или планшет, обрабатывая ваше программное обеспечение сотнями миллионов или даже миллиардами вычислений в секунду. Все это заключено внутри печатной платы, которая умещается на ладони и стоит дешевле билета в кино. Вау!
Указание
Всем нравятся мигающие светодиоды, и на каждой плате должен быть как минимум светодиод питания и светодиод, управляемый программным обеспечением. Индикатор питания имеет решающее значение для того, чтобы сразу сообщить нам, что плата правильно подключена. Один или несколько светодиодов, управляемых программным обеспечением, являются обязательными. Часто первое, что люди делают с новой платой, - это моргают светодиодом. Это дает нам понять, что все работает.
О нет! Кнопка (Сброс)
Хотя нам хотелось бы думать, что наше программное обеспечение идеально, всегда существуют обстоятельства, которые приводят к сбоям в работе программного обеспечения. Кнопка сброса отправляет вашу плату обратно в начало программы, чтобы вы могли снова увидеть ее сбой и, надеюсь, выяснить, что пошло не так. На каждой хорошей доске есть кнопка сброса.
Энергия
USB, батарейки и настенные бородавки - довольно типичные источники питания для плат. Проблема в том, что, за исключением USB 5 В, все эти источники имеют довольно широкий диапазон напряжений, в то время как компьютерным чипам на большинстве плат требуется фиксированное напряжение. Таким образом, секция питания платы включает в себя стабилизатор напряжения, который берет электричество из входного разъема питания и преобразует его в правильное фиксированное напряжение для чипа.
Базовые платы обычно работают от напряжения 5 В или 3,3 В, хотя некоторые из них предназначены для работы от батарей и допускают напряжение от 5 В до 3,3 В и даже до 1,8 В. Базовые платы могут потреблять от нескольких микроватт до одного-двух ватт. Чем ниже мощность, тем дольше ваше устройство будет работать от аккумулятора. Хорошо спроектированная базовая плата может работать месяцами или годами от пары батареек АА.
Продвинутым платам обычно требуется напряжение 3,3 В или 1,8 В. Сами процессорные чипы могут работать при еще более низких внутренних напряжениях - 1,1 В или 0,7 В. Эти более низкие напряжения помогают снизить энергопотребление при очень высоких скоростях вычислений. Ожидается, что даже при таких пониженных напряжениях типичное энергопотребление будет составлять от сотен милливатт до десятков ватт. Это соответствует часам или дням работы от стандартных батарей типа АА.
Взаимодействие
Компьютеры становятся намного интереснее, когда мы можем подключить их к вещам и сделать эти вещи умными. Большинство плат имеют как минимум простые входы и выходы (I/O) для взаимодействия с множеством сигналов в реальном мире. Почти каждая плата может обрабатывать основные цифровые напряжения и сигналы. Многие платы также могут работать с аналоговыми напряжениями, которые могут быть любыми: от нуля вольт до напряжения питания чипа.
Базовые платы имеют как минимум цифровой ввод-вывод, который можно расширить за счет множества возможностей, позволяющих расширить возможности платы, например чтение или запись данных на SD-карту или связь с другими устройствами с использованием таких протоколов, как I2C., SPI или CAN. Базовый цифровой ввод-вывод может быть переконфигурирован для обработки различных типов сигналов, а также может включать в себя функции таймера или счетчика.
Многие базовые платы имеют возможность преобразовывать сигнал между 0 В и напряжением питания в цифровое представление этого напряжения, называемое «аналогово-цифровым преобразованием». Многие датчики и компоненты, такие как потенциометры, генерируют аналоговое напряжение, которое необходимо преобразовать в полезную цифровую информацию, и здесь на помощь приходит аналого-цифровой преобразователь. Иногда базовые платы также имеют цифро-аналоговый преобразователь, который генерирует выходное напряжение, которое может находиться в диапазоне от 0 В до напряжения питания.
Продвинутые доски обычно имеют все, что есть в базовых досках, плюс некоторые отличные дополнения. Поскольку эти платы по сути представляют собой компьютеры на кристалле, они, как правило, также имеют встроенный набор периферийных устройств, более похожий на настольный компьютер, который может включать HDMI или другое видео, аудиовход и выход, eSATA для жестких дисков, внешнюю память, USB-хост., Ethernet и т. д.
Общение
Иногда нам нужно, чтобы наша доска взаимодействовала с другими досками, с компьютером или с Интернетом. Это делается через интерфейс связи.
Базовые платы могут, по крайней мере, отправлять и получать данные, используя один из старейших и простейших стандартов межкомпьютерной связи, которые до сих пор широко используются, - RS232. Именно так все подключалось до появления USB. Теперь многие базовые платы также имеют интерфейсы связи USB или Bluetooth.
С усовершенствованными платами подключение устройств к Wi-Fi или Интернету является более сложным, чем простая связь между платами. Усовершенствованные платы имеют дополнительную память и вычислительную мощность, необходимые для обработки TCP/IP и других данных, передаваемых через электронный интерфейс Ethernet или Wi-Fi.
Монтаж
Хорошо спроектированные платы позволяют прикрепить плату к вашему проекту. Обычно это означает, что на плате имеется несколько монтажных отверстий, предназначенных для винтов. Они должны быть расположены достаточно далеко от любых компонентов или дорожек, чтобы головка винта не соприкасалась с чем-либо электрическим, что могло бы повредить плату.
Усовершенствованные платы также могут иметь заземляющие винты, которые соединяют заземляющую пластину платы с ее металлическим корпусом для снижения электрических шумов и помех.