Arduino Nano RP2040 Connect豐富了本已龐大的 Arduino 板家族，它將 Raspberry Pi Foundation 開(kāi)發(fā)的 RP2040 微控制器與 u-blox NINA-W102 Wi-Fi 和藍(lán)牙無(wú)線電模塊以及一個(gè)豐富的高級(jí)傳感器集甚至能夠支持人工智能算法。事實(shí)上，該板包括一個(gè)支持語(yǔ)音激活功能的數(shù)字麥克風(fēng)、一個(gè)六軸慣性運(yùn)動(dòng)傳感器 (IMU)、一個(gè)小型 RGB LED 以及能夠滿足最苛刻要求的閃存 (16 MB) 的廣泛可用性應(yīng)用程序。

新板繼承了 Raspberry Pi RP2040 對(duì) MicroPython 和 C/C++ 語(yǔ)言的編程支持，兩者均基于為 Raspberry Pi Pico 板開(kāi)發(fā)的 SDK。與 Arduino 系列中的所有其他開(kāi)發(fā)板一樣，最新添加的開(kāi)發(fā)板支持本地編程環(huán)境，例如著名的 Arduino IDE（現(xiàn)為 2.0 版）、Arduino CLI、IoT Cloud 和 Web Editor。后者允許直接從網(wǎng)絡(luò)瀏覽器編程和控制 Nano RP2040 Connect 的操作。因此，可以通過(guò)免費(fèi)的 Arduino IoT Remote 智能手機(jī)應(yīng)用程序通過(guò)即時(shí)遠(yuǎn)程控制通過(guò)無(wú)線方式上傳草圖。

選擇 RP2040 微控制器是因?yàn)樗砹?Raspberry 和 Arduino 世界之間的“特質(zhì)聯(lián)合”，是所有那些不需要“完整”Raspberry Pi 的復(fù)雜性和性能的應(yīng)用的理想解決方案，同時(shí)受益以極具競(jìng)爭(zhēng)力的成本從高級(jí)功能中獲取。

另一個(gè)值得注意的特性是該板屬于 Arduino Nano Mbed OS 系列，這是一組具有通用小外形尺寸（“Nano”占位面積，尺寸僅為 18 × 43 mm）并支持基于 ARM 的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的板Mbed OS 操作系統(tǒng)。目前，該系列包括三塊板：Nano 33 BLE、Nano 33 BLE Sense 和 Nano RP2040 Connect（Nano 33 IoT 不屬于其中，因?yàn)樗恢С?Mbed OS 系統(tǒng)）。圖 1 顯示了 Arduino Nano RP2040 Connect 板的四分之三視圖，此處為未安裝排針的版本。

圖 1：Arduino Nano RP2040 連接

框圖

電路板框圖如圖 2 所示。核心由 RP2040 微控制器表示，能夠通過(guò)經(jīng)典 USB 連接與主機(jī)開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境進(jìn)行通信，并通過(guò)四路 SPI 串行高電平與 16 MB 外部閃存進(jìn)行通信速度界面。3.3V 電源由 MP2322 穩(wěn)壓器提供，輸入源可以從 USB 端口 (V USB ) 或外部電源 (V IN ) 中選擇。NINA W102 Wi-Fi/藍(lán)牙模塊通過(guò)I 2連接到microC、SPI、UART接口，RGB LED與之相連。至于其他傳感器，MEMS麥克風(fēng)通過(guò)脈沖密度調(diào)制（PDM）數(shù)字音頻接口連接到micro，而六軸運(yùn)動(dòng)傳感器和認(rèn)證模塊通過(guò)I 2 C總線連接。運(yùn)行在 12 MHz 的外部 MEMS 振蕩器提供時(shí)鐘脈沖。

圖 2：電路板框圖

組件

該板的主要組件在圖 3 中突出顯示。首先，我們有 RP2040 芯片，這是一個(gè)基于 ARM Cortex M0+ 的 32 位雙核微控制器，運(yùn)行頻率為 133 MHz，并配有集成的 264 KB SRAM 存儲(chǔ)器。該 MCU 的卓越性能和高效率使其能夠支持使用 TinyML、TensorFlow Lite 或 Edge Impulse 開(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。除了完全支持 MicroPython（從 2021 年 7 月開(kāi)始提供）外，該板還附帶用于機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目的免費(fèi) OpenMV 許可證。RP2040 微控制器提供的功能包括：

• 直接內(nèi)存訪問(wèn)控制器
  
• USB 1.1 控制器和 PHY，支持主機(jī)和設(shè)備
  
• 八個(gè)可編程 IO 狀態(tài)機(jī)
  
• 用于擴(kuò)展外設(shè)支持的可編程 IO
  
• 帶內(nèi)部溫度傳感器的四通道 ADC，0.5-MS/s，12 位轉(zhuǎn)換
  
• SWD調(diào)試
  
• 兩個(gè)用于生成 USB 和內(nèi)核時(shí)鐘的片上 PLL
  
• 多種低功耗模式支持
  
• USB 1.1 主機(jī)/設(shè)備
  
• 內(nèi)部穩(wěn)壓器提供核心電壓
  
• 高級(jí)高性能總線/高級(jí)外設(shè)總線

圖 3：電路板的主要組件

在 MCU 之后，該卡的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)絕對(duì)是連接性，它通過(guò) u-blox NINA W102 無(wú)線電模塊實(shí)現(xiàn)，這是一種廉價(jià)且易于適應(yīng)的設(shè)備。該模塊還增加了四個(gè)模擬 GPIO（RP2040 只有四個(gè)模擬引腳），使總數(shù)達(dá)到八個(gè)，與其他 Arduino Nano 板一致。配備集成天線的無(wú)線電模塊基于雙核 Xtensa LX6 CPU，可以使用 SWD 接口和位于電路板背面的特殊焊盤(pán)獨(dú)立于 RP2040 進(jìn)行編程。在實(shí)踐中，NINA W102 模塊使用與 ESP32 模塊相同的 CPU，ESP32 模塊是創(chuàng)客最流行的硬件平臺(tái)之一，還有 Arduino 和 Raspberry Pi。RGB LED 連接到無(wú)線電模塊，可以使用為模塊本身開(kāi)發(fā)的相同庫(kù) (WiFiNINA) 驅(qū)動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用的連接需要高度的安全性，以便在所有操作條件下保持傳輸數(shù)據(jù)的一致性并防止來(lái)自外部的潛在攻擊。為此，設(shè)計(jì)人員加入了一個(gè)強(qiáng)大的加密協(xié)處理器，Microchip ATECC608A 已經(jīng)在 Arduino MKR 系列的板上使用。密碼協(xié)處理器的特點(diǎn)是功耗特別低，為安全啟動(dòng)提供支持，為非對(duì)稱(chēng)簽名、驗(yàn)證、密鑰協(xié)商提供硬件支持，為對(duì)稱(chēng)算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和網(wǎng)絡(luò)提供硬件支持關(guān)鍵管理支持。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用的連接需要高度的安全性，以便在所有操作條件下保持傳輸數(shù)據(jù)的一致性并防止來(lái)自外部的潛在攻擊。為此，設(shè)計(jì)人員加入了一個(gè)強(qiáng)大的加密協(xié)處理器，Microchip ATECC608A 已經(jīng)在 Arduino MKR 系列的板上使用。密碼協(xié)處理器的特點(diǎn)是功耗特別低，為安全啟動(dòng)提供支持，為非對(duì)稱(chēng)簽名、驗(yàn)證、密鑰協(xié)商提供硬件支持，為對(duì)稱(chēng)算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和網(wǎng)絡(luò)提供硬件支持關(guān)鍵管理支持。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用的連接需要高度的安全性，以便在所有操作條件下保持傳輸數(shù)據(jù)的一致性并防止來(lái)自外部的潛在攻擊。為此，設(shè)計(jì)人員加入了一個(gè)強(qiáng)大的加密協(xié)處理器，Microchip ATECC608A 已經(jīng)在 Arduino MKR 系列的板上使用。密碼協(xié)處理器的特點(diǎn)是功耗特別低，為安全啟動(dòng)提供支持，為非對(duì)稱(chēng)簽名、驗(yàn)證、密鑰協(xié)商提供硬件支持，為對(duì)稱(chēng)算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和網(wǎng)絡(luò)提供硬件支持關(guān)鍵管理支持。設(shè)計(jì)人員包括一個(gè)強(qiáng)大的加密協(xié)處理器，Microchip ATECC608A 已經(jīng)在 Arduino MKR 系列的板上使用。密碼協(xié)處理器的特點(diǎn)是功耗特別低，為安全啟動(dòng)提供支持，為非對(duì)稱(chēng)簽名、驗(yàn)證、密鑰協(xié)商提供硬件支持，為對(duì)稱(chēng)算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和網(wǎng)絡(luò)提供硬件支持關(guān)鍵管理支持。設(shè)計(jì)人員包括一個(gè)強(qiáng)大的加密協(xié)處理器，Microchip ATECC608A 已經(jīng)在 Arduino MKR 系列的板上使用。密碼協(xié)處理器的特點(diǎn)是功耗特別低，為安全啟動(dòng)提供支持，為非對(duì)稱(chēng)簽名、驗(yàn)證、密鑰協(xié)商提供硬件支持，為對(duì)稱(chēng)算法（SHA-256 和 HMAC、AES-128）和網(wǎng)絡(luò)提供硬件支持關(guān)鍵管理支持。

傳感器設(shè)備包括 ST LSM6DSOX 六軸 IMU，它將 3D 加速度計(jì)和 3D 陀螺儀與專(zhuān)用機(jī)器學(xué)習(xí)核心相結(jié)合。該組件主要面向移動(dòng)市場(chǎng)，“永遠(yuǎn)在線”操作需要特別低的功耗，提供以下技術(shù)特性：

• 3D 陀螺儀，±2-/±4-/±8-/±16-g 滿量程
  
• 3D 加速度計(jì)，±125-/±250-/±500-/±1,000-/±2,000-dps 滿量程
  
• 高級(jí)計(jì)步器、步數(shù)檢測(cè)器和計(jì)步器
  
• 顯著移動(dòng)檢測(cè)、傾斜檢測(cè)
  
• 標(biāo)準(zhǔn)中斷：自由落體、喚醒、6D/4D 定向、單擊和雙擊
  
• 可編程有限狀態(tài)機(jī)：加速度計(jì)、陀螺儀和外部傳感器
  
• 機(jī)器學(xué)習(xí)核心
  
• 嵌入式溫度傳感器
  

該設(shè)備可以使用專(zhuān)用的 Arduino LSM6DSOX 庫(kù)輕松編程。

另一個(gè)相關(guān)傳感器是全向數(shù)字麥克風(fēng)，可用于聲音激活、音頻控制，甚至 AI 語(yǔ)音識(shí)別。MP34DT05 麥克風(fēng)實(shí)時(shí)捕捉和分析聲音，可用于為任何項(xiàng)目創(chuàng)建語(yǔ)音界面。ST MP34DT05-A 是一款超緊湊、低功耗、全向、數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)，內(nèi)置電容傳感元件和 I2C 接口。能夠檢測(cè)聲波的傳感元件采用 MEMS 工藝制造，而 IC 接口采用 CMOS 工藝制造，該工藝在外部以 PDM 格式提供數(shù)字信號(hào)。MP34DT05-A 是一款低失真數(shù)字麥克風(fēng)，具有 64-dB 信噪比和 –26-dBFS ±3-dB 靈敏度。該設(shè)備可以使用專(zhuān)用的 Arduino PDM 庫(kù)進(jìn)行編程。

關(guān)于可編程 I/O 引腳，該板提供 8 個(gè)模擬輸入引腳和 22 個(gè)數(shù)字 I/O 引腳（其中 20 個(gè)可配置為 PWM 發(fā)生器或外部中斷）。引腳 13 上還提供了一個(gè)內(nèi)置的用戶 LED。圖 4 顯示了 Arduino Nano RP2040 Connect 板的完整引腳排列，該板也可在預(yù)安裝接頭引腳的情況下使用。引腳布局井井有條，所有模擬和電源引腳都在左側(cè)接頭上，數(shù)字引腳在右側(cè)接頭上。如圖 2 所示，RP2040 MCU 提供對(duì) UART、SPI 和 I 2 C 通信的支持。

圖 4：電路板引腳排列

在應(yīng)用方面，Arduino Nano RP2040 Connect 可適用于廣泛的用例，包括：

• 邊緣計(jì)算：TinyML 可用于異常檢測(cè)、咳嗽檢測(cè)、手勢(shì)分析等。
  
• 可穿戴設(shè)備：減少的占用空間使機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠在各種可穿戴設(shè)備上部署，包括運(yùn)動(dòng)追蹤器和 VR 控制器。
  
• 語(yǔ)音助手：Arduino Nano RP2040 Connect 包含一個(gè)全向麥克風(fēng)，可用作個(gè)人數(shù)字助理，實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目中的語(yǔ)音控制。