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Controlador RP2040

RP2040 é um microcontrolador Raspberry Pi. A placa mais conhecida baseada nele é a Raspberry Pi Pico.

Para periféricos DIY em torno de uma impressora 3D, o RP2040 é uma das opções mais práticas: é barato, bem documentado, funciona com a lógica 3.3V, é conveniente para flash via USB e é adequado como um MCU adicional para Klipper.

Onde o RP2040 é útil

RP2040 is good for:

  • placa de E/S adicional para Klipper;
  • fan controller via MOSFET/drivers;
  • leitura de termistores e sensores analógicos simples;
  • connecting OLED via I2C;
  • connecting RFID/NFC via SPI or UART;
  • controlando servo com sinal PWM;
  • placa autônoma simples sem Wi-Fi;
  • bancada de testes para sensores e interfaces.

Se você precisar de rede pronta para uso, é mais fácil olhar para ESP32 ou Pico W. Se você precisar de um MCU com fio adicional para Klipper, o RP2040 geralmente é mais conveniente.

Por que Raspberry Pi Pico é conveniente

Raspberry Pi Pico é uma placa de desenvolvimento pronta baseada em RP2040. Já possui USB, memória flash, regulador de energia, botão BOOTSEL e pinos expostos.

Pico advantages:

  • low cost;
  • documentação e pinagem decentes;
  • USB para flashing e comunicação;
  • many GPIO;
  • 3.3V logic;
  • 2 UART, 2 SPI, 2 I2C;
  • 16 PWM channels;
  • 3 entradas ADC em pinos Pico expostos;
  • PIO para interfaces não padronizadas;
  • convenient UF2 flashing via USB mass storage.

Para um primeiro projeto, é melhor obter um Pico ou Pico H com pinos soldados do que um chip RP2040 vazio. Um chip simples requer uma placa personalizada, memória flash, energia, USB, roteamento e testes.

BOOTSEL e UF2

Um dos pontos fortes do Pico é um processo simples de flashing:

  1. Segure o botão BOOTSEL.
  2. Conecte o USB ao seu computador.
  3. A placa aparece como uma unidade USB.
  4. Copie o arquivo de firmware .uf2.
  5. A placa reinicia com o novo firmware.

Isso é conveniente para projetos MicroPython, CircuitPython, C/C++ e firmware Klipper. Para um iniciante, esse método geralmente é mais compreensível do que ST-Link, DFU ou um USB-UART separado.

RP2040 e Klipper

RP2040 é um bom candidato para um MCU adicional no Klipper.

Esquema típico:

Raspberry Pi Pico with RP2040 chip

Source: Wikimedia Commons, Phiarc, CC BY-SA 4.0

A ideia é:

  • O host Linux com Klipper continua sendo o controlador principal;
  • Pico/RP2040 é atualizado com firmware Klipper MCU;
  • uma seção printer.cfg principal ou adicional é adicionada a printer.cfg;
  • Os pinos RP2040 podem ser usados para ventiladores, sensores, PWM e outros periféricos;
  • cargas de energia ainda estão conectadas via MOSFET, driver, relé ou SSR.

Isso é útil quando você precisa separar parte do periférico em um bloco separado: por exemplo, ventiladores, sensores de câmera, filtro, luz de fundo, botão, interruptor de limite ou saídas de serviço.

Lógica GPIO e 3,3V

RP2040 funciona com lógica 3.3V. Isso significa:

  • do not apply 5V to GPIO;
  • para módulos 5V você pode precisar de um conversor de nível;
  • Os pull-ups I2C devem ser 3.3V;
  • O GPIO não deve alimentar uma carga diretamente;
  • a fan, LED strip, relay, or heater needs an external switch/driver.

Se um módulo for “compatível com Arduino”, isso não significa que seja seguro para RP2040. Você precisa verificar os níveis de entrada e pull-ups.

Power

O Pico geralmente é alimentado por USB ou pelo pino VSYS. A placa possui um regulador para alimentação do microcontrolador.

Practical rules:

  • não alimente motores, servos e relés do pino 3V3 no Pico;
  • usar energia separada para cargas;
  • conecte GND comum com drivers de baixa tensão;
  • verifique de onde vem a energia para VSYS e USB;
  • leve em conta a corrente dos módulos externos, não apenas o próprio Pico.

Se o Pico for reiniciado quando um servo ou ventilador for iniciado, o problema quase sempre é energia, aterramento ou ruído.

ADC on Pico

O Pico possui entradas ADC que você pode usar para tarefas analógicas simples:

  • thermistor via voltage divider;
  • potentiometer;
  • light sensor;
  • measuring low voltage via voltage divider.

Limitations:

  • A entrada ADC não deve exceder a tensão GPIO segura;
  • para medir 24V ou 24V você precisa de divisória e proteção;
  • um termistor requer um resistor, tabela/modelo e contato mecânico corretos;
  • O ADC não substitui um multímetro ou medidor industrial.

Para aquecedores, lembre-se: o ADC lê apenas o sensor. A segurança do aquecimento é fornecida pelo interruptor de alimentação, limites de firmware, fusível e proteção térmica independente.

PIO em termos simples

PIO é E/S programável. O RP2040 possui pequenos blocos programáveis ​​que podem gerar ou ler sinais não padronizados sem carga constante no código principal.

Um recém-chegado não precisa começar com PIO. Mas esta é uma das razões pelas quais o RP2040 é popular para interfaces, temporização e periféricos não padrão.

Para um dispositivo simples do tipo iDryer, GPIO, PWM, I2C, SPI, UART e ADC regulares geralmente são suficientes.

Pico, Pico W e Pico 2

É importante não confundir as placas:

  • Pico / Pico H — placa RP2040 clássica sem Wi-Fi;
  • Pico W / Pico WH — RP2040 com módulo Wi-Fi/Bluetooth integrado;
  • Pico 2 / Pico 2 W — nova geração baseada em RP2350, este não é RP2040.

Se um artigo ou projeto diz RP2040, geralmente significa o Pico de primeira geração ou uma placa compatível. O Pico 2 é semelhante em conceito, mas é um microcontrolador diferente e a compatibilidade de firmware/pino precisa ser verificada separadamente.

O que verificar antes de comprar

Antes de comprar uma placa baseada em RP2040, verifique:

  • seja um Pico original, Pico W ou clone;
  • se os pinos estão soldados;
  • se possui o conector USB que você precisa;
  • se existe uma pinagem adequada;
  • quais GPIO estão disponíveis;
  • whether you need Wi-Fi;
  • se a placa é adequada para firmware Klipper;
  • como será alimentada a placa e as cargas;
  • se você tem ADC/PWM/I2C/SPI/UART suficiente para a tarefa;
  • se há espaço no gabinete para montagem.

Se estiver planejando um Klipper MCU, verifique com antecedência as instruções existentes para sua placa específica e método de flash.

Erros comuns

  • applying 5V to RP2040 GPIO;
  • alimentar um servo ou relé de 3V3;
  • esquecendo o GND comum com MOSFET/driver;
  • pensar que o Pico W é um Pico normal e não contabilizar os recursos usados/energia Wi-Fi;
  • buying Pico 2 expecting exact RP2040 behavior;
  • medindo 24V/24V em ADC sem divisor;
  • conectar um aquecedor diretamente a um pino;
  • escolha RP2040 para tarefa de Wi-Fi quando um Pico normal não tem Wi-Fi;
  • não verificar a pinagem de um clone específico.

Pontos principais

RP2040 e Raspberry Pi Pico são uma escolha forte para periféricos DIY com fio e MCU adicionais no Klipper. A placa é barata, compreensível, bem documentada e fácil de atualizar.

Mas o RP2040 é um microcontrolador 3.3V, não um controlador de energia. As cargas são conectadas por meio de drivers, MOSFET, relés ou SSR. Para tarefas Wi-Fi, você precisa do Pico W ou outro controlador de rede.