Arduino UNO Q pinout

Se hai letto il mio precedente articolo introduttivo sull’Arduino Uno Q sai già che il fattore di forma ( form factor ) è rimasto invariato per la parte superiore della board:

Le principali differenze riguarda la parte sul retro della scheda in cui sono presenti, oltre ai componenti necessari al funzionamento della board, due connettori da 60 pin ciascuno.

Le funzioni sia dei pin presenti presenti nella parte superiore sia sulla parte sottostante le leggerai in questo articolo.

Arduino UNO Q pinout

Come siamo da sempre abituati, sul sito Arduino sono disponibili informazioni e documentazione sufficiente a consentirti di apprendere subito come poter sfruttare al massimo tutte le caratteristiche della Arcuino Uno Q.

Le informazioni che leggerai in questo articolo sono state prese dalla documentazione ufficiale ad oggi.

Il pinout frontale

il pinout sulla parte superiore mantiene, come hai letto, il form factor classico dell’Arduino Uno classica:

partendo dalla parte destra, mostrata nella schermata sopra, trovi i pin digitali D0-D13 oltre a due nuovi pin D20 e D21, ma andiamo con ordine:

I pin D0-D13 sono tutti digitali e di questi i consueti D3,D5,D6,D9,D10 e D11 sono di tipo PWM;

per mantenere la compatibilità con le shield che usano segnali specifici come SPI i pin D10-D13 hanno funzionalità aggiuntive, rispettivamente SS, MISO, MOSI, SCK;

i pin D0 e D1 sono connessi ad una UART ( Seriale ) anche se nell’utilizzo deìovrai passare dalla MPU, il processore Qualcom, vedrai come usare la comunicazione Seriale in un prossimo articolo;

il pin D3 è OUTPUT Analogico dell’amplificatore operazionale interno all’STM32U5 che ha i suoi due ingressi sul lato sinistro della scheda ai pin A2 ed A3 rispettivamente NON Invertente ed Invertente, di questo amplificatore operazionale leggerai sicuramente altre informazioni in futuro.

Sulla parte sinistra della scheda, osservandola come nell’immagine, trovi, dalla’alto verso il basso, i pin relativi all’alimentazione, nella stessa posizione a cui sei già abituato ed a seguire i 6 pin di INPUT analogico A0-A5.

Di base questi pin sono possono essere utilizzati come già sei abituato per leggere segnali analogici iin ingresso con la particolarità che sono a 14bit invece che a 10 o a 12 bit, ciò significa che i valori di lettura in ingresso saranno 16384 ( da 0 a 2^14 = 16383 );

i pin A2 ed A3 hai già letto che sono sia input analogici sia ingressi dell’amplificatore operazionale interno del microcontrollore;

gli ultimi due pin, presenti su questo lato della scheda, mantengono per retrocompatibilità ( ossia per essere compatibili con le shield esistenti ) funzioni I2C ( SDA ed SCL ) come dalla prima Arduino UNO.

Su questo lato della scheda c’è un pin nuovo, in alto, prima di tutti: BOOT è direttamente connesso all’omonimo pin del micro controllore, che ha diverse modalità di boot selezionate in base al livello logico presente sul pin BOOT quando fai il reset o lo alimenti:

• BOOT = LOW (0V) → avvio normale dalla Flash interna, cioè esegue il programma caricato nella memoria. È come funziona normalmente;
• BOOT = HIGH (3.3V) → avvio dal bootloader di sistema, una piccola routine ROM integrata nello STM32 che permette di programmare il chip tramite interfacce seriali (UART, USB, SPI, I2C) senza bisogno di un programmatore esterno.

Quando caricherai un programma con L’IDE arduino sarà l’IDE stesso a commutare questo pin nella corretta modalità per consentirne la programmazione e successivamente l’esecuzione dello sketch caricato.

Potrebbe tornarti utile sapere come gestirlo se:

• se carichi un firmware corrotto che impedisce la normale comunicazione, puoi forzare il bootloader  e ripristinare il funzionamento;
• desideri programmare la board direttamente via UART ad esempio in contesti industriali o di produzione;
• vuoi eseguire un aggiornamento firmware personalizzato, senza passare dall’IDE di Arduino

QWIIC

non è una novità sulle schede Arduino ma certamente merita una menzione.

l connettore QWIIC sull’Arduino UNO Q è un piccolo connettore JST SH a 4 pin che implementa un ecosistema di connessione rapida per dispositivi I2C, sviluppato originariamente da SparkFun Electronics.

I 4 pin del connettore

Dal pinout che hai condiviso, i pin sono:

Il QWIIC nasce per risolvere i problemi tipici del collegamento di sensori I2C tradizionale:

• Nessun errore di polarità in quanto il connettore è asimmetrico, non puoi inserirlo al contrario;
• Cavo unico ti permette di trasferire sia l’alimentazione sia i dati nello stesso cavo;
• Daisy chain puoi collegare più dispositivi in serie uno dopo l’altro, poiché I2C supporta più dispositivi sullo stesso bus;
• Nessuna saldatura o anche noto come plug & play, ideale per la prototipazione rapida;
• 3.3V nativo compatibile direttamente con la logica della UNO Q;

per questi motivi è stato integrato in questa board e ne consente l’integrazione nell’ecosistema QWIIC.

L’ecosistema QWIIC

Esistono centinaia di moduli QWIIC pronti all’uso:

• Sensori di temperatura, umidità, pressione
• Accelerometri e giroscopi
• Sensori di distanza e proximity
• Display OLED
• Moduli GPS
• Sensori di qualità dell’aria

Il connettore QWIIC è fisicamente identico al connettore Stemma QT di Adafruit, quindi i moduli delle due piattaforme sono intercambiabili senza adattatori.

Questo ti apre un ecosistema ancora più vasto di sensori e moduli disponibili sul mercato.

Per i progetti con l’Arduino UNO Q, il QWIIC è probabilmente il modo più veloce e sicuro per collegare sensori esterni, specialmente in ambito AI dove potresti aver bisogno di acquisire dati da più sorgenti contemporaneamente.

Tutti questi pin sono gestiti dal microcontrollore: STM32U585 Arm® Cortex®-M33 up to 160 MHz e quindi programmabili con l’IDE 2.0.x a cui sei abituato.

Su questo lato della board trovi anche la Matrice di led 13 x 8 che approfondò in un prossimo articolo.

Il pinout sul retro

sul retro dell’Arduino Uno Q trovano posto, oltre all’MCU ( Micro Controller Unit ) ed alla eMMC anche sue file di connettori, ciascuno da 60 pin:

divisi in due:

• JMISC
• JMEDIA

recuperando alcune informazioni dal sito ufficiale arduino.cc e da alcuni altri siti web puoi comprendere in generale l’uso di questi due connettori:

si tratta di due connettori ad alta densità con una distanza tra i pin di appena 0,5 mm adatta a connettori con queste caratteristiche pensati e predisposti per espansioni avanzate tramite shield o carrier board.

A parte questi tre aspetti non hanno molte cose in comune, ecco nel dettaglio:

JMISC

JMISC è un header a tensione mista che espone sia segnali gestiti dalla MPU sia segnali gestiti dalla MCU insieme ai pin audio analogici gestiti dal PMIC .

La MCU ( STM32U585 ) funziona con una tensione di 3,3V mentre la MPU ( Qualcomm QRB2210 ) lavora a 1,8v questo intendi dicendo che il connettore JMISC  è a tensione mista.

L’MCU si occupa della gestione dei seguenti gruppi di segnali:

• SDMMC1 per storage
• TRACE per il debug
• PSSI (interfaccia camera parallela)
• I²C4
• MCO/CRS_SYNC
• OPAMP1

schematizzandoli in una tabella:

l’MPU è responsabile dei segnali disponibili sui GPIO:

• SOC_GPIO_0÷3_SE0
• SOC_GPIO_82_SE0
• SOC_GPIO_86_SE0
• SOC_GPIO_18
• SOC_GPIO_28
• SOC_GPIO_98÷101 queti ultimi non sono utilizzabili come normali GPIO.

mentre i segnali Audio analogici, indicati nella figura del pinout con il colore verde pieno sono gestiti dal PMIC ( Power Management Integrated Circuit ) il PM4125 della Qualcomm.

IL PM4125 integra un codec audio analogico che include:

• un amplificatore di segnale di tipo microfono;
• il driving delle cuffie e altoparlanti;
• la conversione analogico-digitale e digitale analogico del segnale audio
• la rilevazione del jack cuffie (HS_DET)

riportandoli in forma di tabella come prima:

oltre a questi pin hai a disposizione i pin di alimentazione come puoi vedere:

di cui i primi 3 sono di tipo output ciascuno con una delle tensioni disponibili sul connettore ed i 2 pin di INPUT di alimentazione.

JMEDIA

JMEDIA è il connettore dedicato alle interfacce di camera e display ad alta velocità dell’Arduino UNO Q.
È gestito esclusivamente dall’MPU (Qualcomm QRB2210) e opera a 1.8V su tutti i segnali anche se trovi disponibili sul connettore sia i 3,3 volt in output e il Vin;
ho ragruppato le funzioni principali di seguito:

Display – MIPI DSI

È una interfaccia per collegare display ad alta risoluzione direttamente all’MPU:

Camera 0 – MIPI CSI

È l’interfaccia destinata alla connessione di una camera fino a 13MP o 25MP@30fps:

Camera 1 – MIPI CSI

È l’interfaccia destinata ad una seconda camera:

CCI I2C – Controllo della camera

Il bus CCI I²C è dedicato al controllo dei sensori camera ed è un bus dedicato, non utilizzabile come GPIO generico:

Clock Camera

Per concludere il pinout dei due nuovi connettori ad alta intensità potresti riassumere l’ambito di applicazione per ciascuno come:

JMISC: è essenzialmente il connettore di espansione avanzata dell’UNO Q, pensato per chi vuole progettare carrier board personalizzate che sfruttino le capacità multimediali, audio e di I/O ad alta velocità della board, sia lato Linux (MPU) che lato real-time (MCU).

JMEDIA: è il connettore pensato per applicazioni di Machine Vision e AI visiva, permettendo di collegare fino a due camere MIPI e un display MIPI DSI direttamente al processore Qualcomm, ed é il cuore hardware per tutti i progetti che richiedono visione artificiale, riconoscimento immagini e video processing in tempo reale.

Nei prossimi articoli leggerai di altre parti della nuova Arduino Uno Q e inizierai ad utilizzarla sia per gestire semplici progetti di esempio sia nella sua componente Linux.