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Le GPIO 40 broches du Raspberry Pi 3, Pi 2, Pi B + ET les HATs

Un des grands points intéressants du Raspberry Pi est qu'il dispose d'un connecteur GPIO sur lequel vous pouvez connecter du matériel externe.

Entre le Pi B et le Pi B+ (ou Pi-2, Pi-3), le GPIO est passé de 26 à 40 broches... quel changement! mais aussi quelques recommandations d'usage... vous apprendrez aussi ce qu'est ce fameux ID EEPROM et les HATs...

Nous vous souhaitons une très agréable lecture.

Pi B et Pi B+/Pi-2/Pi-3: la compatibilité du GPIO 

Avec l'arrivée du Raspberry Pi-B PLUS, vient également un GPIO étendu de 40 broches rétro-compatible avec le GPIO du Raspberry Pi B qui, lui, n'avait que 26 broches.  

Par la suite, le Raspberry-Pi 3, Raspberry-Pi 2 a débarqué avec son surcroît de puissance (6 fois plus rapide) et avec un GPIO 40 broches identique au Pi B plus. Yes!!!!

Les 26 premières broches du GPIO étant identiques entre le Raspberry-Pi modèle B et le Raspberry-Pi B+/Pi-2/Pi-3, tout ce que vous appendrez sur le GPIO du modèle B fonctionnera à l'identique aussi sur un modèle B+/Pi-2/Pi-3 :-) 
Source: Wiki de MCHobby consacré au Raspberry Pi
La seule vraie différence réside dans la longueur du GPIO du modèle B+/Pi-3/Pi-2 qui contient des broches en plus... et le Pi-Cobbler PLUS qui à également grandi pour accueillir les broches en plus.

Et le PiZero dans tout cela?
Le Pi 3 et le Pi 2 ont exactement le même GPIO que le Pi-Zero.
Pratique n'est-ce pas?
Wiki de MCHobby consacré au Raspberry Pi

GPIO? KASEKO?!?
GPIO est l'acronyme anglais de "General Purpose Input Output" ce que l'on traduirait pas Entrée/sortie pour usage général.
Le connecteur GPIO dispose actuellemet du différents type de connexions. Elles sont:
  • De vraies broches GPIO (General Purpose Input Output) avec lesquels vous pouvez allumer/éteindre des LED, etc.
  • Des broches pour une interface I2C qui permet de se connecter sur du matériel en utilisant uniquement 2 broches/pins de contrôle.
  • Une interface SPI pour les périphériques SPI, a concept similaire à I2C mais avec un standard différent.
  • Les broches Rx et Tx pour la communication avec les périphériques séries.
De plus, certaines broches peuvent être utilisé en:
  • PWM (acronyme de "Pulse Width Modulation" pour modulation de largeur d'impulsion) permettant le contrôle de puissance
  • PPM (acronyme de "Pulse Position Modulation" pour modulation positionnelle d'impulsion) permettant de contrôler des servo moteurs.
Note: En télécommunication, « Pulse Position Modulation » est schéma de modulation dans lequel l'information est contenue dans la position temporelle d'une impulsion dans le signal.
Dans ce tutoriel, nous n'allons pas vraiment construire quelque-chose, mais nous allons apprendre comment configurer votre Raspberry Pi et installer des librairies prêtes à l'emploi permettant d'ajouter du matériel électronique sur la petite boite magique.

Le connecteur GPIO
Les 26 premières broches
Le diagramme ci-dessous présente les broches 26 premières broches du GPIO communes entre le Raspberry Pi B et le Raspberry Pi-B PLUS/Raspberry Pi-2
Les 26 premières broches du GPIO sur un Raspberry Pi B = Raspberry Pi B PLUS
En plus de fournir des sources d'alimentation (GND, 3.3V and 5V), toutes les broches GPIO peuvent être utilisées soit comme entrée, soit comme sortie digitale. Les broches nommées SCL et SDA peuvent être utilisés pour l'interface I2C. Les broches nommées MOSI, MISO et SCKL peuvent être utilisé pour y connecter des périphériques SPI.
Une broche du GPIO ne peut pas fournir plus de 17mA... et la totalité de la consommation sur le GPIO ne peut pas dépasser 50mA.
Un des procédés les plus populaires permettant de se connecter sur le Pi est d'utiliser un Pi Cobbler.

Pi-Cobbler pour Raspberry Pi B
Les broches 27 à 40
Si vous avez la chance de disposer d'un Raspberry Pi-B PLUS ou d'un Raspberry-Pi 2, vous noterez qu'il y a des broches en plus sur le GPIO. Ce connecteur étant maintenant passé à 40 broches.
Le fil de couleur (le détrompeur) identifiant la broche 1 se trouve toujours du côté de la carte microSD (opposé au connecteur RJ 45)
Voici donc la position et désignation de ces nouvelles broches.
Les 14 broches supplémentaire d'un Raspberry Pi B+ / Raspberry Pi-2
Un des procédés les plus populaires permettant de se connecter sur le Pi 2 ou Pi B+ est d'utiliser un Pi-Cobbler PLUS. C'est le grand frère du Pi-Cobbler, juste plus large pour pouvoir accueillir les broches de 27 à 40.
Pi-Cobbler PLUS disponible chez MCHobby
Si vous disposez d'un ancien Pi-Cobbler, vous pouvez toujours l'utiliser sur votre Raspberry Pi-B PLUS ou votre Raspberry-Pi 2 en faisant appel à un câble GPIO Downgrade
Raspberry Pi B PLUS - GPIO Downgrade

Recommandation d'usage pour le Pi-2 et Pi B+

La Pi B+ (et donc le Raspberry-Pi 2) à été conçu en prévoyant l'identification et la compatibilité des cartes d'extension que vous pourriez enficher sur votre Pi B+ (Pi-2). Ces cartes sont appelées HATs pour Hardware Attached on Top (Matériel branché au dessus... du Pi).
D'une façon générale, il n'est pas recommandé d'utiliser ces nouvelles broches tant que cela n'est pas absolument nécessaire. Cela offre une rétro compatibilité complète avec le Pi B qui à quand même encore de beaux jours devant lui.
Si vous avez l'intention de réaliser des cartes d'extension pour votre Pi, nous vous recommandons de prendre connaissances des informations ci-dessous. Si, dans un premier temps, vous n'êtes intéressé que le hacking alors vous pouvez remettre cette lecture à plus tard.

ID EEPROM - une nouvelle fonctionnalité utilisant les broches ID_SC et ID_SD
La fonction des nouvelles broches ID_SC et ID_SD est exclusivement réservée à l'usage d'une EEPROM d'identification (ID EEPROM). Cette dernière contient les informations d'identification structurée de la carte qui seront lue par l'OS.
Cela permet d'ajouter une carte qui sera automatiquement identifiée et configurée par les logiciels du Pi au moment du boot incluant, notamment, le chargement de tous les pilotes nécessaires.
Si vous désirez allez plus loin que le hacking du GPIO et réaliser vos propres cartes d'interfaces/d'extension, vous trouverez les informations ci-dessous vraiment très intéressante.

Exigence fondamentales pour les nouvelles cartes d'extensions

Il est nécessaire de suivre les conditions suivantes si vous désirez faire du hacking ou créer de nouvelles cartes utilisant les nouvelles broches supplémentaires sur le GPIO du Pi-2 et Pi B+ (de 27 à 40):
  1. Pour les cartes: Le connecteur doit inclure elles broches ID_SD et ID_SC et doit:
    1. soit utiliser un ID EEPROM valide sur ces broches
    2. soit raccorder ID_SD à la masse/GND (permet au Pi de savoir qu'il y a une carte branchée) et laisser la broche ID_SC déconnectée.
  2. Si vous alimentez le Pi par l'intermédiaire du GPIO alors vous devez vous assurer de protéger votre circuit au cas où votre Pi serait également connecté sur une alimentation. L'ideal est d'ajouter une une diode 'de protection' identique à celle utilisé sur le B+ (voir le guide de conception à la section adéquate).
  3. La carte doit être préparée (et protégée) afin de supporter les anciens firmware qui peuvent activer les GPIO 6,16 sur le B+ ainsi que le GPIO 14 (TDX) durant le boot. Garder cela à l'esprit si votre carte/projet pilote directement ces broches.

Exigences B+/Pi-2 HAT

HAT ?!?! KASEKO?

Le mot HAT signifie Hardware Attached on Top (Matériel branché au dessus... du Pi). Vous l'aurez compris, il s'agit des nouvelles cartes d'extension pour Raspberry-Pi B+/Raspberry Pi-2 utilisant le GPIO 40 broches.

Spécifications/exigences HAT

Une carte d'extension peut porter le nom de HAT seulement si:
  1. Elle remplit les exigences de base d'une carte d'extension (voir HAT Design Guide dont une partie traduit ci-dessus)
  2. Elle dispose d'une ID EEPROM valide (incluant les informations vendeur, GPIO map et un bloc dinformation DT blob valide).
  3. Elle dispose d'un connecteur 40 broches pour s'enficher sur tout le GPIO du B+/Pi-2.
  4. Elle suit les recommandations/spécifications mécaniques du HAT (accessibles ici sur le GitHub Raspberry-Pi)
  5. Elle utilise un connecteur GPIO laissant un espace de 10 à 12mm entre le Pi et le HAT (Ex. utilise des entretoises entre 10 et 12mm).
Les utilisateurs/concepteurs restent, bien entendu, libre d'ajouter une ID EEPROM sur les cartes d'extensions non conforme avec les spécifications HAT - la fondation Raspberry l'encourage d'ailleurs fortement; mais seules les cartes répondants aux spécifications peuvent être appelées HAT... ce terme doit être connu pour identifier des entités facilitant les vie de leurs utilisateurs, plus particulièrement les 'non techniciens' d'entre-eux.

Tutoriel
Les informations de cet article proviennent de notre tutoriel sur le GPIO du Raspberry-Pi B et B-Plus.
Ce tutoriel contient encore de nombreuses autres informations que vous trouverez ici:

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