RP2040 コントローラ¶

RP2040 は Raspberry Pi マイクロコントローラです。これに基づいた最も有名なボードは Raspberry Pi Pico です。

3D プリンタ周辺の DIY ペリフェラル向けに、RP2040 は最も実用的なオプションの 1 つです: 安価で、よく文書化されており、3.3V ロジックで動作し、USB 経由でフラッシュするのに便利であり、Klipper の追加 MCU として適しています。

RP2040 が有用な場所¶

RP2040 は以下に適しています:

Klipper の追加 I/O ボード
MOSFET/ドライバー経由のファンコントローラ
サーモアセンブルとシンプルなアナログセンサーの読み取り
I2C 経由の OLED 接続
SPI または UART 経由の RFID/NFC 接続
PWM 信号でサーボを制御
Wi-Fi なしのシンプルなスタンドアロンボード
センサーとインターフェースのテストベンチ

すぐにネットワーク接続が必要な場合は、ESP32 または Pico W を見る方が簡単です。Klipper の追加有線 MCU が必要な場合、RP2040 の方が便利なことが多い。

Raspberry Pi Pico が便利な理由¶

Raspberry Pi Pico は RP2040 ベースの既製開発ボードです。既に USB、フラッシュメモリ、電源レギュレータ、BOOTSEL ボタン、公開ピンを備えています。

Pico の利点:

低コスト
十分なドキュメントとピンアウト
フラッシングと通信用の USB
多くの GPIO
3.3V ロジック
2 UART、2 SPI、2 I2C
16 PWM チャネル
Pico ピン上の 3 ADC 入力
非標準インターフェース用の PIO
USB マスストレージ経由の便利な UF2 フラッシング

最初のプロジェクトでは、ベアな RP2040 チップより、はんだ付けされたピン付きの Pico または Pico H を取得する方が良いです。ベアチップはカスタムボード、フラッシュメモリ、パワー、USB、ルーティング、テストが必要です。

BOOTSEL と UF2¶

Pico の強みの 1 つは、シンプルなフラッシングプロセスです:

BOOTSEL ボタンを押し続けます。
USB をコンピュータに接続します。
ボードが USB ドライブとして表示されます。
.uf2 ファームウェアファイルをコピーします。
ボードが新しいファームウェアで再起動します。

これは MicroPython、CircuitPython、C/C++ プロジェクト、Klipper ファームウェアに便利です。初心者にとって、この方法は通常、ST-Link、DFU、または個別の USB-UART よりも理解しやすい。

RP2040 と Klipper¶

RP2040 は Klipper の追加 MCU の候補としては良い選択肢です。

典型的なスキーム:

RP2040 チップ付き Raspberry Pi Pico

出典: Wikimedia Commons、Phiarc、CC BY-SA 4.0

考え方は:

Klipper を備えた Linux ホストは主要なコントローラのままです
Pico/RP2040 は Klipper MCU ファームウェアでフラッシュされます
メインまたは追加 [mcu] セクションが printer.cfg に追加されます
RP2040 ピンはファン、センサー、PWM、その他のペリフェラルに使用できます
電力負荷は依然として MOSFET、ドライバー、リレー、または SSR 経由で接続されます

これは、ペリフェラルの一部を個別のブロックに分離する必要がある場合に有用です: たとえば、ファン、カメラセンサー、フィルター、バックライティング、ボタン、リミットスイッチ、またはサービス出力です。

GPIO と 3.3V ロジック¶

RP2040 は 3.3V ロジックで動作します。これは以下を意味します:

GPIO に 5V を印加しないでください
5V モジュール向けにはレベルコンバーターが必要な場合があります
I2C プルアップは 3.3V に向かうべきです
GPIO は負荷に直接電力を供給しないでください
ファン、LED ストリップ、リレー、またはヒーターは外部スイッチ/ドライバーが必要です

モジュールが "Arduino 互換" であることは、RP2040 に安全であることを意味しません。入力レベルとプルアップをチェックする必要があります。

電源¶

Pico は通常、USB または VSYS ピン経由で電力を供給されます。ボードにはマイクロコントローラへの電力を供給するためのレギュレータがあります。

実践的なルール:

Pico の 3V3 ピンからモーター、サーボ、リレーに電力を供給しないでください
負荷に個別の電源を使用してください
低電圧ドライバーとの共通 GND を接続してください
VSYS と USB への電力がどこから来ているかをチェックしてください
Pico 自体だけでなく、外部モジュールの電流を考慮してください

サーボまたはファンが起動するときに Pico がリセットされる場合、問題はほぼ常に電源、グラウンド、またはノイズです。

Pico 上の ADC¶

Pico にはシンプルなアナログタスクに使用できる ADC 入力があります:

電圧分圧器経由のサーモアセンブル
ポテンショメータ
光センサー
電圧分圧器経由の低電圧測定

制限事項:

ADC 入力は安全な GPIO 電圧を超えてはいけません
12V または 24V を測定するにはディバイダーと保護が必要です
サーモアセンブルには正しい抵抗値、テーブル/モデル、機械的な接触が必要です
ADC はマルチメータまたは産業用メータに取って代わりません

ヒーターについて、覚えておいてください: ADC はセンサーのみを読みます。加熱の安全性は電源スイッチ、ファームウェア制限、ヒューズ、独立した熱保護によって提供されます。

シンプルな用語での PIO¶

PIO は Programmable I/O です。RP2040 には、メインコードに常に負荷をかけずに非標準信号を生成または読み取ることができるプログラム可能なブロックがあります。

初心者は PIO で開始する必要がありません。しかし、これは RP2040 がインターフェース、タイミング、非標準ペリフェラルで人気である理由の 1 つです。

シンプルな iDryer のようなデバイスの場合、通常、正規 GPIO、PWM、I2C、SPI、UART、ADC で十分です。

Pico、Pico W、Pico 2¶

ボードを混同しないことが重要です:

Pico / Pico H — Wi-Fi なしの経典的な RP2040 ボード
Pico W / Pico WH — ボード上に Wi-Fi/Bluetooth モジュール付きの RP2040
Pico 2 / Pico 2 W — RP2350 ベースの新世代、これは RP2040 ではありません

記事またはプロジェクトが RP2040 と言うと、通常は最初の世代 Pico または互換性のあるボードを意味します。Pico 2 は概念的に似ていますが、異なるマイクロコントローラであり、ファームウェア/ピン互換性を別途チェックする必要があります。

購入前にチェックすること¶

RP2040 ベースのボードを購入する前に、チェックしてください:

オリジナルの Pico、Pico W、またはクローンであるかどうか
ピンがはんだ付けされているかどうか
必要な USB コネクタを持っているかどうか
適切なピンアウトがあるかどうか
どの GPIO が利用可能か
Wi-Fi が必要かどうか
ボードが Klipper ファームウェアに適しているかどうか
ボードと負荷にどのように電力が供給されるか
タスク用に十分な ADC/PWM/I2C/SPI/UART があるか
エンクロージャに取り付けるための余地があるか

Klipper MCU を計画する場合、事前に特定のボードとフラッシング方法の既存の指示をチェックしてください。

一般的な間違い¶

RP2040 GPIO に 5V を印加する
3V3 からサーボまたはリレーに電力を供給する
MOSFET/ドライバーとの共通 GND を忘れる
Pico W が正規の Pico であり、使用されたリソース/Wi-Fi パワーを考慮していないと考える
正確な RP2040 動作を期待する Pico 2 を購入する
ディバイダーなしで ADC で 12V/24V を測定する
ヒーターをピンに直接接続する
通常の Pico に Wi-Fi がない場合、Wi-Fi タスク向けに RP2040 を選択する
特定のクローンのピンアウトをチェックしない

キーポイント¶

RP2040 と Raspberry Pi Pico は、有線 DIY ペリフェラルと Klipper の追加 MCU の強い選択肢です。ボードは安価で、理解しやすく、よく文書化されており、フラッシングに便利です。

しかし RP2040 は 3.3V マイクロコントローラであり、電源コントローラではありません。負荷はドライバー、MOSFET、リレー、または SSR 経由で接続されます。Wi-Fi タスク向けには、Pico W または別のネットワークコントローラが必要です。