Serial Expansion HAT
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说明
产品介绍
Serial Expansion HAT是一款专为树莓派设计的串口扩展板，可通过I2C扩展两路UART通道和8个可编程IO
特点
- 基于Raspberry Pi 40pin GPIO接口，适用于Raspberry Pi系列主板
- 板载SC16IS752，可通过I2C扩展两路UART通道和8个可编程IO，不需要占用额外管脚
- 通过改变地址跳线可同时接入多达16个模块，相当于扩展出32个串口
- 板载多个指示灯，方便查看UART扩展接口的工作状态
- 预留I2C控制接口，方便接入其他主控板
- 提供完善的配套资料手册(提供C与python例程)
产品参数
- 工作电压：3.3V
- 扩展芯片：SC16IS752
- 控制接口：I2C
- 产品尺寸：65mm × 30mm
- 过孔直径：3.0mm
资源介绍
SC16IS752是双通道高性能的UART扩展芯片，还能额外提供8个可编程IO口，支持SPI和I2C两种接口通信，本模块默认使用I2C接口，并可更改A0与A1的连线方式来改变I2C设备地址。
接口介绍
| 标识 | 描述 |
| 3V3 | 3.3V电源 |
| GND | 电源地 |
| TXDA | 通道A数据输出端 |
| RXDA | 通道A数据输入端 |
| RTSA | 通道A请求发送 |
| CTSA | 通道A允许发送 |
| TXDB | 通道B数据输出端 |
| RXDB | 通道B数据输入端 |
| RTSB | 通道B请求发送 |
| CTSB | 通道B允许发送 |
LED灯介绍
PWR：电源指示灯
TXDA: 通道A数据发送指示灯
RXDA: 通道A数据接收指示灯
TXDB: 通道B数据发送指示灯
RXDB: 通道B数据接收指示灯
I2C设备地址设置说明
A0, A1列为控制I2C硬件地址，通过焊接0R电阻选择地址，它们的对应关系如下表格：
详见datasheet:Page39
可以看到表中的列出来的地址均为8位数据，在实际操作中的I2C地址7位，所以需要往最低位移一位。 比如说第一个A1和A0接到VDD, 表格中给出来的地址是0x90(1001 000X), 但是实际使用的时候，对应的设备地址应该时，100 1000， 即0x48.
【注意】本模块默认焊接A0和A1到3.3V，默认I2C地址为：0X48
通过计算，理论上可以在一个控制器上同时控制32个设备。
购买日期早于2019年12月31日为老版本，老版本由于PCB上中断管脚已经直连了，因此无法在树莓派上堆叠，需要使用杜邦线连接；
购买日期晚于2019年12月31日为新版本，需要手动焊接更改默认的中断管脚，最大支持5个堆叠，如果需要叠加更多的，需要使用杜邦线连接
对树莓派而言，使用杜邦线连接理论上不能达到连接32个，因为扩展一块就需要一个中断引脚，树莓派没有那么多的GPIO
树莓派使用
开启I2C接口
- 打开树莓派终端，输入以下指令进入配置界面
sudo raspi-config 选择 Interfacing Options -> I2C ->yes 启动 i2C 内核驱动
然后重启树莓派：
sudo reboot
安装库
如果使用bookworm系统，只能使用lgpio库，bcm2835跟wiringPi无法安装与使用,python库可以不安装，直接运行程序即可
BCM2835
#打开树莓派终端，并运行以下指令 wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.71.tar.gz tar zxvf bcm2835-1.71.tar.gz cd bcm2835-1.71/ sudo ./configure && sudo make && sudo make check && sudo make install # 更多的可以参考官网：http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/
wiringPi
#打开树莓派终端，并运行以下指令 cd sudo apt-get install wiringpi #对于树莓派2019年5月之后的系统（早于之前的可不用执行），可能需要进行升级： wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb gpio -v # 运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错 #Bullseye分支系统使用如下命令： git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi cd WiringPi ./build gpio -v # 运行gpio -v会出现2.70版本，如果没有出现说明安装出错
lgpio
wget https://github.com/joan2937/lg/archive/master.zip unzip master.zip cd lg-master sudo make install # 更多的可以参考官网：https://github.com/gpiozero/lg
- python库
sudo apt-get install python-dev sudo apt-get install python-rpi.gpio sudo apt-get install python-smbus
生成设备
- 在/boot/config.txt中加入如下
sudo nano /boot/config.txt # addr根据A0A1实际焊接方式设置，默认是0X48 dtoverlay=sc16is752-i2c,int_pin=24,addr=0x48 # 重启设备 sudo reboot
- 重启后，SC16IS752的驱动会加载到系统内核中，此时可以运行ls /dev查看一下 将会多出如下设备：
其中GPIOchip对应的是8个GPIO驱动（2020-02-13之前的生成的是gpiochip3,之后的系统生成的是gpiochip2），ttysc0和ttysc1为两个串口驱动
如果需要堆叠的话，第二个模块不能直接插在树莓派，由于PCB上使用的中断引脚是一样，会导致无法识别出多个设备。
此时应该使用杜邦线连接，并 保证中断引脚不一致。同时config.txt中的命令应该修改为
dtoverlay=sc16is752-i2c,int_pin=xx,addr=0x48
xx为你实际插的BCM编码引脚
测试程序
下载例程
wget http://www.waveshare.net/w/upload/b/ba/Serial_Expansion_HAT_code.tar.gz tar zxvf Serial_Expansion_HAT_code.tar.gz sudo chmod 777 -R Serial_Expansion_HAT_code cd Serial_Expansion_HAT_code
测试串口
- c语言,默认波特率115200
#默认通过串口A发送数据 cd c/uart/send make clean make sudo ./uart_send
#默认通过串口B接收数据 cd c/uart/receive/ make clean make sudo ./uart_receive
- 测试
为了方便测试，把TXDA连接至RXDB,RXDA连接至TXDB，打开两个终端，一个终端先运行接收端程序，另一个终端再运行发送端程序。
测试现象：每隔100毫秒将发送一个ascii字符到接受端，接受端接收到~字符即结束阻塞监听。
如果接外部的串口，要共地处理。
- python,默认波特率115200
cd python/Uart/ #默认通过串口A发送数据 sudo python send.py #默认通过串口B接收数据 sudo python receive.py
测试现象：若是接收端，会进入接收状态，终端打印接收到的程序。发送端会立即发送设置好的字符串。
测试扩展GPIO
- c语言
cd c/gpio/ make clean make sudo ./main
运行程序后，程序会翻转GPIO0的电平，如果在GPIO0上接上LED灯，会发现LED灯闪烁
- python
cd python/GPIO sudo python gpio.py
运行程序后，程序翻转GPIO0的电平几次，如果GPIO0上接上LED灯，会发现LED灯闪烁五次之后常亮，另外GPIO1被设置为输入模式，你可以将GPIO1分别接到3.3V和GND查看一下状态
叠加教程
如果你不仅需要一个，你需要扩展多个串口需要按照如下操作（适用于新版本）。
安装i2c-tools，方便查看I2C地址，在控制台输入：
sudo apt-get install i2c-tools
等待安装成功，执行如下命令查看I2C地址。
sudo i2cdetect -y 1
如果默认已经插入了一个Serial Expansion HAT,那么执行如下命令会得到如下的效果：
其中0X48的设备显示成了UU，说明系统已经加载成功了。运行ls /devttySC*可以查看到已经生成了两个串口设备了。
在叠加第二块模块的之前，需要修改相应的硬件设置，将板子上的默认INT与I2C address的配置改成与默认的不一致即可，这里将需要叠加的另一块板改了：INT PIN改成P23,I2C Address的A0改到了GND:
修改完成之后，将模块叠加在之前的模块上，运行命令：
新的模块的I2C地址为0X49,前面已经修改了中断管脚为23，那么我们就可以打开/boot/config.txt中加入如下配置：
sudo nano /boot/config.txt
在之前配置下方加入如下，保存并退出(ctrl +x,然后执行Y，并回车)：
dtoverlay=sc16is752-i2c,int_pin=23,addr=0x49
重启树莓派
sudo reboot
执行如下命令，会出现4个设备号，叠加即成功了。
由于系统限制，目前支持最大叠加数为4个,后续会支持更多
FAQ
可以堆叠，需要修改板子I2C电阻和中断管脚电阻，同时config.txt中的命令需要修改对应的中断引脚
- 树莓派装了主流的ubuntu系统可以使用；
- 不可以在树莓派中直接更改config.txt文件，在树莓派打开boot文件夹里config.txt为空文件，一般是改不了；
- 而是将树莓派的SD卡通过读卡器在电脑下（或者其它能识别SD卡的主机）读取和更改config.txt文件。
技术支持
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