USB to GPIO: особенности, применение и преимущества преобразователей интерфейсов

Что такое USB to GPIO преобразователи. Как они работают и для чего используются. Какие возможности открывают USB to GPIO адаптеры для разработчиков и инженеров. Какие преимущества дает использование USB to GPIO конвертеров.

Что такое USB to GPIO преобразователи и как они работают

USB to GPIO преобразователи — это устройства, позволяющие подключать различные периферийные устройства с GPIO (General Purpose Input/Output) интерфейсом к компьютеру через USB-порт. Они выполняют функцию моста между USB и GPIO интерфейсами, обеспечивая двустороннюю передачу данных и сигналов управления.

Принцип работы USB to GPIO преобразователей заключается в следующем:

1. Устройство подключается к USB-порту компьютера
2. Специальная микросхема в преобразователе эмулирует виртуальный COM-порт
3. Программное обеспечение на компьютере взаимодействует с преобразователем через этот виртуальный COM-порт
4. Микроконтроллер в преобразователе конвертирует команды из USB в сигналы GPIO и наоборот

Таким образом обеспечивается двусторонняя связь между компьютером и подключенными GPIO устройствами. Это позволяет управлять GPIO выводами и считывать их состояние программно через USB интерфейс.

Основные сферы применения USB to GPIO преобразователей

USB to GPIO преобразователи нашли широкое применение в различных областях электроники и разработки встраиваемых систем:

• Разработка и отладка электронных устройств
• Автоматизация тестирования электронных компонентов
• Управление промышленным оборудованием
• Создание систем «умный дом»
• Робототехника и мехатроника
• Образовательные проекты по электронике

Возможность программного управления GPIO через USB значительно упрощает взаимодействие с различными датчиками, исполнительными механизмами, дисплеями и другими периферийными устройствами. Это делает USB to GPIO преобразователи незаменимым инструментом для инженеров и разработчиков.

Преимущества использования USB to GPIO адаптеров

USB to GPIO преобразователи обладают рядом важных преимуществ по сравнению с прямым подключением GPIO устройств:

• Универсальность — возможность работы с любым компьютером, имеющим USB-порт
• Простота подключения — не требуется установка дополнительных драйверов
• Гальваническая развязка — защита компьютера от повреждений
• Дополнительное питание для подключаемых устройств
• Поддержка различных интерфейсов (I2C, SPI, UART) помимо GPIO
• Возможность программного управления на высоком уровне

Эти преимущества делают USB to GPIO преобразователи оптимальным решением для быстрого прототипирования и отладки электронных устройств. Они позволяют значительно сократить время разработки и упростить процесс тестирования.

Популярные модели USB to GPIO преобразователей

На рынке представлено множество моделей USB to GPIO преобразователей от различных производителей. Рассмотрим несколько популярных вариантов:

FT232H от FTDI Chip

Универсальный преобразователь с поддержкой UART, SPI, I2C и GPIO интерфейсов. Позволяет настраивать до 8 GPIO линий. Работает на высоких скоростях передачи данных.

MCP2221A от Microchip

Недорогой USB to GPIO/I2C преобразователь с 4 настраиваемыми GPIO выводами. Имеет встроенный АЦП и ШИМ-модуль. Хорошо подходит для простых проектов.

CH340G

Популярный китайский USB to UART преобразователь с возможностью настройки GPIO. Отличается низкой ценой, но имеет ограниченную функциональность.

При выборе конкретной модели следует учитывать требования проекта по количеству GPIO линий, поддерживаемым интерфейсам и скорости передачи данных.

Программирование USB to GPIO преобразователей

Для работы с USB to GPIO преобразователями используются различные программные инструменты и библиотеки. Рассмотрим основные подходы к программированию:

Низкоуровневое программирование

Предполагает прямое управление регистрами преобразователя через драйвер виртуального COM-порта. Требует глубокого понимания принципов работы устройства, но обеспечивает максимальную производительность.

Использование готовых библиотек

Многие производители предоставляют API и библиотеки для работы со своими преобразователями. Это значительно упрощает разработку, но может ограничивать гибкость.

Кроссплатформенные фреймворки

Существуют универсальные библиотеки (например, libusb), позволяющие работать с различными USB устройствами на разных операционных системах. Они обеспечивают высокую переносимость кода.

Выбор метода программирования зависит от конкретной задачи, опыта разработчика и требований к производительности и переносимости.

Особенности применения USB to GPIO в промышленной автоматизации

USB to GPIO преобразователи находят широкое применение в системах промышленной автоматизации. Они позволяют подключать к компьютерам различные датчики, исполнительные механизмы и другое оборудование с GPIO интерфейсом. Рассмотрим основные особенности использования USB to GPIO в промышленности:

• Повышенные требования к надежности и отказоустойчивости
• Необходимость защиты от электромагнитных помех
• Расширенный температурный диапазон работы
• Поддержка промышленных протоколов (Modbus, Profibus и т.д.)
• Возможность монтажа на DIN-рейку

Для промышленного применения выпускаются специализированные модели USB to GPIO преобразователей в защищенных корпусах с расширенным набором интерфейсов. Они обеспечивают надежную работу в сложных производственных условиях.

Перспективы развития технологии USB to GPIO

Технология USB to GPIO продолжает активно развиваться. Основные направления развития включают:

• Увеличение скорости передачи данных (переход на USB 3.0 и выше)
• Расширение функциональности (поддержка новых интерфейсов)
• Уменьшение энергопотребления
• Повышение уровня защиты от внешних воздействий
• Интеграция с беспроводными технологиями (Wi-Fi, Bluetooth)

Развитие технологии USB to GPIO открывает новые возможности для создания компактных и эффективных систем управления различными устройствами. Это способствует дальнейшему распространению данной технологии в различных областях электроники и автоматизации.

Заключение: роль USB to GPIO в современной электронике

USB to GPIO преобразователи играют важную роль в современной электронике, обеспечивая простой и универсальный способ подключения различных устройств с GPIO интерфейсом к компьютерам. Они значительно упрощают процесс разработки и отладки электронных устройств, позволяя быстро создавать прототипы и проводить тестирование.

Основные преимущества USB to GPIO технологии:

• Универсальность и простота использования
• Широкие возможности программного управления
• Поддержка различных интерфейсов помимо GPIO
• Гальваническая развязка для защиты оборудования

Благодаря этим преимуществам USB to GPIO преобразователи стали незаменимым инструментом для инженеров-электронщиков, разработчиков встраиваемых систем и специалистов по автоматизации. Они находят применение в различных областях — от образовательных проектов до промышленных систем управления.

Дальнейшее развитие технологии USB to GPIO будет способствовать созданию более эффективных и функциональных устройств, расширяя возможности взаимодействия между компьютерами и различным электронным оборудованием. Это открывает новые перспективы для инноваций в области электроники и автоматизации.

Преобразователь USB — I2C/SPI/GPIO интерфейсы на Atmel AT90USB647 / Блог им. dr-mobius / Сообщество EasyElectronics.ru

Блог им. dr-mobius

Описание

userial — проект, позволяющий создать свободный мост между USB и устройствами использующими I2C/SPI/GPIO интерфейсы, на основе процессора фирмы Atmel AT90USB647. Аппаратное и программное обеспечение реализовано в соответствии с Общедоступной лицензией ( Open Source licence ).

Поддерживаются следующие интерфейсы:

* 1 × интерфейс USB (последовательная эмуляция)
* 1 × JTAG интерфейс
* 1 × I2C (TWI)
* 1 × SPI
* 8 × цифровых вводов/выводов
* 4 × Аналога к цифровым конвертерам

Устройство общается с главным компьютером, используя CDC (коммуникационный класс устройства USB).

Это облегчает использовать userial, не устанавливая драйвер устройства или специальные библиотеки.

Использование интерфейса основанного на ASCII командах, позволяет легко обращаться к исполнительным устройствам вручную, с использованием простой терминальной программы. Это дает возможность получать быстрые результаты, формировать устройства « на лету « или управлять прототипами напрямую.

Схемы и программное обеспечение распространяются свободно.

Программируемое оборудование выпущено в соответствии с лицензией Массачусетского технологического института ( MIT license), аппаратные средства реализованы в соответствии с (Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License).

Документация

* Руководство пользователя в формате HTML
* Руководство пользователя в Формате PDF

Загрузка

* Firmware (v1.9, совместимое с userial аппаратными средствами v1.0 и Bumble-B board )
* Схема в PDF (v1.0)
* Схема в PNG (v1.

0)
* Исходные файлы для Eagle (v1.0)
* файлы для Gerber (v1.0)

Если Вам не хочется создавать свои собственные аппаратные средства, то Вы можете поискать Bumble-B от Fletchtronics. Это — довольно недорогое устройство, основанное на чипе AT90USB162, поддерживаемое программным обеспечение userial, начиная с версии 1.9.

Fletchtronicsc продает готовые устройства названные Bumble-B с перенесенным userial на процессоре AT90USB162.

.

Все новости могут быть прочитаны в userial news archive…

Перевод с английского dr-mobius
Оригинал статьи на английском.

• I2C,
• Atmel,
• GPIO,
• SPI,
• JTAG,
• USB адаптер

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.

GPICommander — 24 входа / 8 выходов, интерфейс GPI

24 входа / 8 выходов, интерфейс GPI

GPICommander состоит из двух вещей: конвертера USB в GPI и программного обеспечения. Вы можете отправлять или получать триггеры GPI с помощью AppleScript, поэтому его можно использовать с любым приложением macOS. Начиная с версии 2.2, также доступен REST API, поэтому вы можете очень легко отправлять и получать триггеры GPI.

При необходимости доступен SDK, если вы хотите иметь к нему прямой доступ без AppleScript (тогда он также работает в Windows и позволяет вам управлять устройством, написав код C).

Он имеет 24 входа (с открытым коллектором, общая земля) и 8 независимых релейных выходов, но, поскольку каждый блок имеет уникальный серийный номер, вы можете соединить несколько раз на шине USB, чтобы иметь больше входов и/или выходов.

Скачать бесплатно купить сейчас

Интеграция с AppleScript

Загрузите наше приложение GPICommander, чтобы вы могли:

• Инициировать AppleScript, когда любой из 8 входов меняет статус (с Вкл. на ВЫКЛ. или с ВЫКЛ. на ВКЛ.).
• Используйте AppleScripts для запуска 24 выходов блока GPICommander.

Прямая интеграция

Некоторые из наших программ имеют прямую интеграцию с GPICommander (поэтому без необходимости создавать AppleScripts). Например:

• С помощью MovieRecorder вы можете запустить запись
• С помощью OnTheAir Video вы можете воспроизводить/приостанавливать воспроизведение, переходить к следующему и т. д.
• С помощью Multicam Logger вы можете изменить выбранные углы при подключении к GPIout вашего видеомикшера

Купить

Вход/Выход	Командующий GPI
Количество входов	24 на разъеме DB 25 (масса на контакте 25)
Количество выходов	8 разъемов Phoenix с винтовыми контактами

Приложения с прямой интеграцией *	Вход GPI	Выход GPI
Видеомагнитофон
КиноРекордер Экспресс
Видеостример HLS
Многокамерный регистратор
М|Повтор
В эфире CG
Узел OnTheAir
Переключатель OnTheAir
Видео в эфире
OnTheAir Video Express

* Если вы используете GPICommander box v3, убедитесь, что ваше программное обеспечение поддерживает его.

Приложение GPICommander **	macOS	Windows	Линукс
Доступно для бесплатного скачивания		Пакет SDK доступен. Свяжитесь с нами, если вы разработчик и хотите управлять им в своем приложении.
Выходы управления (импульсный, вкл/выкл) с использованием AppleScripts
Запуск AppleScripts при изменении состояния ввода

** Если вы используете приложение, не имеющее прямой интеграции (см. выше), вы можете использовать наше приложение GPICommander, доступное для бесплатной загрузки, которое можно использовать вместе с AppleScripts для построения интеграции.

совместимость с macOS*

* Эти требования относятся к приложению GPICommander, а не к другому программному обеспечению. Не забудьте также проверить требования к программному обеспечению ящиков GPICommander, так как в зависимости от модели ящика вам потребуются определенные версии приложения Softron.

Спецификации программного обеспечения

Рекомендуемая macOS	macOS 11.0 или новее
Рекомендуемая оперативная память	2 ГБ
Рекомендуемый Mac	Должны поддерживаться все Mac.

Характеристики GPICommander Box

Требования к программному обеспечению	Из-за трудностей с получением чипа, используемого в GPICommander, у нас есть разные версии приставки (v2, 3.0, v3.1) с разными требованиями к программному обеспечению. Обязательно ознакомьтесь со следующей статьей для получения дополнительной информации о том, какое приложение поддерживает какую версию файла boc.
Входы	24 (DB25) — Входы простые «замыкание контактов», они считаются включенными при заземлении (соединены с землей на контакте 25). ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Подача напряжения на входы может привести к повреждению устройства.
Выходы	8 (Phoenix) — Выходы представляют собой простые независимые реле, которые закорачивают (соединяют) каждую пару выходных соединений (1-2, 3-4, 5-6 и т. д.). Через реле проходит напряжение до 220В.
Максимальное напряжение на выходах	Проверьте следующие характеристики.
Максимальное напряжение на входах	НЕ ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ. Не вводите никакое напряжение, ввод осуществляется простым замыканием контактов.
Подключение к главному компьютеру	USB 2.0
Мощность	По USB

Об этих спецификациях

Мы знаем, что некоторые из наших пользователей не могут часто обновлять свою macOS. Вот почему Softron старается максимально поддерживать совместимость со старыми версиями macOS, но этого не всегда удается добиться. Поскольку операционные системы, как правило, значительно улучшены по сравнению с предыдущими версиями, Softron должен использовать многие из более эффективных встроенных функций, присущих последним выпускам ОС Apple. Невыполнение этого требования будет означать, что программное обеспечение Softron будет фактически заблокировано от использования новых фреймворков, представленных в ОС. По этой причине бесплатная поддержка Softron предоставляется только для текущей и предыдущей версий macOS. Кроме того, большинство наших тестов будет проводиться на этих версиях macOS, а на предыдущей версии ОС будут выполняться только базовые тесты. Мы всегда постараемся помочь, но в некоторых случаях лучшим решением будет обновить macOS до более новой версии.

Softron не гарантирует, что эти рекомендуемые конфигурации всегда будут соответствовать конкретным требованиям пользователя. Они задуманы как рекомендации и основаны на тщательном тестировании, проведенном Softron, и могут быть изменены без предварительного уведомления. Аппаратное обеспечение, драйверы, программное обеспечение и операционные системы регулярно меняются, и мы советуем пользователям и потенциальным пользователям оценить свои требования в конкретной среде/рабочем процессе, используя демонстрационные лицензии Softron, которые можно загрузить с веб-сайта Softron.

Полезные ресурсы

• Предварительные версии
• Примечания к выпуску
• Быстрый старт
• Руководство пользователя
• Справочный центр: Содержит много полезной информации, иногда отсутствующей в руководстве пользователя.
• Канал YouTube

Инструкции по установке

После загрузки разархивируйте файл и запустите установщик. Подключите ваш GPICommander к вашему Mac через USB, затем запустите приложение GPICommander, и вы сможете им управлять.

Лицензии на программное обеспечение

Приложение GPICommander — это бесплатное приложение для использования с устройством GPICommander.

Инструкции по обновлению/обновлению

Просто скачайте последнюю версию и замените предыдущую версию. Всегда рекомендуется запускать обширные тесты с вашим конкретным рабочим процессом и настройкой, прежде чем запускать новую версию в производство. Для этого вы можете использовать бесплатную демо-версию на отдельном компьютере. Предыдущие устаревшие версии доступны на общей странице загрузок.

Устаревшие версии

GPi CASE 2 — Retroflag

GPi CASE 2 — Retroflag

Безопасное отключение
Добавить Кнопки Turbo и Home
Светодиодный индикатор питания
Кнопка добавления режима энергосбережения
Встроенная литиевая батарея емкостью 4000 мАч
3,0-дюймовый TFT-экран (640*480)
В стиле Game Boy Корпус Raspberry Pi
Совместим с вычислительным модулем Raspberry Pi 4
GPi CASE 2 Dock поддерживает выход HDMI на телевизор.

КУПИТЬ чехол GPi 2 КУПИТЬ чехол GPi 2+ДОК

Инструкция по эксплуатации

Играйте в любое время и в любом месте. Вы можете подключить GPi CASE 2 к док-станции. для зарядки. Поддержка выхода HDMI на телевизор или проектор для игр на большом экране. Док-станция GPi CASE 2 предлагает 2 порта USB для проводных USB-контроллеров, клавиатуры, мыши и т. д.

• 1. USB 2.0
• 2. USB 2.0
• 3. Вход питания USB-C
• 4. Выход HDMI (720p или 1080p)

---

---

GPi CASE 2 может иметь функции БЕЗОПАСНОГО ВЫКЛЮЧЕНИЯ. (Скрипты нужны).

* Сценарии безопасного завершения работы: https://github.com/RetroFlag/GPiCase2-Script

Зачем нам нужно устанавливать патч display GPi CASE 2 для Retropie и Recalbox?

Поскольку по умолчанию отображаются системы Retropie и Recalbox выход HDMI. GPi CASE 2 должен передавать вывод дисплея на GPIO, чтобы он работал правильно.

В честь 8-битной портативной игровой консоли Game Boy, а не только он выглядит так же, он также включает дополнительные функции, такие как скрытые кнопки X / Y L / R. плечевые кнопки, а также POWER.

---

Весь процесс можно выполнить без каких-либо инструментов.

Вставьте вычислительный модуль 4

Совместите четыре установочных отверстия

---

Нажмите двумя пальцами на место, показанное на рисунке

Нажмите двумя пальцами на место, показанное на рисунке

---

Поддерживаются следующие версии Compute Module 4, рекомендуется CM4 Lite с Wi-Fi.

CM4 Lite без WiFi

CM4 Lite с WiFi

CM4 eMMC без WiFi

CM4 eMMC с WiFi

• 1. Выключатель ПИТАНИЯ
• 2. Колесико подсветки экрана
• 3. Турбина ¹
• 4. Порт питания USB-C ²
• 5. Разъем для наушников 3,5 мм
• 6. Дом ³
• 7. Том
• 8. 3,0-дюймовый TFT Разрешение: 640*480
• 9. Кнопка режима энергосбережения ⁴

•  1. Micro-USB (обновление) ⁵
•  2. Слот для TF-карты
•  3.