HaaS EDU K1硬件介绍

简介: HaaS EDU K1是HaaS Education Kit1的缩写,是基于四核高性能MCU-HaaS1000芯片打造的、集颜值和内涵于一身的物联网教育开发板。作为云端钉一体全链路解决方案的软硬件积木平台,深度集成了AliOS Things物联网操作系统、HaaS轻应用、小程序和阿里云物联网平台等技术和服务,让开发者可以轻松的学习和开发云端钉全链路实战项目,解决实际场景或孵化创新应用。

HaaS EDU K1是HaaS Education Kit1的缩写,是基于四核高性能MCU-HaaS1000芯片打造的、集颜值和内涵于一身的物联网教育开发板。作为云端钉一体全链路解决方案的软硬件积木平台,深度集成了AliOS Things物联网操作系统、HaaS轻应用、小程序和阿里云物联网平台等技术和服务,让开发者可以轻松的学习和开发云端钉全链路实战项目,解决实际场景或孵化创新应用,图1是其全景图:

图1 HaaS EDU K1全景图

HaaS EDU K1 六大特点

  • 高颜值 - 有别于传统的裸板开发板,HaaS EDU K1外观鲜艳靓丽,洋溢青春活力。
  • 可移动 - 内置1200mAh锂电池支持移动场景,OLED屏幕和游戏键盘设计提高可玩性。
  • 配置丰富 - 采用定制的四核(Cortex-A7双核1GHz和Cortex-M33双核300MHz)高性能MCU-HaaS1000芯片,自带16M Bytes FLASH、16M Bytes PSRAM和2.5M Bytes SRAM,内置双频Wi-Fi和BT5.0天线,板载丰富的物联网传感器(加速度、陀螺仪、磁力计、温湿度、大气压、环境光和声音等),可开发丰富的AIoT应用场景或解决方案。
  • 安全性 - 内嵌的Z8IDA金融级国密芯片,为数据安全保驾护航。
  • 方便灵活 - 各接口有明确的标注,操作顺手,仅一条Type C数据线即可完成烧录、调试和充电,非常方便。
  • 可扩展 - 开发板的资源都可以灵活配置,30PIN扩展接口和SD卡槽满足更多应用场景需求。

1、整机配置

1.1、硬件接口

图2 整机接口示意图

如图2所示HaaS EDU K1接口资源丰富,外形大小合理:为94.4mm * 63mm * 20 mm,充分考虑手持携带的便利性。其接口定义如下表:

名称

数量

描述

OLED屏幕

1

1.3寸,分辨率128*64

环境光传感器

1

型号:AP3216C

指示灯

4

白色电源指示灯

RGB单色可编程

按键

5

1个小孔径复位按键

4个可编程按键

电源开关

1

电源ON/OFF拨动开关

TF卡槽

1

最大支持64GB

USB接口

1

Type C接口,可充电/烧录/调试

扩展卡槽

1

30PIN简牛母座

蜂鸣器排孔

4

蜂鸣器及温湿度检测对流孔

1.2、扩展接口

除已有板载功能之外,还有30PIN扩展接口,最大限度释放HaaS1000芯片的资源,满足开发者更多的应用需求。主要扩展有1路ADC输入、1路USB HOST、1路SWD调试、2路SPK输出、3路MIC输入、8路GPIOs等,其中GPIO_P02和GPIO_P03与主板的传感器一起复用为I2C模式,其他6个GPIOs可随便定义,并且每路GPIO的最大驱动电流是10mA,具体接口定义如图3:

图3 扩展接口示意图

1.3、电气性能

工作电压

3.5V~5V

充电电流

450mA,可充电锂电池

工作温度

-20~85℃

环境湿度

5~85%RH(无凝结)

2、板载资源

2.1、主板功能

图4 主板功能模块示意图

如图4,HaaS EDU K1主板功能非常丰富,一大部分以板载功能呈现,比如:蓝牙/Wi-Fi、OLED屏幕、传感器等,另外还有30PIN扩展接口可以使用,尽可能释放HaaS1000芯片的开发资源,满足开发者的应用需求。主板大小为89.98mm* 49.98mm ,充分考虑黄金分割比例,使外形更合理美观,具体板载配置如下表:

名称

描述

CPU

型号

HaaS1000

架构

Dual Cortex-M33

Dual Cortex-A7

主频

Cortex-M33 to 300MHz

Cortex-A7 to 1GHz

片上Flash

16MB

内存

2.5MB SRAM

16MB PSRAM

加密芯片

Z8IDA

看门狗

ADM706S

蓝牙

蓝牙5.0,支持BLE mesh

Wi-Fi

2.4G/5G双频

串口烧录

FT232RQ

充电管理

可充电锂电池1200mAh

充电电流450mA

加速度传感器

MPU6050

陀螺仪传感器

惯性传感器

磁力计

QMC5883L

气压传感器

SPL06

温度传感器

Si7006

湿度传感器

声音传感器

S08OB383

光传感器

AP3216C

HaaS EDU K1自带丰富的物联网传感器,包含6轴运动传感器、磁力计、温湿度传感器、环境光传感器和大气压传感器等。

2.1.1 运动传感器-MPU6050

MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性6轴(3轴陀螺仪和3轴加速度)运动处理组件,相较于多组件方案,免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题,减少了大量的封装空。MPU-6000(6050)的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps),可准确追踪快速与慢速动作,并且用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。原理图设计如图5,供电电压3.3V,采用I2C通信协议,最高传输速率可到400KHz,因为AD0管脚接高电平,所以I2C地址是0X69。在智能型手机、手持型游戏产品、3D遥控器等设备上都有应用。

图5 MPU6050原理图

2.1.2 磁力计-QMC5883L

QMC5883L源于Honeywell的HMC5883L,是一款表面贴装的集成了信号处理电路的三轴磁性传感器,应用场景主要包括罗盘、导航、无人机、机器人和手持设备等一些高精度的场合。原理图设计如图6,供电电压3.3V,采用I2C接口(I2C地址是0X0D),内置16位ADC,能对磁场信号进行校正和补偿,并且包含NVM用于存储校准数据,有连续测量和待命两种模式。

图6 QMC5883L原理图

2.1.3 温湿度传感器-Si7006

Si7006是Silicon Labs出品的温度及湿度传感器,它集成了温湿度测量元件、信号处理电路及模数转换器。温度测量范围在 -10°C至+ 85°C,最大误差为±1.0℃;湿度的测量范围0~80%,最大误差是±5%。原理图设计如图7,供电电压3.3V,采用I2C通信协议,最高传输速率可到400KHz,I2C地址是0X40。在远程遥测装置、智能手机、气象站等场景有广泛应用。

图7 Si7006原理图

2.1.4 环境光传感器-AP3216C

AP3216C是敦南科技推出的一款三合一环境光传感器,集成了光强传感器(ALS:Ambient Light Sensor)、接近传感器(PS:Proximity Sensor)和一个红外LED(IR LED)。常用于检测环境光进行屏幕亮度自动补偿以及人脸检测控制屏幕量灭的场景。原理图设计如图8,供电电压3.3V,采用I2C通信协议,I2C地址是0X1E。被广泛应用于智能手机上面,用来检测光强度和接近开关控制。

图8 AP3216C原理图

2.1.5 大气压传感器-SPL06

SPL06是全球领先的MEMS厂家歌尔推出的气压传感器,定位精度可达5厘米。原理图设计如图9,供电电压3.3V,采用I2C通信协议,I2C地址是0X76。

图9 SPL06原理图

2.2、芯片资源

HaaS1000是一颗高度集成的SoC,其主要集成了如下模块:

(1)Cortex-M33双核心和Cortex-A7双核心

(2)支持内部16MB PSRAM,2.5MB SRAM,16MB NOR flash

(3)2.4G/5G双频 Wi-Fi 4(1x1 802.11 a/b/g/n)

(4)双模蓝牙5.0

(5)音频编解码模块

(6)电源管理功能

(7)远程声场的三路模拟麦克风阵列和六路数字麦克风阵列

图10 芯片特性框架图

HaaS1000的M33核心可以运行蓝牙协议栈,A7核心可以运行语音处理和AI算法任务。其中Wi-Fi和蓝牙支持共天线和双天线方案,为性能和成本提供了灵活的可选择方案。其高集成度让开发者可以用很少的外围组件来设计完成一个完整的解决方案。HaaS1000芯片CPU及蓝牙/Wi-Fi主要特性如下:

2.2.1 CPU特性

(1)集成了PMU, CODEC, RF, BB, MCU和AP子系统的CMOS 单芯片

(2)MCU 子系统采用300MHz ARM Cortex-M33 Star双核

(3)AP 子系统采用具有NEON功能的1GHz CortexA7双核

(4)片内共享2.5MB SRAM

(5)16MB片上PSRAM

(6)16MB片上QSPI NOR Flash

(7)支持硬件加密引擎

(8)支持 TrustZone

(9)支持安全启动

2.2.2 BT/Wi-Fi特性

(1)Wi-Fi® IEEE 802.11 a/b/g/n

(2)支持 2.4GHz Wi-Fi

(3)支持 20MHz, 40MHz 带宽模式

(4)Bluetooth® v5.0 双模式

(5)支持 BLE Mesh

(6)A2DP v1.3/AVRCP v1.5/HFP v1.6

(7)支持 Wi-Fi/BT共存

2.2.3 外围接口特性

(1) 支持USB2.0 HS

(2)支持3路UART,最高可到6Mbps

(3)支持2路SPI,最高可到50Mbps,支持串口LCD

(4)支持2路I2C,最高可到1.4Mbps

(5)支持4路PWM

(6)支持3路 10-bit GPADC,7 channels

(7)支持40个GPIO可编程,每路都有独立中断

2.3、GPIO分配列表

功能模块 特征描述 原理图网络名 管脚名称 GPIO MAPPING
Function 0 Function 1 Function 2 Function 3 Function 4 Function 5 Function 6
OLED 1.3寸
128*64
SPI1_DIO Y11 GPIO_P3_5 pwm3 SPI0_CS1 I2S0_DI2 SPI1_DIO    
SPI1_CLK V11 GPIO_P3_7 pwm1 SPI0_CS2 I2S0_DI0 SPI1_CLK    
SPI1_DI0 W10 GPIO_P3_4 pwm2 SPI0_DI1 I2S0_DI3 SPI1_DI0 CLK_OUT SPI1_DCN
OLED_RST U10 GPIO_P3_6 pwm0 SPI0_DI2 I2S0_DI1 SPI1_CS0    
AP3216C_INT T5 GPIO_P4_7 WF_UART_RTS          
I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
SPI0_CS0 B9 GPIO_P0_6 SDMMC_DATA5 SPI0_CS0 UART2_CTS SPI1_CS2 PDM0_D  
T-FLASH 64GB SDMMC0_D2 F7 GPIO_P1_0 SDMMC_DATA2   SPI1_CLK SPI0_CS1 I2S0_DI3  
SDMMC0_D3 E6 GPIO_P1_1 SDMMC_DATA3   SPI1_CS0 SPI0_CS2 I2S0_DI2  
SDMMC0_CMD M12 GPIO_P1_2 SDMMC_CMD   SPI1_CS1 SPI0_CS3 I2S0_DI1  
SDMMC0_CLK N12 GPIO_P1_3 SDMMC_CLK I2S_MCLK SPI1_DCN CLK_OUT I2S0_DI0  
SDMMC0_D0 D9 GPIO_P1_4 SDMMC_DATA0   SPI1_DI0      
SDMMC0_D1 C7 GPIO_P1_5 SDMMC_DATA1   SPI1_DIO I2S_MCLK CLK_OUT  
SDMMC0_DET_L Y6 GPIO_P3_1 SPI1_CS2   SPI1_CS2   PDM1_D WF_UART_TX
蜂鸣器 PWM0 N10 GPIO_P2_6 pwm0 SPI1_DI1 UART2_CTS SPDIF0_DI CLK_32K_IN  
LED 蓝灯L3 LED3 AA5 GPIO_P4_2 I2S0_DI1          
绿灯L2 LED4 AA4 GPIO_P4_3 I2S0_DI0          
红灯L1 LED5 R4 GPIO_P4_4 WF_UART_RX          
KEY K1 KEY1 M13 GPIO_P2_7 pwm1 SPI1_CS1 UART2_RTS SPDIF0_DO CLK_OUT  
K2 KEY2 D7 GPIO_P2_4 pwm2 CLK_REQ_OUT SPI0_DI3      
K3 KEY3 E8 GPIO_P2_5 pwm3 CLK_REQ_IN SPI0_CS3      
K4 KEY4 W6 GPIO_P3_2 SPI1_CS3   SPI1_CS3   PDM2_D  
运动传感器 MPU6050 0X69 I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
  MPU6050_INT Y9 GPIO_P4_1 I2S0_DI2 UART2_RTS        
磁力传感器QMC5883L 0X0d I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
  QMC5883L_INT T4 GPIO_P4_6 WF_UART_CTS          
气压传感器SPL06 0X76 I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
温湿度传感器Si7006 0X40 I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
光线传感器AP3216C 0X1e I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
  AP3216C_INT T5 GPIO_P4_7 WF_UART_RTS          
UART串口
FT232RQ
1.5M UART_RX U12 GPIO_P1_6 UART0_RXD I2C_M0_SCL BT_UART_RXD      
UART_TX V13 GPIO_P1_7 UART0_TXD I2C_M0_SDA BT_UART_TXD      
扩展接口 I2C_SCL1 F11 GPIO_P0_2 I2S0_WS I2C_M1_SCL PCM_FSYNC SPI1_CS0 PDM1_D SPDIF0_DI
I2C_SDA1 E12 GPIO_P0_3 I2S0_SCK I2C_M1_SDA PCM_CLK SPI1_CLK PDM2_D SPDIF0_DO
UART2_RXD D11 GPIO_P2_2 I2C_M1_SCL UART2_RXD UART1_CTS BT_UART_CTS   I2S_MCLK
UART2_TXD C12 GPIO_P2_3 I2C_M1_SDA UART2_TXD UART1_RTS BT_UART_RTS   CLK_OUT
SPI0_DI0 B10 GPIO_P0_4 SDMMC_DATA7 SPI0_DI0 I2S_MCLK CLK_OUT PDM1_CK SPI0_DCN
SPI0_CLK E10 GPIO_P0_5 SDMMC_DATA6 SPI0_CLK   SPI1_CS1 PDM1_D  
SPI0_CS0 B9 GPIO_P0_6 SDMMC_DATA5 SPI0_CS0 UART2_CTS SPI1_CS2 PDM0_D  
SPI0_DIO C10 GPIO_P0_7 SDMMC_DATA4 SPI0_DIO UART2_RTS SPI1_CS3 PDM2_D  
SWDIO C8 GPIO_P0_0 I2S0_SDI UART2_RXD PCM_DI SPI1_DI0 PDM0_CK SPI1_DCN
SWCLK F9 GPIO_P0_1 I2S0_SDO UART2_TXD PCM_DO SPI1_DIO PDM0_D  

3、学习指南

为了便于开发者快速上HaaS实战项目,我们还打造了一系列基于HaaS EDU K1的案例,并上传到HaaS技术社区,大家可以下载学习。如需更多技术支持,可加入钉钉开发者群,或者关注微信公众号。

更多技术与解决方案介绍,请访问阿里云AIoT首页https://iot.aliyun.com/

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