Arduino環境でSeeed XIAO RP2040を使う

コンピュータ、組み込み

SeeedのXIAO RP2040を紹介します。
Arduino環境で開発できるRP2040搭載基板では最小クラスのサイズです。
基本的な入出力と、通信を試してみます。

紹介するもの

SeeedStudio XIAO RP2040

特徴
CPURP2040 ARM Cortex M0+ 133MHz
接続Micro B
USB1.1 ホスト/デバイス両対応
MemorySRAM 264KB
フラッシュメモリ 2MB
ロジックレベル3.3V
GPIO11
PWM11 (8bit 0 ~ 255)
ADC4 (10bit 0 ~ 1023)
UART1
I2C2
SPI2
その他リセットボタン
LED 青(GPIO25)
WS2812 (GPIO12, 使用するための電源 GPIO11)

従来基板(まだ現役ですが)のSAMD21について

ピン配置

ボードライブラリをGeneric RP2040の場合、当方で作成したピン表を使用します。
従来機(SAMD21)と比較するとI2Cの位置にはI2C1のピンが設定されています。
I2Cを使用するモジュールでデフォルトがI2C0のものは、オブジェクトを変更する必要があるので使用するライブラリの初期化関数を確認してください。
当サイトではSSD1306についてはI2C1で使用する方法で掲載しています。

公式のライブラリを使用する場合はこちら

外観

400穴ブレッドボードでは左右3列と2列ずつ使用することができます。

使ってみて

安価で入手性もよく、小型で高性能な基板です。

使ってみて2点ほど気になる点があります。
1つ目はこの基板は使用するライブラリのバージョンでピン定義が変わるのでややこしいです。
こちらのサイトではXIAO RP2040の詳しい説明がされているので参考にしてください。

当サイトではライブラリにGeneric RP2040ライブラリを使用しています。

2つ目はXIAO 2040はSAMD21 XIAOの後継基板になると思いますが、I2Cに使用していたピン位置のGPIO番号にI2C1が割り当てられていることです。
I2Cを制御するライブラリの多くはデフォルトでI2C0を使用しているので、明示的にI2C1を指定するる処理を記述しなければなりません。

互換基板にAdafruitの QT Py RP2040があります。
Adafruit QT Py RP2040はI2Cの位置にはI2C0が設定されているので、SAMD21 XIAO やSAMD21 QT Pyとの互換性が高くユーティリティ面でも優れています。
価格安さと入手性ではXIAO RP2040に分があります。

I2Cのサンプルについては、SAMD21の配線と互換にするために2系統使用(I2C0, I2C1)のうちI2C1を使用するサンプルを記載しています。

準備

基板の初期化

1.XIAO RP2040のBOOT ボタンを押しながら、USBケーブルをパソコンに接続します。

2.パソコンの画面では、XIAO RP2040をストレージとして認識します。

3.UF2ファイルを以下のサイトからダウンロードします。

circuit python UF2 Download

4.ダウンロードしたファイル[adafruit-circuitpython-raspberry_pi_pico-ja-7.3.0.uf2]※をストレージ認識したXIAO RP2040 にドラッグ&ドロップする。

以上の作業でXIAO RP2040はCOM認識されます。

今回ダウンロードしたuf2ファイルは、保存しておいてください。
XIAO RP2040を初期化したいとき(今何のファームウエアが書かれているかわからなくなったとき)には、BOOTSELボタンを押しながら再起動することで、やり直しができます。

※2022/Jun 時点ではVersion 7.3.0

ライブラリ

ボードライブラリ

Arduino IDEのボードマネージャからXIAO RP2040用のライブラリのインストールとボードの選択をします。
SeeedStudioから公式のライブラリが出ていますが、当サイトではGeneric RP2040を使用します。
こちらのサイトで詳しい説明があります。

追加のボードマネージャのURLhttps://github.com/earlephilhower/arduino-pico/releases/download/global/package_rp2040_index.json
検索RP2040
ボードライブラリRaspberry Pi RP2040 Boards(x.x.x)※
選択するボードRaspberry Pi RP2040 Boards(x.x.x) > Generic RP2040
※動作確認はバージョン 2.0.3です

モジュールライブラリ

モジュールを使用しない場合インストールの必要はありません。

機能/モジュールライブラリ名検索確認時のバージョン
SSD1306Adafruit SSD1306 by AdafruitSSD13062.5.1
ST7735Adafruit ST7735 and ST7789
Library by Adafruit
ST77351.9.3
関連
SSD1306
ST7735
Adafruit GFX Library by AdafruitGFX1.11.3

基本スケッチ

タクトスイッチとLED点灯

説明

タクトボタンとLEDの組み合わせの動作をします。

タクトボタンはPULLDOWN設定します。(押下したらHIGH)
タクトボタンを読み取り、押下されるとLEDが点灯します。
ボタンが離されるとLEDは消灯します。

スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
XIAO2040

【スケッチの説明】
プルダウンしたピンの状態がHighならLEDを点灯、LowならLEDを消灯させます。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Generic RP2040

【準備】
GPIO0(OUTPUT) -> 保護抵抗(200Ω) -> LED -> GND
3.3V -> タクトスイッチ -> GPIO1(INPUT_PULLDOWN)

【バージョン情報】
2023/1/29 : 新規
**********************************************************************/


#define LED 0        //基板実装LED
#define BUTTON 1     //タクトスイッチ

void setup()
{
  pinMode(LED, OUTPUT);               //ピン出力設定
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLDOWN);    //PULLDOWN設定
}

void loop()
{
  int iStat = digitalRead(BUTTON);    //LOW  = ボタン押下, HIGH = ボタン解放
  digitalWrite(LED, iStat);           //押下で点灯させたいので、反転させる
}
結果

ボタンを押下することでLEDが点灯しました。
ボタンを離すとLEDは消灯しました。

PWM

説明

PWMを使ってLEDのフェード点灯(ゆっくり点灯させる)を行います。

スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
XIAO2040

【スケッチの説明】
PWM出力でのフェード点灯(ゆっくり点灯)とフェード消灯(ゆっくり消灯)を行います。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico/RP2040 > Generic RP2040

【準備】
GPIO0(OUTPUT) -> 保護抵抗(200Ω) -> LED -> GND

【バージョン情報】
2023/1/29 : 新規
**********************************************************************/

#define PWM 0        //PWM 出力pin

void setup()
{
  pinMode(PWM , OUTPUT);
}

void loop()
{
  for(int i = 0; i < 256; i ++)
  {
    analogWrite(PWM, i);
    delay(2);
  }

  for(int i = 0; i < 256; i ++)
  {
    analogWrite(PWM, 255 - i);
    delay(2);
  }
}
結果

LEDがゆっくり点灯、ゆっくり消灯しました。

ADC

説明

ADCに入力された電圧を読み取りCOMに出力します。

電圧の入力にLOLIN32 Liteを使用します。
0~255(約3.3V) まで2msごとに1ずつ上昇し、255(約3.3V)~0までを2msごとに1ずつ下降する設定を繰り返します。

配線
XIAO RP2040配線LOLIN32 Lite
GPIO28(ADC)GPIO26(DAC)
GNDGND
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
XIAO2040

【スケッチの説明】
入力された電圧を読み取ります。

【ライブラリ】
 Raspberry Pi Pico/RP2040 > Generic RP2040

【準備】
XIAO2040 <-> LOLIN32 Lite
GPIO28(ADC)       <-> GPIO26(DAC)
GND               <-> GND

【バージョン情報】
2023/1/29 : 新規
**********************************************************************/

#define ADC 28

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ADC, INPUT);
}

void loop()
{
  int iADC = 0;

  //外部から入力された電圧を読み取り、結果をCOMに出力します。
  iADC = analogRead(ADC);
  Serial.printf("(ADC) = %d\r\n", iADC);
  delay(2);
}
結果

結果のグラフは他のRP2040搭載基板から引用していますが同等の読み取り結果が得られます。
電圧の変化は0V -> 3.3Vまでを約500msで上昇し、3.3V -> 0Vまで約500msで下降します。

電圧と読み取り値の同期はできていませんが、参考程度に入力電圧を添付します。

UART

説明

UART0から読み取ったデータをCOMに送信します。
COMから読み取ったデータをUART0に送信します。

配線
XIAO RP2040配線FT232RL
GP0(UART0 TX)RX
GP1(UART0 RX)TX
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
XIAO2040

【スケッチの説明】
UART0 と COMの通信をします。

UART0から受信した内容をCOMへ送信します。
COMから受信した内容をUART0へ送信します。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico/RP2040 > Generic RP2040


【準備】
UARTの送受信にFT232RLを使用します。

XIAO2040 <-> FT232RL
GPIO0 (UART0 TX) <-> RX
GP1O1 (UART0 RX) <-> TX

【バージョン情報】
2023/1/29 : 新規
**********************************************************************/

void setup()
{
  //Serial は USB(COM)を使ったシリアル通信用オブジェクト
  //Serial1は UART0の通信オブジェクト

  Serial1.setTX(0);            //UART0はSerial1オブジェクトを使用します。
  Serial1.setRX(1);             //デフォルトではTX = 0, RX = 1

  Serial.begin(115200);                //Serial1オブジェクトはCOM
  Serial1.begin(115200);               //SerialオブジェクトはUART0 
}

void loop()
{
  if(Serial.available() != 0)          //COMにデータがあれば、読み取った内容をUART0に送信
  {
      Serial1.write(Serial.read());
  }

  if(Serial1.available() != 0)         //UART0にデータがあれば、読み取った内容をCOMに送信
  {
      Serial.write(Serial1.read());
  }
}
結果

結果はTeratermを2つ起動して確認します。
1つはUART0 用で、もう一つはCOM用です。
結果は省略します。

UART0用のTeratermに入力された文字は、COM用のTeraterm画面に表示されます。
COM用のTeratermに入力された文字は、UART0用のTeraterm画面に表示されます。

I2C(SSD1306)

説明

I2Cを使ってSSD1306(OLED 0.96inch)モニタのサンプルを動作させます。
XIAO RP2040ではI2Cが2系統あります。
決められた中から任意のピンに信号を出力することができます。
本サンプルではピン設定の仕方と簡単な表示を行っています。
各I2C系統での設定可能なピンはサンプルを参照してください。

本サンプルでは、SAMD21 XIAOの後継としての配線を行うためI2C1(wire1)を使用しています。

掲載以外の図形表示などのサンプルは以下のサンプルを参照してください。
ファイル(F) > スケッチ例 > Adafruit SSD1306 > ssd1306_128x64_i2c

配線

本サンプルはI2C1を使用します。
配線は以下の表のとおりです。

XIAO RP2040配線SSD1306(0.96inch)
3.3VVCC
GNDGND
GPIO6(I2C1 SCL)SCL
GPIO7(I2C1 SDA)SDA
[2023/5/6] 誤記修正(I2C0 -> I2C1)
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
XIAO 2040

【スケッチの説明】
SSD1306 OLEDの制御をします。
I2Cは I2C0とI2C1のどちらのサンプルも掲載しますが、
I2C0側はコメントアウトしますので、状況に応じてコメントを外してください。
※コメント検索 [I2C1の場合]

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Generic RP2040

【準備】
マイコン基板 <-> SSD1306
3V3           <-> VCC
GND           <-> GND
GP0(I2C0 SDA) <-> SDA
GP1(I2C0 SCL) <-> SCL

I2C1の場合
3V3           <-> VCC
GND           <-> GND
GP6(I2C1 SDA) <-> SDA
GP7(I2C1 SCL) <-> SCL

【バージョン情報】
2023/3/4 : 新規
2023/5/6 : コメント誤記修正。掲載サンプルはI2C1を使用します。I2C0はコメントアウトしています。
**********************************************************************/

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>


#define PIN0_SDA 0
#define PIN0_SCL 1
#define PIN1_SDA 6
#define PIN1_SCL 7

#define SCREEN_WIDTH 128                //解像度 128 x 64 で使用します。
#define SCREEN_HEIGHT 64                //SCREEN_HEIGHTは 32 に設定することができます。

#define OLED_RESET     -1               //使用しないので -1を設定する。
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C             //I2Cアドレスは 0x3C

//Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);     //I2C0の場合
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire1, OLED_RESET);     //I2C1の場合

void setup()
{
  
  // //I2C0の場合
  // Wire.setSDA(PIN0_SDA);            //Wire1 -> Wire
  // Wire.setSCL(PIN0_SCL);

  //I2C1の場合
  Wire1.setSDA(PIN1_SDA);
  Wire1.setSCL(PIN1_SCL);


  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS)) {
    for(;;);
  }

  display.clearDisplay();               //何か表示されている場合に備えて表示クリア

  display.setTextSize(2);               //フォントサイズは2(番目に小さい)
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);  //色指定はできないが必要
  display.setCursor(20, 0);            //テキストの表示開始位置
  display.print(F("TAMANEGI"));         //表示文字列
  display.setCursor(15, 25);
  display.print(F("OLED 0.96"));
  display.setCursor(25, 45);
  display.print(F("SSD1306"));

  display.display();                    //バッファ転送(表示)
}

void loop()
{
}
結果

SSD1306のサンプルスケッチが動作しました。

SPI(ST7735)

説明

SPIを使ってST7735(LCD 1.8inch)モニタのサンプルを動作させます。

掲載以外の図形表示などのサンプルは以下のサンプルを参照してください。
ファイル(F) > スケッチ例 > Adafruit ST7735 and ST7789 Library > graphicstest

配線

本サンプルはSPI0を使用します。
配線は以下の表のとおりです。

XIAO RP2040配線ST7735(1.8inch)
3.3VVCC
3.3VLED
GNDGND
GP26(SPI0 CS)CS
GP27Reset
GP28AO(DC)
GP3(SPI0 TX)SDA
GP2(SPI0 SCK)SCK
[2023/5/6] ピン配置変更。 SAMD21 XIAO と同配線にするため
スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
RP2040搭載基板で利用できます。
XIAO RP2040

【スケッチの説明】
ST7735 LCDの制御をします。
SPIは SPI0とSPI1のどちらのサンプルも掲載しますが、
SPI1側はコメントアウトしますので、状況に応じてコメントを外してください。
※コメント検索 [SPI1の場合]

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico / RP2040 > Generic RP2040
Adafruit ST7735 and ST7789 Library
Adafruit GFX Library

【準備】
マイコン基板 <-> ST7735
3V3               <-> VCC
GND               <-> GND
GPIO26(SPI0 CS)   <-> CS
GPIO27            <-> Reset
GPIO28            <-> AO
GPIO3(SPI0 MOSI)  <-> SDA
GPIO2(SPI0 SCK)   <-> SCK

SPI1の場合
3V3               <-> VCC
GND               <-> GND
GPIO29(SPI1 CS)   <-> CS
GPIO6             <-> Reset
GPIO7             <-> AO
GPIO27(SPI1 MOSI) <-> SDA
GPIO26(SPI1 SCK)  <-> SCK

【バージョン情報】
2023/1/29 : 新規
2023/5/6  : SPI0使用するピン変更。SAMD21 XIAOと同配線にするため。
**********************************************************************/

#include <Adafruit_GFX.h> 
#include <Adafruit_ST7735.h>
#include <SPI.h>

//SPI0の場合
#define TFT_CS          26  // CS
#define TFT_RST         27  // Reset 
#define TFT_DC          28  // DC
#define TFT_MOSI        3   // MOSI
#define TFT_SCK         2   // SCK

//SPI1の場合
// #define TFT_CS          29  // CS
// #define TFT_RST         6   // Reset 
// #define TFT_DC          7   // DC
// #define TFT_MOSI        27  // MOSI
// #define TFT_SCK         26  // SCK

//SPI0の場合
Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(&SPI, TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
//SPI1の場合
//Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(&SPI1, TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

void setup(void) 
{
  //SPI0の場合
  SPI.setTX(TFT_MOSI);
  SPI.setSCK(TFT_SCK);

  //SPI1の場合
  // SPI1.setTX(TFT_MOSI);
  // SPI1.setSCK(TFT_SCK);
  

  tft.initR(INITR_BLACKTAB);                  //Init ST7735S初期化
  
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);               //背景の塗りつぶし

   //テキスト表示
  tft.setRotation(3);                         //画面回転
  tft.setTextSize(3);                         //サイズ

  tft.setCursor(0, 10);                       //カーソル位置                      
  tft.setTextColor(ST77XX_GREEN);             //緑
  tft.printf("TAMANEGI\n");

  tft.setCursor(0, 50);                       //カーソル位置                      
  tft.setTextSize(2);                         //サイズ
  tft.setTextColor(ST77XX_RED);               //赤
  tft.printf("1.8inch LCD\n");
  tft.setTextColor(ST77XX_YELLOW);            //黄
  tft.printf("Res=128 x 160\n");
  tft.setTextColor(ST77XX_BLUE);              //青
  tft.printf("ST7735\n");
}

void loop()
{
}
結果

ST7735のサンプルスケッチが動作しました。
[2023/5/6] SPIに使用するピンを変更していますが、ST7735に表示される結果は同じです。

特別な機能のスケッチ

Neopixel(WS2812)

説明

1秒ごとに、LEDの色を変化させます。
赤->緑->黄->青->紫->水->白

XIAO RP2040では、WS2812を使用するためにWS2812に電源を供給する必要があります。
GPIO11をOUTPUT設定にして出力をHIGHにします。

配線

基板実装WS2812を使用するので配線不要。

スケッチ
/**********************************************************************
【ライセンスについて】
Copyright(c) 2022 by tamanegi
Released under the MIT license
'http://tamanegi.digick.jp/about-licence/

【マイコン基板】
XIAO RP2040

【スケッチの説明】
基板実装WS2812を点灯させます。
1秒間隔で、赤->緑->黄->青->紫->水->白 の順で点灯させます。

【ライブラリ】
Raspberry Pi Pico/RP2040 > Generic RP2040
Adafruit NeoPixel by Adafruit 1.10.6

【準備】
配線不要

【バージョン情報】
2023/5/6 : 新規
**********************************************************************/

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define POWER_PIN 11          //NeoPixelの電源
#define DIN_PIN 12            // NeoPixel の出力ピン番号
#define LED_COUNT 1           // LEDの連結数
#define WAIT_MS 1000          // 次の点灯までのウエイト
#define BRIGHTNESS 128        // 輝度
Adafruit_NeoPixel pixels(LED_COUNT, DIN_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup()
{
  //Neopixelの電源供給開始
  pinMode(POWER_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(POWER_PIN, HIGH);

  pixels.begin();             //NeoPixel制御開始
}

void loop()
{
  pixels.clear();
  
  //pixels.Color(Red, Green, Blue)で、パレット情報を作成する。
  //赤点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(BRIGHTNESS, 0, 0));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);

  //緑点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(0, BRIGHTNESS, 0));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);

  //赤 + 緑 で 黄点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(BRIGHTNESS, BRIGHTNESS, 0));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);

  //青点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(0, 0, BRIGHTNESS));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);

  //赤 + 青 で 紫点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(BRIGHTNESS, 0, BRIGHTNESS));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);

  //緑 + 青 で 水点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(0, BRIGHTNESS, BRIGHTNESS));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);

  //赤 + 緑 + 青 で 白点灯
  pixels.setPixelColor(0, pixels.Color(BRIGHTNESS, BRIGHTNESS, BRIGHTNESS));
  pixels.show();
  delay(WAIT_MS);
}
結果

Nexpixelが1秒毎に色の変化をしました。

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