你該熟悉的7種開發板性能

九月 1, 2016
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開發板可以分成兩類:一種使用Linux系統,像是Raspberry Pi;另一種則不行,例如Arduino Uno。雖然這樣的分類非常簡單,卻很有用,因為我們可以預期產品的規格、複雜性、耗電量以及可程式性。

為求描述的一致性,我們將可以運行Linux系統的開發板稱為「進階款」,而其他不行的則為「基本款」。這邊會解析所提到的開發板其重要規格。
運算能力
每個開發板都有一個主晶片,負責資訊的運算與處理。主要藉由晶片的差異來區別每個開發板。每個晶片都有不一樣的功能、強項與弱點。

基本款的開發板通常有單晶片,可處理8位元或16位元的數據。這些開發板以較低的處理速度運算程式,運算速度大約每秒數百萬或好幾千萬。基本款的開發板晶片通常包含所有電子必備零件,能輕易與外界互動,像是類比輸入、計時輸入與輸出,與其他更多功能。

進階的開發板通常使用32位元或64位元的主晶片,能夠將一般在電腦主機板上找到的所有零件整合成為單個設備,通常這些被稱為「晶片系統」(system on chip或SoC)。進階開發板的主晶片處理速度跟電話或是平板電腦一樣快,以每秒好幾億,甚至好幾十億的運算速度處理軟體。所有功能被壓縮成跟你手掌一樣大小的電路板,而且比一張電影片還便宜。哇!
 
指示
每個人都喜歡閃爍的LED,而且每個開發板都應該起碼要有一個電源LED以及控制LED的軟體。電源LED是讓我們可以一眼得知開發板有妥善連接電源的關鍵,而一個或更多控制LED的軟體是必要的。有新開發板的時候,大家最常做的第一件事就是察看LED是否閃爍,因為它可以讓我們知道所有東西都正常運作。
 
「喔!不!」按鈕(重置)
雖然我們會傾向預期自己的軟體是完美的,但總是會有些狀況造成軟體運作中斷。重置按鈕能讓開發板回到程式的開頭,讓你再看一次故障的情形——希望你能後找出問題出在哪裡。每個好的開發板都會有一個重置按鈕。
 
電源供應
USB、電池,以及小型變壓器都是常看到的開發板電源來源。問題是,除了5V的USB,其他電源的電壓範圍都很廣,可是大部分開發板的電腦晶片只需要固定電壓。因此,開發板的電源需要變壓器,將電源輸入的電力轉變成晶片所需的正確固定電壓。
基本款開發板的運作通常需要5V或3.3V,但也有一些被設計成電池驅動,可以接受5V到3.3V的電壓,甚至小到1.8V。基本款開發板也能隨時隨地吸取電力,從些微瓦特,到也許1或2瓦特。所需瓦數越低,電池就可以使用越久。設計良好的基本款開發板只要幾個AA電池就可以運行幾個月或幾年。
進階款的開發板通常需要3.3V或1.8V。處理器晶片的也許只用到較少的內電壓,約1.1V或0.7V。在非常快速的計算速度下,較少的電壓能幫助減少電力消耗。即使在減少電壓的狀況下,固定的電源消耗預期從幾百微瓦特到幾十瓦特。轉化成標準的AA電池,其運作時間為幾小時或幾天。
 
擴充介面
當我們在電腦安裝其他東西,讓它們變得聰明,這也讓電腦更有趣。大部分的開發板起碼都會有簡單的輸入端跟輸出端(I/O),用來與實體世界的大量訊號互動,幾乎所有開發板都可以處理基本的數位電壓與訊號,也有不少開發板可以處理類比電壓,像是從0瓦特到晶片電源電壓的任何東西。
 
基本款的開發板一定有數位I/O,可以強化許多功能,並擴充開發板可以做到的事情,例如讀取或覆寫數據到SD卡,或是利用通訊協定,像是I2C、SPI,或CAN,與其他裝置溝通。基本的數位I/O重新配置後可以處理不同的訊號,也可以包含計時器或計數器的功能。

許多基本款的開發板擁有轉化0V到供電電壓之間訊號的能力,轉化成電壓的數位表示法,稱為「類比數位轉換 」(Analog to Digital Conversion)。許多感測器跟零件,像是電位器產出類比電壓,必須被轉換成有用的數位資訊,這就是類比數位轉換器派上用場的時候。偶爾基本款開發板也有「數位類比」轉換器,能產生0V到供電電壓之間的輸出電壓。

進階款的開發板通常有基本款的所有東西,再加上一些更好的附加功能。這些開發板基本上就是將電腦濃縮成一個晶片,它們也更類似於桌上型電腦,內建周邊設備組合,包括HDMI或其他影音輸入與輸出、硬體驅動的eSATA、外接記憶體、USB主機、乙太網路等。
 
通訊
有時候我們希望自己的開發板可以跟其他開發板溝通,或是跟電腦,甚至網路。這都可以藉由通信介面做到。

基本款的開發板至少可以利用歷史最久、最簡單,現在仍廣為使用的電腦間通信標準RS232傳送並接收數據。這是在USB出現前連接所有東西的方法。現在許多基本的開發板也有USB或藍牙通訊介面。

跟簡單的板對板通訊相比,使用進階開發板可以用更高端的方式將設備連上Wi-Fi或網路。進階開發板擁有額外的記憶體以及運算能力,能處理TCP/IP跟其他經由乙太網路或Wi-Fi介面傳來的數據。
 
安裝
擁有設計良好的開發板應該要易於安裝到專題上,通常這代表開發板有許多固定孔,設計來用螺絲安裝。它們應該離所有零件或軌跡有足夠的距離,這樣一來,螺絲才不會因為接觸到任何電子零件而對開發板造成傷害。

進階的開發板可能還備有接地螺絲,連接開發板的接地平面和金屬外殼,以減低電子雜訊跟干擾。

(譯:張婉秦)
(本文章出自《MAKE》國際中文版Vol.25:2016開發板指南)


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《MAKE》國際中文版Vol.25

【2016開發板指南】
不管您是稱它們稱為單板電腦、微控制板、SoC板,或是信用卡大小的超級電腦,我們在這裡簡單地稱它們為「開發板」。在本期中,我們將會教您如何為各式各樣的專題,涵蓋教育、家庭自動化、穿戴式裝置、機器人與燈光音響專題等,挑選最適合的開發板。《MAKE》國際中文版25期將會是您2016年最佳的開發板指南。

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