1.总体概述

Raspberry Pi Pico是一款基于RP2040设计的低成本高性能微控制器开发板，可选用Python或C/C++进行开发，方便快速入门开发学习，迷你小巧，灵活易用。

引脚分布

板载资源

• 主控芯片：RP2040，QFN-56贴片封装；
• 存储芯片：SPI Flash；
• 电源接口：TYPE C;
• 功能按键：BOOT和复位按键；
• LED显示：电源指示和状态显示灯；
• 调试接口：TYPE C和SWD接口；
• 外接引脚：引出可编程I/O，方便扩展连接；

优势特点

• 板子外观小巧精致，尺寸为53.34mm22.86mm(2100mil900mil)；
• 兼容主流树莓派Pico，两排针间距为17.78mm，可适用于洞洞板；
• 支持使用MicoPython和C/C++语言开发，方便快速入门学习；
• 提供TYPE C串口和SWD接口，方便进行开发和调试；
• 板载复位（RESET）和启动模式切换（BOOTSEL）按键，
• 支持UF2的USB大容量存储启动模式，用于拖放式编程；
• 价格便宜，超低功耗，外引功能引脚丰富，性价比高；
• 使用嘉立创优质PCB以及正品元器件，保障产品质量；

2.芯片介绍

RP2040芯片介绍

• 双核Cortex M0+，最高频率133MHz
• 内置264kB的6扇区SRAM
• 30个多功能GPIO引脚
• 6个SPI Flash专用引脚（支持XIP）
• 常见外围设备专用硬件
• 可编程I/O支持外部设备
• 4通道ADC，内置温度传感器，采样频率500ksps，12位分辨率
• USB 1.1主机和设备支持

RP2040系统概述

RP2040引脚描述

• GPIOx：通用数字输入和输出，RP2040可以连接多个内部中的一个外设到每个GPIO，或直接从软件上控制GPIO。
• GPIOx/ADCy：通用数字输入和输出，具有模数转换功能。RP2040 ADC有一个模拟多路复用器，可以选择这些引脚中的任何一个，并采样电压。
• QSPIx：接到SPI，Dual-SPI或Quad-SPI Flash设备，可以直接执行代码。也可当作GPIO用。
• USB_DP and USB_DM：USB控制器，支持全速设备和全/低速主机，每个引脚都需要串联一个27Ω电阻，内部总线提供了上下拉功能。
• XIN and XOUT：将一个晶体连接到RP2040的晶体振荡器。XIN也可以用作单端CMOS时钟输入，而XOUT是断开的。时钟输入，同时断开XOUT的连接。USB引导程序需要一个12MHz的晶体或12MHz的时钟输入。
• RUN：全局异步复位引脚。低电平驱动时复位，高电平驱动时运行。如果不需要外部复位，该引脚可以直接与IOVDD绑定。
• SWCLK and SWDIO：提供对两个处理器的调试访问处理器的调试访问，可用于下载代码。
• TESTEN：工厂测试模式引脚。绑定到GND。
• GND：单个外部接地连接，与RP2040内部接地焊盘相连接。
• IOVDD：数字GPIO的电源，标称电压1.8V至3.3V。
• USB_VDD：用于内部USB全速PHY的电源，标称电压3.3V。
• ADC_AVDD：用于模数转换器的电源，标称电压3.3V。
• VREG_VIN：内部核心电压调节器的电源输入，标称电压1.8V至3.3V。
• VREG_VOUT：内部核心电压调节器的电源输出，标称电压1.1V，最大电流100mA。
• DVDD：数字核心电源，标称电压1.1V。可以连接到VREG_VOUT，或一些其他板级电源。

RP2040总线结构

RP2040具有双Cortex-M0+内核，DMA，内部存储器和外设通过AHB/APB总线结构连接。

RP2040商品介绍

• 品 牌：Raspberry Pi(树莓派)
• 厂家型号：RP2040
• 商品编号：C2040
• 封 装：LQFN-56(7×7)
• 数据手册：📂 下载文件
• 商品毛重：0.18克(g)
• 包装方式：编带
• 网友设计参考：📎 YuzukiCore Pico RP2040 核心板

Flash芯片介绍

Flash存储器又称闪存，是一类非易失性存储器，供电电源关闭后仍能保持片内数据信息不丢失，可重复擦除和再编程，成本低、密度大、可靠耐用，易于使用。
Flash主要分为NOR Flash和NAND Flash两种，NOR Flash分为串行（SPI）和并行（parallel）,串行结构相对简单、成本低，能满足一般系统对速度及数据读写的要求，一般用来存放BootLoader引导程序；NAND Flash容量大，实际应用方式复杂，主要用来存放用户真正的程序。
为了能够存储RP2040启动和运行的程序代码，我们需要使用一个Flash存储器。 RP2040最大支持16MB的Flash存储器，这里选择W25Q128JVSIQ型号， Quad-SPI NOR Flash，通讯方式为SPI，128Mbit（16MB）存储大小，如果不需要那么多存储空间，可以使用存储空间较小的Flash来代替，降低成本。

W25Q128JVSIQ引脚描述

W25Q128JVSIQ商品介绍

品 牌：WINBOND(华邦)
厂家型号：W25Q128JVSIQ
商品编号：C97521
封 装：SOIC-8-208mil
数据手册：📂 下载文件
商品毛重：0.465克(g)
包装方式：管装
网友设计参考：📎 Flash储存器—W25Q128方案验证板

3.工程设计

电源电路

RP2040需要3.3V（用于I/O）和1.1V（用于芯片的数字核心电压）两种电压供应，RP2040内部有一个3.3V转1.1V的LDO，所以不需要担心1.1V的电源问题。
电源采用TYPE-C接口输入VBUS（5V），VBUS和VSYS通过二极管连接，再通过外部的LDO（ME6211）输出固定的3.3V，在LDO的输入/出端加上2.2uF和100nF电容滤波。因为RP2040具有USB数据传输功能，所以DP/DN与RP2040相连接。

RP2040主控电路

将RP2040的引脚全部引出，USB_DP和USB_DM引脚必须分别串联上27Ω电阻再与TYPE C连接，不能直接连接。
在RP2040的内部LDO(3.3V→1.1V)的输入(VREG_IN)和输出(VREG_OUT)引脚附近放置2.2uF的去耦电容，以便提供稳定的1.1V电源。
在RP2040需供电的引脚加上100nF的去耦电容。滤除电源噪声，提供稳定的电源供应。
在绘制PCB时去耦电容应尽可能挨近芯片引脚放置，注意电源流向进行走线绘制。
TESTEN工厂测试模式引脚，和GND绑定相连接。

ADC采样电路

RP2040具有ADC功能的GPIO26-29引脚在IOVDD(3V3)端之间分别接有内部反向二极管，分辨率为12位。
ADC的基准电压默认为3.3V，C7起滤波作用，R5和R6分压得到1/3的VSYS，与Q1(DMG1012T-7)相连接，可通过GPIO29_ADC3进行电压监视。

Flash闪存电路

W25Q128JVSIQ的引脚与RP2040的QSPIx引脚相连接，Flash闪存要求RP2040芯片选择输入电压与自己的3.3V电源引脚处于同一电压，否则，它不能正常工作。所以在W25Q128JVSIQ电源引脚(VCC)附近放置2.2uF和100nF的滤波电容，以便提供稳定的3.3V供W25Q128JVSIQ所使用。
在绘制PCB时，应尽可能缩短连接距离，减少外围电路的串扰，保证信号的完整性。

按键电路

1. 复位按键与RP2040的RUN引脚相连接，外接上拉电阻使RUN默认稳定为高电平，按下RESET按键，RUN被拉低，板子复位重启，在按键两端接个100nF电容，可以加快复位响应时间。
2. 启动模式切换按键与RP2040的QSPI_SS引脚串联一个1kΩ相连接，串联电阻防止在BootLoader模式时，随后按下复位时，还是从BootLoader模式启动，而不是运行Flash的内容。当RP2040上电时，QSPI_SS引脚将自动默认为上拉，RP2040在启动过程中会检查这个I/O的值，QSPI_SS为逻辑0，RP2040进入引导加载驱动BootLoader模式。

• 未按BOOTSEL按键时，复位或上电，从Flash启动，进入normal普通模式。
• 按下BOOTSEL按键时，复位或上电，将显示为一个RPI-RP2磁盘，进入BootLoader模式，拖放UF2固件进行编程开发。

在开机有短暂一段时间不能保证QSPI_SS引脚的状态，增加一个上拉电阻就可始终得到满足。W25Q128JVSIQ这款Flash闪存外部上拉电阻是不必要的，所以标记为NO-FIT，焊接时可忽略不焊。

晶振电路

晶振选用SMD3225-4P封装12MHz的晶振，在不需要严格时序要求时，可以使用内部振荡器输入。晶振两旁的15pF电容作用是保证振荡频率更加稳定，在XOUT中串联1kΩ的电阻用于限流，可以防止晶振过驱导致寿命减少或损坏，选用其他不同的晶振，可能需要调整这些值。

LED指示电路

电源指示灯（红），上电时亮起，证明最小系统供电部分正常工作；
状态显示灯（蓝），用于给RP2040的GPIO25引脚测试，通过程序实现亮灭；

引脚电路

引脚使用2个1×20Pin的2.54mm排针孔方式引出，方便扩展项目连接。
在绘制PCB时，要注意两排针距离为17.78mm，兼容市面主流的树莓派Pico板。

调试接口

USB串口调试接口(USB1)，是树莓派Pico进行重新编程/烧写程序的最简洁方法，通常使用此方式调试。
SWD下载调试接口(H1)，电容为滤波作用，使下载烧录性能更加稳定。

SCH_RP2040最小系统

PCB 布局建议

• TYPE-C靠左侧板边居中摆放；
• 排针间距为17.87mm，放置在板边两侧；
• 主控芯片摆放在板子中部位置，方便与扩展引脚的外接排针走线；
• 晶振靠近放置在MCU附近，减小干扰；
• SWD调试排针接口放置在板右侧；
• 滤波电容紧挨需滤波引脚放置；

PCB 布线建议

• 电源线宽设置为15mil，信号线宽设置为8mil；
• 以顶层走线为主，走不通的线可以放置过孔切换到底层进行连接;
• 走线过程中优先走直线，需要拐弯的地方以135°钝角或圆弧为主，横平竖直，保持设计美规；
• 晶振走线尽量短，底部不要走线，减少噪声干扰；
• 在布线过程中适当放置GND扇孔占位，避免覆铜后GND不完整；

丝印覆铜建议

• 标记注明板子信息(RP2040最小系统)；
• 添加丝印标记按键，外接引脚和调试接口功能；
• 在绘制调整完PCB后加上泪滴效果，使板子更加美观稳固；
• 在元器件底下添加JLCJLCJLCJLC指定客编位置，成板美观；

4.编程开发

开发环境

树莓派可以使用MicroPython和C/C++语言进行开发学习，使用MicroPython语言开发时建议使用Thonny IDE，C/C++语言开发时建议使用Arduino IDE。简单友好，方便快速入门，上手学习。

烧录固件

• 进入MicroPython官网https://micropython.org/download/rp2-pico/下载UF2固件；
• 按住BOOTSEL按键不放，将Pico插入电脑的USB串口，电脑会弹出一个RPI-RP2的磁盘，在这文件夹下的INDEX.HTM文件，点击会跳转打开树莓派Pico的官网，INFO_UF2.TXT文件，则是记录板子当前的信息。
• 将下载好的UF2文件拖入RPI-RP2文件夹中。此时打开的RPI-RP2窗口会自动关闭，树莓派Pico自动重启，同时在设备管理器器可以看到一个通过USB虚拟出来的端口，固件烧录完成。
  

Thonny

Arduino

5.实物验证

物料清单

器件焊接

参考顺序

• 首先焊接RP2040芯片(U1)，焊接时需先将在QFN封装上锡，或者使用锡膏上加热台/热风枪；

• 再焊接TYPE-C，二极管(D1)，按键，Flash(U2)；

• 然后再焊接电阻电容，LED和晶振；

• 最后再根据需要选择是否需要焊接排针。
  注意事项

• 焊接时可选择嘉立创EDA工具栏中的焊接辅助工具，实时交互方便焊接；

• 优先焊接RP2040芯片，避免其它器件影响焊接；

• 焊接排针时可用一块空板或洞洞板顶住，防止焊斜，影响使用。

顶层装配图

底层装配图

成品展示

实物验证

Zadig

Zadig可以帮助用户装载通用驱动，解决设备无法连接电脑的问题，保证外设可以正常访问电脑。点击Options→List All Devices，选择修改时需要注意不要选到系统驱动程序（RP2040驱动程序USB ID：2E8A）。

BootLoader模式

• RP2 Boot(interface 0) → USB Serial(CDC)
• RP2 Boot(interface 1) → WinUSB

normal普通模式

• Raspberry Pi Pico(interface 0) → USB Serial(CDC)

常见问题

• USB连接传输不起作用，没有弹出RPI-RP2磁盘管理器或串口号

1. 检查是否没有按住BOOTSEL按键，或者中间松开过；
2. TYPE C必须是数据线（充电线不带数据传输功能），TYPE-C的DP/DN未连接好（虚焊）；
3. 晶振不起振（虚焊或者损坏了）。

• 烧录初始UF2固件后设备管理器无法识别/未知USB设备（设备描述符请求失败）

1. 托拽刷入flash_nuke.uf2清除固件，将Flash中原有内容清除，然后再次刷入初始UF2固件；
2. RP2040芯片虚焊或者损坏了，焊接QFN封装时一定得先在引脚处上锡再焊接或加热。

• 使用了Zadig导致Pico在bootloader mode(引导加载程序模式)下不会枚举作为存储数据驱动器

1. 在设备管理器中找到所有RP2的引导驱动；
2. 右键选择“卸载设备”，勾选“删除此设备的驱动程序软件”（如果弹出询问时）；
3. 点击卸载，一定要卸载所有RP2相关的引导。