Arduino uno的制作与调试Word文档格式.docx

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这块板子中还是有存在一些比较难焊的地方。

1）芯片ATmega8U2

ArduinoUNO与之前Arduino2009版本的最大不同在于USB转串口部分，Arduino2009采用的是FTDI专用芯片FT232RL，而ArduinoUNO采用的是用一块ATmega8U2模拟出串口的做法。

这一改动着实带来了不小的麻烦，第一是该方案所采用的ATmega8U2芯片基本上在市场上很难找到，另外一点就是该芯片的封装加大了焊接的难度和成本。

芯片ATmega8U2的封装很小，而且它芯片的外面没有引脚，可以看到的是它的焊盘非常的小。

焊接方法为：

在各个焊盘上滴上锡，完了后检查一下有没有焊盘连接在一起的，然后用镊子夹住芯片ATmega8U2，小心的对准位置，对准后用镊子压住芯片，用电烙铁在一边的周围滑动加热，使得焊盘上的锡熔化，则芯片的引脚就焊在了焊盘上，同样的，其他三边也这样。

焊完之后用万用表检查一下。

2）贴片晶振及其他的贴片元器件

因为左手是拿镊子夹住器件对准位置，右手拿电烙铁，所以没有另外的手来添加焊锡。

这时就需要先在对应的一个焊盘上滴一点焊锡，再将器件对准位置，用电烙铁在上面加热，焊锡熔化就与元器件连接在一起，在焊接另外一个焊盘。

焊接完成后如图4所示。

再用万用表检查各个焊点。

图4Arduinounorev1

2、原理图分析

1.外接电源输入部分

ArduinoUNO可以使用外接电源进行输入，A是电源输入口，电源的输入的范围为7V到12V.。

图5中B是二极管，二极管的特性是单向导通。

使用二极管的目的是：

即使电源输入的正反极性反转，也不会烧毁线路板上的元器件。

C是稳压管，把输入电压稳定在5V。

由于C器件的输入和输出间需要一定的压差，所以A的输入电压不能低于7V。

另外，如果A的输入电压过高，会使得器件C输入和输出电压差过大，从而使得C因为温度过高也烧毁。

用户在使用外接电源输入时，请把输入电源的电压范围控制在7V到12V之间。

原则上，越靠近7V越好。

图5外接电源输入部分

2.USB电源输入部分

ArduinoUNO也可以使用USB口直接供电。

图6中A是USB接头，可以给ArduinoUNO提供5V的电压。

B是保险管，当UNO所需要的电流大于500mA的时候，该保险管会自动断开，以防止损坏电脑。

图中C是10K的排阻，用来对上面提到的外接电源输入进行分压。

当外接电源输入电压VIN大于7V时，D器件的第3脚由于电压高于D器件的第2脚（3.3V），所以D器件的第1脚输出高电平。

器件E是PMOS,当D器件的第1脚输出高电平时，器件E处于截至状态，从而切断了USB接口的供电。

当外接电源输入电压VIN小于6V时，D器件的第3脚由于电压低于D器件的第2脚（3.3V），所以D器件的第1脚输出低电平。

器件E处于导通状态，此时，ArduinoUNO由USB口进行供电。

器件F是线性稳压器，负责把5V电源转变成3V电源，该器件能给ArduinoUNO提供大约50mA的电流。

图6USB电源输入部分

3.ATmega8U2/ATmega16U2

ATmega8U2和ATmega16U2是USB接口芯片，其特征包括：

1）8K/16K字节的Flash,支持自擦写功能。

512字节EEPROM和512字节SRAM（8U和16U的不同处是Flash容量）

2）内置Boot-Loader功能。

3）支持USB全速，包含4个USB输入输出端口

4）包含内置晶振。

5）操作电压范围为2.7V到5.5V。

2.7V时，最大工作频率是8MHz,4.5V时，最大工作频率是16MHz。

3、Arduinouno板子的调试

1.USBtinyISP的驱动安装

Arduinouno的调试用到工具官方支持下载线USBtinyISP。

USBtinyISP也是一款为AVR单片机设计的基于USB接口的ISP下载线，使用它可以为大部分AVR单片机下载程序。

在ArduinoIDE中，USBtinyISP是一直被支持的下载线，用来下载其bootloader，与之前使用的USBasp下载线相比，使用起来更加简单。

首先下载USBtinyISP驱动程序，将其解压缩到硬盘上备用。

将下载线通过USB线连接到计算机后，系统会提示找到相应的硬件：

在随后出现的“找到新的硬件向导”对话框中，选“否，暂时不”，然后单击“下一步”按钮：

在随后出现的对话框中，选“从列表或指定位置安装（高级）”，然后单击“下一步”按钮：

接着指定之前解压缩开的驱动文件所在的目录：

单击“下一步”按钮之后，系统就开始安装USBtinyISP所需要的驱动文件：

最后单击“完成”按钮，就大功告成了：

此时在系统的硬件管理器中，我们能够找到“USBtinyISPAVRProgrammer”，表明该下载线已经可以使用了：

USBtinyISP在设计的时候，设置了相应的跳线来为单片机供电。

在为Arduino下载bootloader的时候，我们需要将该跳线短路，这样就不需要再为Arduino提供额外的电源了：

2.ATMega8U2固件烧写与驱动安装

安裝好USBtinyISP驱动之后，首先要向ATMega8U2内写入相应的USB固件（firmware）。

在Arduino-0022安装目录下的hardware\arduino\firmwares目录下，我们可以找到为ArduinoUNO编译好的USB固件文件UNO-dfu_and_usbserial_combined.hex。

编译时需要调用avrdude，我们先从arduino0022中找到avrdude的两个文件，avrdude.exe，avrdude.conf，如下图：

把他们放入arduino-0022\hardware\arduino\firmwares文件夹下面

ArduinoUNO上为ATMega8U2单片机也留出了ICSP接口，我们可以借助它来下载相应的USB固件，使用的工具是USBTinyISP。

把tinyISP与8U2芯片上方的ICSP接口连接好。

ICSP线的街头上，有一个小三角，那个指向的是1号口。

板子上ICSP的1号口也都有标记，如图：

然后进入命令状态，进入arduino-0022\hardware\arduino\firmwares目录，输入命令：

avrdude-pat90usb82-F-Pusb-cusbtiny-Uflash:

w:

UNO-dfu_and_usbserial_combined.hex

-Ulfuse:

0xFF:

m-Uhfuse:

0xD9:

m-Uefuse:

0xF4:

m-Ulock:

0x0F:

m

这段命令后半部分是设置熔丝位，熔丝低位ff，高位d9，扩展位f4，lock位0f。

完成以后我们就可以把uno的usb口连接电脑，测试是否下载成功（如果下载固件失败，很可能是ATmega8U2焊接失败）。

在win7下连接后，会提示找到新硬件

因为系统驱动中没有包含，所以会提示安装失败，不要紧。

这时进入控制面板中的系统

在有感叹号的uno上点右键，选择更新驱动。

然后选择手工查找驱动

选择驱动目录，默认是在arduino-0022\drivers目录下。

提示不用管，安装就可以。

3.ATmega328芯片bootloader的烧写

用6芯的连接线将USBtinyISP和Arduino上的ICSP座连接起来：

注意由于Arduino的ICSP座并没有设计反插反的座，你需要6芯连接线上带三角形的那一位是对应于ICSP座上的“1”：

硬件连接好之后，此时可以打开Arduino的IDE了。

在菜单“Tools”->

“Board”列表中选择好你的Arduino板子的型号之后，就可以通过菜单“Tools”->

“BurnBootloader”->

“w/USBtinyISP”来下载Arduino的bootloader：

整个下载的过程中，USBtinyISP上红色的BUSY灯会一直亮着，表明其正在工作：

整个下载过程会持续一段时间，但速度与USBasp相比还是要快一些。

下载完成之后，在ArduinoIDE窗口中会显示“Doneburningbootloader”：

4.测试

到现在为止，板子已经全部好了，接下来将导入程序进行测试。

拔掉USBtinyISP下载器，直接用USB连接板子。

可以看到工作指示灯亮。

然后打开Arduino的IDE，在菜单“File”->

“Example”->

"

Basics"

->

Blink"

。

然后点

把程序下载到板子里去。

在下载过程中，板子上的RX、TX灯会闪亮，下载完成后

黄色的灯L每隔一秒闪一次，表示调试成功了。

4、Arduinouno中常用的基本函数

1.结构

viodsetup（）初始化变量、管脚模式、调用库函数等；

voidloop（）连续执行函数内的语句。

2.功能

1）数字I/O

pinMode（pin,mode）数字IO口输入输出模式定义函数，pin表示为0～13，mode表示为INPUT或OUTPUT。

digitalWrite（pin,value）数字IO口输出电平定义函数，pin表示为0～13，value表示为HIGH或LOW。

比如定义HIGH可以驱动LED。

intdigitalRead（pin）数字IO口读输入电平函数，pin表示为0～13，value表示为HIGH或LOW。

比如可以读数字传感器。

2）模拟I/O

intanalogRead（pin）模拟IO口读函数，pin表示为0～5（ArduinoDiecimila为0～5，Arduinonano为0～7）。

比如可以读模拟传感器（10位AD，0～5V表示为0～1023）。

analogWrite（pin,value）-PWM数字IO口PWM输出函数，Arduino数字IO口标注了PWM癿IO口可使用该函数，pin表示3,5,6,9,10,11，value表示为0～255。

比如可用于电机PWM调速或音乐播放。

3）时间函数

delay（ms）延时函数（单位ms）。

delayMicroseconds（us）延时函数（单位us）。

4）数学函数

min（x,y）求最小值

max（x,y）求最大值

abs（x）计算绝对值

constrain（x,a,b）约束函数，下限a，上限b，x必须在ab之间才能返回。

map（value,fromLow,fromHigh,toLow,toHigh）约束函数，value必须在fromLow与toLow之间和fromHigh与toHigh之间。

pow（base,exponent）开方函数，base的exponent次方。

sq（x）平方

sqrt（x）开根号