Adafruit Feather M0 Adalogger：一款強(qiáng)大的一體化數(shù)據(jù)記錄開(kāi)發(fā)板

在電子開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，擁有一款功能強(qiáng)大且易于使用的開(kāi)發(fā)板至關(guān)重要。Adafruit Feather M0 Adalogger就是這樣一款值得關(guān)注的開(kāi)發(fā)板，它為開(kāi)發(fā)者提供了豐富的功能和便捷的使用體驗(yàn)。

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一、概述

Adafruit Feather M0 Adalogger是Adafruit推出的一款“一體化”Cortex M0數(shù)據(jù)記錄器（或數(shù)據(jù)讀取器），內(nèi)置USB和電池充電功能。其核心是ATSAMD21G18 ARM Cortex M0處理器，時(shí)鐘頻率為48 MHz，采用3.3V邏輯，與新的Arduino Zero使用的芯片相同。這款芯片擁有256K的FLASH和32K的RAM，還內(nèi)置USB，具備USB - 串口編程和調(diào)試能力，無(wú)需FTDI類芯片。

規(guī)格參數(shù)

• 尺寸：未焊接引腳時(shí)，尺寸為2.0" x 0.9" x 0.28"（51mm x 23mm x 8mm）。
• 重量：僅5.3克，非常輕便。
• 處理器：ATSAMD21G18 @ 48MHz，3.3V邏輯/電源。
• 存儲(chǔ)：256KB的FLASH + 32KB的RAM。
• 電源：3.3V穩(wěn)壓器，峰值電流輸出500mA。
• 接口：支持USB原生，帶有USB引導(dǎo)加載程序和串口調(diào)試功能；擁有20個(gè)GPIO引腳，支持硬件串口、硬件I2C、硬件SPI；8個(gè)PWM引腳，10個(gè)模擬輸入。
• 其他：內(nèi)置100mA鋰聚合物充電器，帶有充電狀態(tài)指示燈LED；引腳#13連接紅色LED，用于通用閃爍；具備電源/使能引腳、4個(gè)安裝孔和復(fù)位按鈕。此外，還額外增加了MicroSD卡插槽和綠色LED。

二、引腳布局

1. 電源引腳

• GND：所有電源和邏輯的公共接地。
• BAT：連接可選鋰聚合物電池的JST插孔的正電壓。
• USB：如果連接，為微型USB插孔的正電壓。
• EN：3.3V穩(wěn)壓器的使能引腳，上拉，連接到地可禁用3.3V穩(wěn)壓器。
• 3V：3.3V穩(wěn)壓器的輸出，可提供500mA峰值電流。

2. 邏輯引腳

邏輯引腳為微控制器的通用I/O引腳集，所有邏輯均為3.3V，幾乎所有引腳都可進(jìn)行PWM輸出，所有引腳都可作為中斷輸入。例如，引腳#0 / RX既是GPIO #0，也是Serial1的接收（輸入）引腳，還可作為模擬輸入；引腳A0既是模擬輸入，又因帶有DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）可作為模擬輸出。

3. Micro SD卡 + 綠色LED

• #4：用作MicroSD卡的CS（芯片選擇）引腳。
• #7：用作MicroSD卡的CD（卡檢測(cè)）引腳，通過(guò)配置為上拉輸入，可檢測(cè)卡的插入和移除。
• #8：連接到綠色LED，可在讀寫(xiě)有效數(shù)據(jù)或進(jìn)行用戶提醒時(shí)閃爍。

4. 其他引腳

• RST：復(fù)位引腳，連接到地可手動(dòng)復(fù)位AVR并手動(dòng)啟動(dòng)引導(dǎo)加載程序。
• ARef：模擬參考引腳，通常參考電壓與芯片邏輯電壓相同（3.3V），若需要替代模擬參考，可連接到該引腳并在固件中選擇外部AREF，但電壓不能高于3.3V。
• SWCLK & SWDIO：底部的焊盤(pán)用于對(duì)芯片進(jìn)行編程，也可連接到SWD調(diào)試器。

三、組裝

Adafruit Feather M0 Adalogger發(fā)貨時(shí)已完全測(cè)試，但未安裝引腳，這為用戶提供了多種選擇。

1. 引腳選項(xiàng)

• 普通公引腳：可將開(kāi)發(fā)板插入無(wú)焊面包板。
• 母引腳插座：雖不能插入面包板，但便于連接Feather擴(kuò)展板。
• “超薄”母引腳：更短，使外形更緊湊。
• 堆疊引腳：結(jié)合了插入無(wú)焊面包板和連接Feather擴(kuò)展板的功能，但體積稍大。

2. 焊接步驟

普通公引腳焊接

• 準(zhǔn)備引腳條：必要時(shí)將引腳條裁剪至合適長(zhǎng)度，將長(zhǎng)引腳插入面包板，便于焊接。
• 安裝 breakout 板：將 breakout 板放在引腳上，使短引腳穿過(guò)焊盤(pán)。
• 焊接：確保焊接所有引腳，以實(shí)現(xiàn)可靠的電氣連接。

母引腳焊接

• 固定引腳：用膠帶將引腳固定，防止翻轉(zhuǎn)電路板時(shí)掉落。
• 定位焊接：翻轉(zhuǎn)電路板后，焊接每個(gè)引腳條的一兩個(gè)點(diǎn)，固定引腳。
• 完成焊接：焊接所有引腳，確保電氣連接可靠。

四、電源管理

1. 電池 + USB 電源

Feather M0 Adalogger有兩種供電方式：通過(guò)USB電纜連接，開(kāi)發(fā)板會(huì)將5V USB電壓調(diào)節(jié)至3.3V；連接4.2/3.7V鋰聚合物（LiPo/LiPoly）或鋰離子（LiIon）電池到JST插孔，可使用可充電電池供電。當(dāng)USB供電時(shí)，開(kāi)發(fā)板會(huì)自動(dòng)切換到USB電源，并開(kāi)始為電池充電（如果連接了電池）。

2. 電源供應(yīng)

開(kāi)發(fā)板提供了多種電源供應(yīng)選項(xiàng)，包括BAT引腳（連接鋰聚合物JST連接器）、USB引腳（連接USB時(shí)的+5V）和3V引腳（3.3V穩(wěn)壓器的輸出）。使用500mA峰值穩(wěn)壓器，但不能連續(xù)從5V獲取500mA電流，否則會(huì)使穩(wěn)壓器過(guò)熱。

3. 電池測(cè)量

為了方便測(cè)量電池電壓，開(kāi)發(fā)板在BAT引腳連接了一個(gè)雙100K電阻分壓器，并連接到D9（模擬#7 A7）。通過(guò)讀取該引腳的電壓并乘以2，即可得到電池電壓。

4. 使能引腳

通過(guò)將EN引腳連接到地，可關(guān)閉3.3V穩(wěn)壓器，但BAT和USB引腳仍會(huì)供電。

5. 替代電源選項(xiàng)

• 永久安裝：使用5V 1A USB墻式適配器，通過(guò)USB電纜提供可靠電源。
• 移動(dòng)使用：使用USB電池組。
• 高電壓電源：使用5V降壓轉(zhuǎn)換器，并連接到USB電纜的5V和GND輸入。

需要注意的是，不要使用堿性或NiMH電池連接到電池端口，也不要使用7.4V RC電池，否則會(huì)損壞開(kāi)發(fā)板。

五、Arduino IDE設(shè)置

1. 下載Arduino IDE

需要下載最新版本的Arduino IDE，版本需為1.8或更高。

2. 添加URL

在Arduino IDE的偏好設(shè)置中，添加URL：https://adafruit.github.io/arduino-board-index/package_adafruit_index.json 。

3. 安裝支持包

• 安裝SAMD支持：在Board Manager中安裝最新的Arduino SAMD Boards（版本1.6.11或更高）。
• 安裝Adafruit SAMD：安裝Adafruit SAMD包，添加開(kāi)發(fā)板文件定義。

4. 安裝驅(qū)動(dòng)（僅適用于Windows 7 & 8）

下載并運(yùn)行Adafruit驅(qū)動(dòng)安裝程序，選擇要安裝的驅(qū)動(dòng)。

5. 上傳第一個(gè)閃爍程序

將M0或M4開(kāi)發(fā)板插入電腦，選擇匹配的開(kāi)發(fā)板，加載Blink示例程序并上傳。

6. 常見(jiàn)問(wèn)題解決

• 編譯問(wèn)題：確保安裝了Arduino SAMD和Adafruit SAMD板包。
• 手動(dòng)引導(dǎo)加載：如果引導(dǎo)加載器出現(xiàn)問(wèn)題，雙擊RST按鈕進(jìn)入引導(dǎo)加載模式。
• Ubuntu & Linux問(wèn)題：按照說(shuō)明安裝Adafruit的udev規(guī)則。

六、使用SD卡

1. 準(zhǔn)備工作

確保Adafruit SAMD板包版本為1.6.2或更高，許多默認(rèn)示例已將CS引腳設(shè)置為4。

2. 示例代碼

可以使用CardInfo示例開(kāi)始，上傳并打開(kāi)串口控制臺(tái)，獲取文件列表。也可以使用Datalogger示例將模擬數(shù)據(jù)保存到SD卡，使用Dumpfile示例讀取SD卡中的數(shù)據(jù)。

3. 注意事項(xiàng)

為了節(jié)省電源，數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行緩沖，每50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（共512個(gè)字符）才會(huì)真正保存到SD卡。如果需要確保每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都保存，可以使用logfile.flush()，但會(huì)增加功耗。

七、適配M0 & M4的草圖

1. 模擬參考

如果使用ARef引腳進(jìn)行非3.3V模擬參考，使用analogReference(AR_EXTERNAL)。

2. 引腳輸出和上拉

對(duì)于M0 & M4開(kāi)發(fā)板，使用pinMode(pin, INPUT_PULLUP)設(shè)置引腳為上拉輸入。

3. 串口與SerialUSB

在Adafruit M0/M4核心中，Serial連接到USB。如果使用官方Arduino SAMD核心，需要使用SerialUSB進(jìn)行USB通信。

4. 模擬寫(xiě)入/PWM

Feather M0中部分引腳的PWM功能與SAMD21芯片的多路復(fù)用表有所不同，需要注意相關(guān)引腳的配置。

5. 其他問(wèn)題

• 缺少頭文件：對(duì)于不支持M0核心的庫(kù)，可以使用#ifdef進(jìn)行條件編譯或直接刪除相關(guān)行。
• 引導(dǎo)加載器啟動(dòng)：M0/M4需要雙擊復(fù)位按鈕進(jìn)入引導(dǎo)加載模式。
• 對(duì)齊內(nèi)存訪問(wèn)：在32位平臺(tái)上，使用memcpy進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制。
• 浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換：M0運(yùn)行時(shí)庫(kù)沒(méi)有dtostrf函數(shù)，可參考相關(guān)線程找到可用的實(shí)現(xiàn)。
• RAM可用量：可以使用特定函數(shù)跟蹤RAM使用情況。
• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FLASH：在ARM中，在變量名前添加const即可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FLASH中。
• 寄存器打印：可以使用相關(guān)庫(kù)打印SAMD21的寄存器信息。

6. M4性能選項(xiàng)

• CPU速度（超頻）：可調(diào)整微控制器核心時(shí)鐘，但可能會(huì)導(dǎo)致代碼鎖定或部分代碼庫(kù)不兼容。
• 優(yōu)化：提供“Small”“Fast”和“Here be dragons”三種優(yōu)化選項(xiàng)，不同選項(xiàng)對(duì)代碼大小和速度有不同影響。
• 緩存：默認(rèn)啟用，可提高性能，若遇到問(wèn)題可禁用。
• Max SPI和Max QSPI：通常保持默認(rèn)設(shè)置，特殊情況下可進(jìn)行調(diào)整，但可能會(huì)導(dǎo)致SPI讀取失敗。
• 啟用M4板的降壓轉(zhuǎn)換器：部分M4板可通過(guò)代碼切換到1.8V降壓轉(zhuǎn)換器，節(jié)省功耗，但會(huì)使ADC/DAC讀取噪聲增加。

Adafruit Feather M0 Adalogger為電子工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、易于使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。通過(guò)了解其特點(diǎn)、引腳布局、組裝方法、電源管理、Arduino IDE設(shè)置、SD卡使用以及適配M0 & M4的草圖等方面的知識(shí)，開(kāi)發(fā)者可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)意項(xiàng)目。你在使用這款開(kāi)發(fā)板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。