Adafruit Feather 32u4 Adalogger：小巧便攜的數(shù)據(jù)記錄神器

在電子開發(fā)領(lǐng)域，擁有一款功能強(qiáng)大且便攜的開發(fā)板至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下 Adafruit Feather 32u4 Adalogger，看看它能為我們帶來怎樣的驚喜。

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一、概述

Adafruit Feather 32u4 Adalogger 是 Adafruit 推出的一款全新開發(fā)板，它就像其名字一樣，輕薄便攜，為便攜式微控制器核心設(shè)立了新的標(biāo)準(zhǔn)。這款開發(fā)板是一個集數(shù)據(jù)記錄與讀取功能于一體的設(shè)備，內(nèi)置 USB 和電池充電功能，還配備了 microSD 卡槽，非常適合各類便攜式項目。

核心芯片

其核心采用了 ATmega32u4 芯片，時鐘頻率為 8 MHz，邏輯電壓為 3.3V。這款芯片我們并不陌生，它和 Flora 使用的是同一款芯片，Adafruit 在這方面有著豐富的經(jīng)驗。芯片擁有 32K 的閃存和 2K 的 RAM，并且內(nèi)置 USB 接口，不僅具備 USB 轉(zhuǎn)串口的編程和調(diào)試功能，無需 FTDI 類芯片，還能模擬鼠標(biāo)、鍵盤、USB MIDI 設(shè)備等。

便攜設(shè)計

為了方便在便攜式項目中使用，開發(fā)板添加了 3.7V 鋰聚合物電池連接器，并內(nèi)置了電池充電功能。即使沒有電池，它也能直接通過 micro USB 接口供電。如果使用電池，在外出時可以攜帶，需要充電時插入 USB 即可。而且，當(dāng) USB 電源可用時，開發(fā)板會自動切換到 USB 供電。同時，通過一個分壓器將電池連接到一個模擬引腳，我們可以測量和監(jiān)控電池電壓，以便及時充電。

詳細(xì)規(guī)格

• 尺寸：未焊接引腳時，尺寸為 2.0" x 0.9" x 0.28"（51mm x 23mm x 8mm）。
• 重量：僅 5.1 克，輕如羽毛。
• 電源：3.3V 穩(wěn)壓器，峰值電流輸出可達(dá) 500mA。
• 接口：支持 USB 原生，自帶 USB 引導(dǎo)加載程序和串口調(diào)試功能。
• 引腳：擁有 20 個 GPIO 引腳，支持硬件串口、硬件 I2C 和硬件 SPI，7 個 PWM 引腳，10 個模擬輸入引腳。
• 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，可用于通用閃爍；還有電源/使能引腳、4 個安裝孔和復(fù)位按鈕。

此外，F(xiàn)eather 32u4 Adalogger 還利用剩余空間添加了 MicroSD 卡槽和綠色 LED，引腳 8 連接綠色 LED，可用于數(shù)據(jù)讀寫時的提示。

二、引腳說明

電源引腳

• GND：所有電源和邏輯的公共接地端。
• BAT：連接可選鋰聚合物電池的 JST 插孔的正電壓端。
• USB：連接 micro USB 插孔的正電壓端。
• 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，峰值電流可達(dá) 500mA。

邏輯引腳

邏輯引腳均為 3.3V 邏輯電平，包括 GPIO 引腳、串口引腳、I2C 引腳、SPI 引腳等，具體功能如下：

• #0 / RX：GPIO #0，也是 Serial1 的接收（輸入）引腳和中斷 #2。
• #1 / TX：GPIO #1，也是 Serial1 的發(fā)送（輸出）引腳和中斷 #3。
• #2 / SDA：GPIO #2，也是 I2C（Wire）數(shù)據(jù)引腳，默認(rèn)無上拉電阻，使用 I2C 時可能需要 2.2K - 10K 上拉電阻，也是中斷 #1。
• #3 / SCL：GPIO #3，也是 I2C（Wire）時鐘引腳，默認(rèn)無上拉電阻，使用 I2C 時可能需要 2.2K - 10K 上拉電阻，可進(jìn)行 PWM 輸出，也是中斷 #0。
• #5 - #13：部分引腳可進(jìn)行 PWM 輸出，部分引腳還可作為模擬輸入引腳。
• A0 - A5：模擬輸入引腳，也可作為數(shù)字 I/O 引腳。
• SCK/MOSI/MISO：硬件 SPI 引腳，也用于 microSD 卡，未插入 SD 卡時可作為普通 GPIO 引腳使用，但建議保留用于 SD 卡。

Micro SD 卡和綠色 LED 引腳

• #4：MicroSD 卡的 CS（芯片選擇）引腳。
• #7：MicroSD 卡的 CD（卡檢測）引腳，可檢測卡的插入和移除。
• #8：連接綠色 LED，可用于數(shù)據(jù)讀寫提示。

其他引腳

• RST：復(fù)位引腳，連接到地可手動復(fù)位 AVR 并啟動引導(dǎo)加載程序。
• ARef：模擬參考引腳，正常情況下參考電壓與芯片邏輯電壓相同（3.3V），如需其他模擬參考電壓，可連接到該引腳并在固件中選擇外部 AREF，但不能超過 3.3V。

三、組裝

Feather 開發(fā)板出廠時已完全測試，但未安裝引腳，這為我們提供了更多的使用和配置靈活性。引腳安裝有以下幾種選擇：

普通引腳

將引腳切割到合適長度，插入面包板，然后將開發(fā)板放在引腳上，使短引腳穿過焊盤，最后焊接所有引腳，確保可靠的電氣連接。

母引腳

使用膠帶將母引腳固定在開發(fā)板上，翻轉(zhuǎn)開發(fā)板，先焊接一兩個點固定引腳，然后焊接所有引腳。

其他選項

還有“超薄”母引腳和“堆疊引腳”等選項，超薄母引腳更短，使開發(fā)板更緊湊；堆疊引腳則結(jié)合了插入面包板和連接 Featherwing 的功能，但體積稍大。

四、電源管理

電池和 USB 供電

開發(fā)板有兩種供電方式：

• USB 供電：通過 USB 電纜連接，開發(fā)板會將 5V USB 電壓調(diào)節(jié)到 3.3V。
• 電池供電：連接 4.2/3.7V 鋰聚合物或鋰離子電池到 JST 插孔，可實現(xiàn)可充電電池供電。當(dāng) USB 電源可用時，開發(fā)板會自動切換到 USB 供電，并開始為電池充電。

電源供應(yīng)

開發(fā)板提供了多個電源引腳，包括 BAT 引腳（連接鋰聚合物電池）、USB 引腳（連接 USB 電源）和 3V 引腳（3.3V 穩(wěn)壓器輸出）。雖然 3.3V 穩(wěn)壓器峰值電流可達(dá) 500mA，但不能持續(xù)從 5V 輸入獲取該電流，否則會導(dǎo)致穩(wěn)壓器過熱。不過，對于一些間歇性電流需求的設(shè)備，如 ESP8266 WiFi 芯片或 XBee 無線電，是可以正常供電的。

電池測量

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

使能引腳

通過將 EN 引腳連接到地，可以關(guān)閉 3.3V 穩(wěn)壓器，但 BAT 和 USB 引腳仍會供電。

替代電源選項

除了電池和 USB 供電，還可以使用 5V 1A USB 墻式適配器、USB 電池組或 5V 降壓轉(zhuǎn)換器等為開發(fā)板供電。但需要注意，不能使用堿性或 NiMH 電池連接到電池端口，也不能使用 7.4V RC 電池，否則會損壞開發(fā)板。同時，不建議連接外部 3.3V 或 5V 電源，可能會導(dǎo)致意外行為或損壞開發(fā)板。

五、Arduino IDE 設(shè)置

下載和安裝

首先，需要下載并安裝最新版本的 Arduino IDE（版本 1.8 或更高）。安裝完成后，打開 IDE，導(dǎo)航到 Preferences 菜單，添加 Adafruit 板管理器的 URL：https://adafruit.github.io/arduino-board-index/package_adafruit_index.json。

安裝板支持包

添加 URL 后，打開 Boards Manager，選擇 Contributed 類別，安裝 Adafruit AVR Boards 等所需的板支持包。安裝完成后，退出并重新打開 Arduino IDE，確保所有板都已正確安裝。

安裝驅(qū)動（僅適用于 Windows 7）

對于 Windows 7 用戶，需要下載并運(yùn)行 Adafruit 驅(qū)動安裝程序，安裝所需的驅(qū)動。

測試示例

安裝完成后，我們可以上傳一個簡單的 Blink 示例來測試開發(fā)板。將開發(fā)板連接到計算機(jī)，選擇正確的端口和板類型，然后上傳代碼。如果一切正常，開發(fā)板上的紅色 LED 會開始閃爍。

手動引導(dǎo)加載

如果引導(dǎo)加載程序出現(xiàn)問題，或者上傳的代碼導(dǎo)致開發(fā)板崩潰且無法自動重啟進(jìn)入引導(dǎo)加載程序，可以雙擊 RST 按鈕進(jìn)入引導(dǎo)加載程序模式。在 Arduino IDE 嘗試上傳代碼時，看到黃色箭頭亮起和“Uploading ...”文本時，雙擊復(fù)位按鈕，紅色 LED 會閃爍，表示進(jìn)入引導(dǎo)加載程序模式。

Ubuntu 和 Linux 問題解決

如果在 Linux 系統(tǒng)上遇到連接串口控制臺延遲或出現(xiàn)亂碼的問題，可以按照相關(guān)頁面的步驟進(jìn)行解決。

六、常見問題解答

開發(fā)板停止工作

如果開發(fā)板在拔掉 USB 后停止工作，可能是因為示例代碼中包含“while (!Serial);”語句，該語句會使開發(fā)板等待 USB 連接。如果想在沒有 USB 連接的情況下運(yùn)行開發(fā)板，可以刪除或注釋掉該語句。

開發(fā)板未顯示為 COM 或串口端口

很多情況下，這是由于使用了僅充電的 USB 電纜導(dǎo)致的。建議使用數(shù)據(jù)同步的 USB 電纜，并避免使用質(zhì)量差的電纜。同時，選擇質(zhì)量好的 USB 端口，避免插入 USB 鍵盤，必要時使用 USB-2 HUB 避免 USB3 問題。

開發(fā)板無法上傳代碼

如果開發(fā)板無法上傳代碼，可以通過手動啟動引導(dǎo)加載程序來解決。具體步驟包括在 Arduino IDE 中打開詳細(xì)上傳模式，插入開發(fā)板，打開 Blink 示例，選擇正確的板類型，編譯代碼，點擊上傳，在上傳過程中雙擊復(fù)位按鈕進(jìn)入引導(dǎo)加載程序模式。

選擇錯誤的板類型

如果在 Arduino Boards 菜單中選擇了錯誤的板類型，可能會導(dǎo)致開發(fā)板無法正常顯示為 USB 設(shè)備。確保根據(jù)開發(fā)板的實際類型選擇正確的板類型。

COM 端口問題

32u4/M0 開發(fā)板有用戶端口和引導(dǎo)加載程序端口兩個 COM 端口，它們的編號不同。如果用戶程序崩潰或停止，用戶 COM 端口可能會消失，此時需要手動啟動引導(dǎo)加載程序并上傳已知正常的代碼。

SD 卡問題

使用 SD 卡時，確保芯片選擇引腳 CS 設(shè)置為 4。同時，避免使用占用引腳 #9 的翅膀，因為該引腳用于鋰電池的模擬檢測。

七、SD 卡使用

Arduino IDE 自帶的 SD 卡庫可以很好地支持 Feather 32u4 Adalogger 的 SD 卡讀寫?？梢詮?CardInfo 示例開始，該示例會詳細(xì)顯示 SD 卡的信息。對于其他示例，確保 CS 引腳設(shè)置為 4。此外，還可以嘗試 Datalogger 示例（將模擬數(shù)據(jù)保存到 SD 卡）和 Dumpfile 示例（從 SD 卡讀取數(shù)據(jù)）。

示例日志代碼

文檔中提供了一個簡單的日志記錄示例代碼，通過調(diào)整 delay() 函數(shù)可以設(shè)置模擬數(shù)據(jù)的讀取和保存頻率。代碼中使用紅色 LED 指示錯誤，綠色 LED 指示數(shù)據(jù)寫入 SD 卡。為了節(jié)省電量，數(shù)據(jù)會進(jìn)行緩沖，每 50 個數(shù)據(jù)點（共 512 個字符）才會真正保存到 SD 卡。如果想確保每個數(shù)據(jù)點都保存，可以在 logfile.print() 后添加 logfile.flush()，但這會增加開發(fā)板的功耗。

八、下載資源

文檔還提供了一些下載資源，包括 Frizting 對象、EagleCAD PCB 文件、3D 模型和 Feather 32u4 Adalogger 板圖的 PDF 和 SVG 文件。

總的來說，Adafruit Feather 32u4 Adalogger 是一款功能強(qiáng)大、便攜且易于使用的開發(fā)板，非常適合各類便攜式數(shù)據(jù)記錄和讀取項目。通過本文的介紹，相信大家對這款開發(fā)板有了更深入的了解。你是否已經(jīng)迫不及待地想要嘗試一下呢？在使用過程中，你還遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。