Arduino單片機(jī)使用和開發(fā)問(wèn)題記錄

1、將程序上傳到板子時(shí)Arduino IDE提示“avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00”

網(wǎng)上查遇到這個(gè)問(wèn)題的人比較多，有說(shuō)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的，有說(shuō)IDE設(shè)置問(wèn)題的。具體到我遇到的這個(gè)情況，原因是板子上插了RF24無(wú)線傳輸模塊(也許線還沒(méi)有插對(duì))，拔掉以后再上傳程序就正常了。

2、nRF24L01+無(wú)線透?jìng)魇褂脝?wèn)題

Arduino官網(wǎng)上似乎推薦Mirf這個(gè)庫(kù)，遇到一個(gè)問(wèn)題，接收端運(yùn)行幾分鐘后停止響應(yīng);試了另外一個(gè)RF24庫(kù)，遇到傳輸不穩(wěn)定的問(wèn)題，一時(shí)沒(méi)有解決，還是回到Mirf了，之前的停止響應(yīng)問(wèn)題沒(méi)有再出現(xiàn)。

這個(gè)論壇關(guān)于無(wú)線透?jìng)鞯挠懻摬簧?，雖然用arduino的不多。

Mirf的地址問(wèn)題：Mirf的address是有長(zhǎng)度要求的，例如可以用“serv1”、“clie1”作為地址，長(zhǎng)度過(guò)短會(huì)導(dǎo)致無(wú)法傳輸，例如用“cl2”作為地址。試了好多次才發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。

nRF24L01模塊(使用Mirf庫(kù)時(shí))的自動(dòng)應(yīng)答問(wèn)題：項(xiàng)目里使用一個(gè)nRF24L01(服務(wù)端)接收多個(gè)nRF24L01(客戶端)的消息，發(fā)現(xiàn)客戶端之間互相收到本應(yīng)發(fā)到服務(wù)端的消息，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)該與nRF24L01的自動(dòng)應(yīng)答機(jī)制有關(guān)。在Mirf.cpp的setTADDR方法里可以看到，目標(biāo)地址被同時(shí)寫到RX_ADDR_P0和TX_ADDR這兩個(gè)寄存器里，前者是接收自動(dòng)應(yīng)答使用的(一個(gè)nRF24L01可以有6個(gè)接收地址同時(shí)工作)，導(dǎo)致peer發(fā)到服務(wù)端的消息也被當(dāng)作自動(dòng)應(yīng)答了。為避免這種干擾，我實(shí)驗(yàn)下來(lái)的方法是：每個(gè)客戶端在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先setTADDR到一個(gè)無(wú)效且唯一的地址，在send之前那一刻再使用setTADDR將地址設(shè)置到服務(wù)端的地址，發(fā)送完成后馬上setTADDR到那個(gè)無(wú)效地址。

3、Arduino與Android通過(guò)usb通訊

利用usb-serial-for-android這個(gè)開源項(xiàng)目。注意，兩側(cè)的baudrate要設(shè)置一致;android端讀取到的數(shù)據(jù)可能是不完整數(shù)據(jù)，需要多讀幾次以便補(bǔ)齊。

“The nature of hardware device interfaces like these is that there is typically no guarantee your data will arrive in a single read(). If you expect 16 bytes of data, you need to read(), successively, until you have received all 16. If you want to read until there is a newline, you will need to scan all characters until you find a newline -- and then save anything received after it for later.” 來(lái)源鏈接

4、關(guān)于arduino設(shè)備的唯一ID

最后決定使用的方案是：寫一個(gè)專門的小程序(量產(chǎn)程序)，對(duì)每個(gè)arduino運(yùn)行一次，在EEPROM里寫入唯一的id號(hào)。正式程序運(yùn)行時(shí)只需讀取，不做修改。代碼參考

注意：EEPROM的擦寫次數(shù)是有限制的，一般標(biāo)稱為10萬(wàn)次，但有人聲稱實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有100次左右。還好，這個(gè)比較靠譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果是超過(guò)100萬(wàn)次，總之寫入EEPROM時(shí)慎重。

5、溫濕度傳感器DHT11

3.3v/5v通用，接數(shù)字信號(hào)口，使用DHT11這個(gè)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)。DHT11精度不高，若要求高可使用DHT22(也叫AM2302)。

6、同一段代碼在兩塊板子上運(yùn)行效果不同

兩塊板子都是uno+sensor shield+nrf24l01，其中一塊運(yùn)行完全正常，另一塊無(wú)法接收到消息(可以發(fā)送消息)。交換sensor shield(連同上面的nrf)無(wú)效，交換usb線無(wú)效，接外接12v電源無(wú)效。最后發(fā)現(xiàn)如果在代碼的loop()里加delay(100)則基本能接收到消息，但還有部分丟包。兩塊板子是從不同賣家處購(gòu)買的，看來(lái)還是有區(qū)別啊。

7、Arduino nano v3.0接nrf24l01模塊不工作問(wèn)題

nano直接連nrf24l01模塊無(wú)法收發(fā)數(shù)據(jù);但用nano先接傳感器擴(kuò)展板(sensor shield，像這種)，再把nrf24l01接到擴(kuò)展板上，則工作正常。仔細(xì)檢查過(guò)連線沒(méi)有問(wèn)題，且分別替換過(guò)nano和nrf模塊usb線等，都沒(méi)有效果。最后發(fā)現(xiàn)nano板子上的3.3v針腳電壓不對(duì)，幾乎是零，聯(lián)系賣家檢查后說(shuō)是nano上少一根線，要把usb口背后的兩個(gè)電容(C1和C7)靠近芯片的引腳短接，照此方法問(wèn)題解決。而擴(kuò)展板上的3.3v針腳是用asm1117-3.3從5v降壓得來(lái)，所以沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。

nano的官方文檔說(shuō)只有用usb供電時(shí)3.3v針腳才有電壓，但經(jīng)實(shí)驗(yàn)，我手上的這一版(電容短接后)不論用usb供電還是通過(guò)vin供電，3.3v針腳都有3.3v電壓。

8、無(wú)法上傳程序到arduino pro mini

使用ft232rl連接arduino pro mini，上傳程序時(shí)提示：

stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00

上傳時(shí)按reset按鈕不起作用，DTR線也已經(jīng)連接。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象：1)arduino上的RX應(yīng)該接ft232rl的TX，TX接RX，我一開始接反了;2)一開始用的FTDI的驅(qū)動(dòng)是最新的2.0.8.30，在這個(gè)帖子的提示下，降級(jí)到2.0.8.24后問(wèn)題解決。PS.最好搜索并下載CDM20824_Setup.exe文件以便強(qiáng)制降級(jí)。

又測(cè)試了一下DTR線的作用，如果連接了DTR線，直接上傳程序就可以成功;如果不連接DTR線，在提示Uploading時(shí)立刻按一下arduino的reset按鈕，也可以上傳成功，不按按鈕則上傳失敗。

Update 2014/2/19: 不知道什么原因，ft232rl又無(wú)法上傳程序到arduino pro mini了。這個(gè)帖子里有人提到在DTR線上加一個(gè)100nF的電容是關(guān)鍵的一步，但我手邊沒(méi)有這個(gè)電容，而且即使我不連接DTR線采用手動(dòng)reset的方式仍然不行。后來(lái)使用PL2303模塊的下載線(只有四個(gè)腳，與ft232rl相比少了DTR腳)配合手動(dòng)reset方式可以正常上傳程序到arduino。

9、Arduino的數(shù)據(jù)類型

Arduino的長(zhǎng)整型是32位的，而Java里是64位，互傳數(shù)據(jù)時(shí)別搞錯(cuò)了。關(guān)于arduino里的數(shù)據(jù)類型

10、電池供電方案

我花了不少時(shí)間在研究各種供電方案上，要平衡電池容量和帶來(lái)的體積增加，還要考慮電池成本因素：

方案1: 5號(hào)/7號(hào)干電池供電，為達(dá)到至少3.3v的電壓以便驅(qū)動(dòng)arduino pro mini+nrf24l01，需要至少三節(jié)電池，體積太大放棄;[!--empirenews.page--]

方案2：CR2032紐扣電池供電，同樣電壓不足(標(biāo)稱3V)，實(shí)測(cè)3.2V但后來(lái)會(huì)有電壓下降，在3V左右arduino能啟動(dòng)但無(wú)線模塊不正常;

方案3：3.7V鋰電池供電，這是目前采用的方案，目標(biāo)是讓一塊250mAh的鋰聚合物電池能維持設(shè)備運(yùn)行2個(gè)月以上。為節(jié)約成本和體積，鋰電池充電模塊將采用外置的方式。

這段代碼可以檢測(cè)當(dāng)前VCC腳的電壓(僅支持328和168)，有助于實(shí)現(xiàn)提示電池電量不足，我在pro mini 5v上實(shí)測(cè)可用。

11、減小工作電流

目前采用arduino pro mini 5v/16MHz版本，這個(gè)版本在tb上的售價(jià)為13元人民幣左右，而3.3v/8MHz的版本要17元左右，實(shí)測(cè)5v版本用3.3v電源(輸入VCC)仍然可用，只是這時(shí)核心頻率可能會(huì)低于16MHz，影響不大。

為減小工作電流以獲得盡可能長(zhǎng)的工作時(shí)間，設(shè)備絕大多數(shù)時(shí)間進(jìn)入睡眠模式(使用LowPower庫(kù))，利用watchdog周期性醒來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，然后立刻回到睡眠模式。參考鏈接

nrf24l01模塊也需要同時(shí)睡眠和醒來(lái)，使用Mirf庫(kù)里的powerDown()命令。

實(shí)測(cè)電流：pro mini 5v版本，3.7v鋰電池供電，HT7533穩(wěn)壓，LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF)同時(shí)Mirf.powerDown()，電流1.48mA。

傳感器供電：如果直接將傳感器接在5v或3v3上，傳感器會(huì)一直消耗電流。為了節(jié)電，可以將對(duì)電流要求不高的傳感器接在digital輸出上，當(dāng)arduino需要使用傳感器時(shí)再對(duì)它通電。參考鏈接1、參考鏈接2

12、TP4056充電板的充電電流問(wèn)題

tb上買的TP4056芯片的鋰電池充電板，要更改的Rprog是在電路板下方中部(電路板上文字方向?yàn)檎?的一個(gè)小貼片電阻，出廠時(shí)阻值是1.2k。我需要90mA的充電電流，按照說(shuō)明，替換成15k左右的電阻。

測(cè)試充電電流時(shí)遇到一點(diǎn)問(wèn)題：發(fā)現(xiàn)充電電流比預(yù)想的要低，77mA左右，而且?guī)缀跻婚_始就緩慢下降，并不是恒流的。查了一些資料后發(fā)現(xiàn)，我是把萬(wàn)用表串接到BAT+口上的，而萬(wàn)用表對(duì)這個(gè)電流造成了影響，因?yàn)槭褂貌煌臋n位測(cè)出來(lái)的電流值不同，高檔位顯示的電流比較高。實(shí)際應(yīng)該串接到In+口，或者測(cè)量Rprog電阻的電壓然后(V/Rprog)*1200得到充電電流。參考鏈接

13、analogRead(0)與analogRead(A0)的區(qū)別?

如果這個(gè)帖子所說(shuō)屬實(shí)，在Arduino IDE 0022以上這兩個(gè)命令沒(méi)有區(qū)別，A0的值為14，而analogRead(0)等價(jià)于analogRead(14)。補(bǔ)充：又找到一個(gè)帖子說(shuō)的比較詳細(xì)。

14、搭建最小系統(tǒng)的問(wèn)題

a) 我在tb上買的usbasp，vcc腳居然與gnd腳短接(!)，vcc腳旁邊的那個(gè)看不清字的腳有5v電壓;后來(lái)仔細(xì)一看，是文字距離對(duì)應(yīng)的針腳太遠(yuǎn)，以致于串行了。

b) 我使用Atmega168pa作為核心搭建最小arduino系統(tǒng)，在arduino ide 1.5.5里選擇board -> arduino ng or older，用usbasp燒錄bootloader時(shí)會(huì)提示下面的錯(cuò)誤：

avrdude: Expected signature for ATMEGA168 is 1E 94 06

原因是atmel168pa與atmel168這兩個(gè)芯片的簽名不一樣，arduino自帶的avrdude無(wú)法識(shí)別。按照這個(gè)帖子的方法可以解決，不過(guò)可能是arduino ide版本不同的原因，原帖里的內(nèi)容需要略作修改，按照ide的錯(cuò)誤提示來(lái)改即可。另一個(gè)帖子，雖然我沒(méi)實(shí)際試驗(yàn)，但也值得一看。

c) 順便提醒一下用“面包板專用電源”的，要注意電源插針的極性——電源插在面包板兩端時(shí)正負(fù)極剛好是反過(guò)來(lái)的。

d) 可能是面包板不太牢靠，在面包板上搭的最小系統(tǒng)很不穩(wěn)定，后來(lái)焊到洞洞板上就沒(méi)有問(wèn)題。

e) 如果使用programmer(例如usbasp)刷sketches到最小系統(tǒng)，注意每刷一次EEPROM都會(huì)被清除，解決的辦法是將EESAVE熔絲位設(shè)置為1(見(jiàn)這個(gè)鏈接)。

f) 為了方便調(diào)試，以及解決programmer刷sketches導(dǎo)致EEPROM被清除的問(wèn)題，我決定還是用ttl(pl2303

)上傳程序。連接好Vcc, Gnd, Tx, Rx后發(fā)現(xiàn)upload會(huì)失敗，reset不起作用，在網(wǎng)上找到這個(gè)帖子提到boards.txt里upload.protocal的設(shè)置問(wèn)題，打開boards.txt將原來(lái)的pro.upload.tool=avrdude改為pro.upload.tool=stk500，再刷一遍bootloader，使用ttl就正常了。

補(bǔ)充：后來(lái)使用ttl上傳時(shí)又提示missing "upload.params.quiet"錯(cuò)誤，將pro.upload.tool改回為avrdude解決，比較奇怪。

15、最小系統(tǒng)在5v下工作但在3.3v下不工作

還是atmega168pa芯片，配合8MHz外部晶振，搭好的最小系統(tǒng)上傳blink程序，在5v輸入下led閃爍，但換成3.3v輸入led不亮。測(cè)量pin13的電壓輸出為0.5v左右且保持不變，說(shuō)明blink程序沒(méi)有正常執(zhí)行。后來(lái)發(fā)現(xiàn)原因是3.3v輸入只接到vcc而沒(méi)有接到avcc腳上。進(jìn)一步測(cè)試，如果3.3v只接avcc，led也會(huì)閃爍但比較暗，pin13輸出電壓為2.2v左右。說(shuō)明vcc與avcc需要都接到3.3v供電才可以。

在atmega的datasheet里有這樣的說(shuō)明：“AVCC AVCC is the supply voltage pin for Port A and the A/D converter. It should be externally connected to VCC, even if the ADC is not used. If the ADC is used, it should be connected to VCC through a low-pass filter. ”

16、使用Eagle制作電路板

為了進(jìn)一步縮小成品尺寸，我決定設(shè)計(jì)自己的電路板，然后再tb上找工廠打樣生產(chǎn)。一開始考慮使用protel做這件事，后來(lái)發(fā)現(xiàn)eagle更合適，首先后者是可以免費(fèi)使用的不需要破解，其次eagle的官網(wǎng)上就有很多元件庫(kù)可以下載，與arduino有關(guān)的庫(kù)也比較豐富。eagle上手也不難，推薦看一下Sparkfun上的兩篇教程(鏈接1，鏈接2)基本就可以開始干活兒了。

下圖我設(shè)計(jì)的第一個(gè)PCB板(已送去打樣)，尺寸為25mmx42mm，電路板上主要集成了基于atmega328p的arduino最小系統(tǒng)和nrf24l01接口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的無(wú)線上傳，低功耗設(shè)計(jì)使用250mAh的鋰電池供電2個(gè)月左右。完全手工布線，雖然過(guò)程磕磕絆絆，但還是挺有成就感的。

上圖是第一版設(shè)計(jì)，打樣回來(lái)發(fā)現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題：1)絲印有重疊，原因是雖然在eagle里隱藏了一些層，但gerbers文件里這些層仍然可見(jiàn);解決辦法是在pcb設(shè)計(jì)圖里smash元件，然后刪除掉與絲印重疊的name和value;2)有三條線沒(méi)有連通(見(jiàn)上圖中的三條細(xì)黃線)，設(shè)計(jì)時(shí)原本以為地線都靠覆銅連通的就沒(méi)有管，其實(shí)覆銅不是哪里都能覆蓋到的，所以打樣前要保證所有飛線都route過(guò)(點(diǎn)擊ratsnest工具提示nothing to do就表示所有飛線都route好了)。

第二版的設(shè)計(jì)里改正了第一版中的問(wèn)題，并對(duì)一些元件進(jìn)行了重新布局。

第三版的改動(dòng)比較大：里把配對(duì)按鈕的下拉(pull-down)改為上拉(pull-up)以便與習(xí)慣一致，另外修改了電源接口和傳感器接口，atmega328芯片采用45度角布局方便走線，led從0603改為0805方便焊接，aref與3v3斷開但保留一個(gè)跳線，將晶振改為貼片封裝，nrf24l01模塊設(shè)計(jì)在電路板背面以便在焊接后仍然能修改(拆)正面的元件。

16.1 常用單位換算

Eagle里的鉆孔尺寸單位是英寸inch，乘以39.4就是毫米，例如0.02inch=0.508mm。打樣前要注意廠家對(duì)最小鉆孔的要求，一般不能低于0.4mm，因?yàn)殂@孔越小使用的鉆頭越小，價(jià)格也越貴。

1mil = 1/1000英寸 = 0.0254毫米

1英寸 = 25.4毫米

1毫米 = 39.4mil = 0.0394英寸

16.2 PCB板覆銅

在PCB板上覆銅對(duì)走線很有幫助，雙面板一般有一面的覆銅用于地線，上面提到的Sparkfun的pcb教程里有覆銅的使用方法。

但是要注意，有些地方由于被其他走線包圍，會(huì)導(dǎo)致覆銅無(wú)法到達(dá)，這些地方通常會(huì)有遺留的連線(例如上圖中兩個(gè)10uF電容之間)需要手工route，如果不route這些線在成品線路板上就只能飛線補(bǔ)救了。

17、從Eagle導(dǎo)出gerbers文件

為了打樣，需要給工廠提供設(shè)計(jì)文件，但不是每家工廠都接受eagle的源文件，同時(shí)提供源文件也容易被別人復(fù)制自己的設(shè)計(jì)。因此需要將eagle格式的設(shè)計(jì)文件導(dǎo)出為gerbers文件，這個(gè)絕大多數(shù)工廠都接受的文件格式。我在網(wǎng)上找到了一個(gè)簡(jiǎn)易教程《Eagle PCB 生成Gerber文件步驟》，作者孫民強(qiáng)，按照教程所說(shuō)的步驟打樣“基本”成功。

這次打樣比較明顯的一個(gè)問(wèn)題是，雖然在eagle里隱藏了tNames層，但導(dǎo)出gerbers以后這個(gè)層依然存在，導(dǎo)致元件自帶的Name與tPlace層的文字同時(shí)出現(xiàn)產(chǎn)生重疊。解決方法是先smash帶有Name的元件，然后就可以移動(dòng)或刪除Name，從而只保留tPlace層。也許在導(dǎo)出gerbers過(guò)程中也可以做一些設(shè)置達(dá)到相同目的吧，暫時(shí)沒(méi)有研究。

使用viewmate免費(fèi)版可以查看gerbers文件。

18、電路板焊接注意

焊接atmega芯片前，先確保芯片已經(jīng)刷好bootloader，用arduino ide刷時(shí)要注意選擇正確的board類型(例如arduino pro or pro mini);處理器類型最好也選一下(例如atmega328(3.3v 8MHz)).

貼片LED極性：有彩色線的一端是負(fù)極，“|>”指向的一端是負(fù)極。

焊接很小的貼片元件時(shí)這樣比較容易：先在其中一邊焊盤上掛上錫，然后用鑷子夾住元件貼緊這個(gè)焊盤，用烙鐵將錫熔化的同時(shí)稍微用力將元件推進(jìn)去，這一邊就固定好了，這時(shí)可以輕松將另一邊焊好。

19、最小系統(tǒng)無(wú)法工作原因

a)萬(wàn)用表檢查電源與地線是否短路 b)檢查atmega芯片方向是否正確 c)加電檢查3v3電壓是否正確 d)atmega芯片是否已燒入正確的bootloader