Arduino CP2102版本完美DIY

      昨晚参加了北京科协“蝌蚪之夜”跨界科学沙龙之“DIY终极聚会”，在会上介绍了下一个月前做出来的Arduino CP2102版本的情况。

      五月底开始休了次长假，于是把自己以前的一个想法付诸实施，DIY一个CP2102版本的Arduino。因为之前从网上查了下，Global范围内，几乎还没有DIY成功过的，国外有几个贴子说成功了，但下面跟贴的也基本上一致反映不能成功。经过大半天的查资料、研究、试验，终于做好了。过了几天又做了一个，同样成功。

因现场是做的PPT演示，下面贴一下之前陆续写的一些总结：

      目前流行的Arduino版本，如UNO、Mega2560、Duemilanove等，其USB口基本都采用了ATMEGA8U2、ATMEGA16U2、FT232RL等芯片。这几种芯片在淘宝上的零售价基本都在15－20元左右。ATMEGA8U2、ATMEGA16U2等芯片由于是ATMEL较新的型号，也很难在本地买到。ATMEGA8U2、ATMEGA16U2芯片在Arduino板子上，主要的作用只是用作USB转UART，用在Arduino上确实是大材小用了。新版的Leonardo已经省略了USB IC，直接用一片ATMEGA32U4实现了所有功能。

      CP2102是俺之前一直用着的一个USB转UART芯片，Silicon出品。不论是实际使用还是网上的评论，这个片子的性能都非常让人满意。另外，这个芯片的价格与前面几种芯片相比，显得更加平易近人，淘宝上的价格普遍在5元左右。

      CP2102另外的优势在于，在实际使用时，外围不用接任何其它元件即可稳定地工作，而且还有3.3V100mA的电源输出，用在Arduino上时，完全不用再加5V－－>3.3V的DC－DC元件。

      Arduino官方却从没出过CP2102版本的方案。最近趁着比较空闲，想到做个CP2102版本的Arduino UNO板子玩玩。Arduino UNO的板子是从淘宝上买的，买回来对比了下官方的PDF，发现这个版本是UNO最早的一版。由于是自己在家里用，并且几乎也没有使用大功率外围模块的可能，所以UNO的USB、外围电源切换方面的电路可以不用。简化掉这部分电路之后，可以发现Arduino的主板，就是一块最小系统的AVR学习板：）。

      事先，先用USBASP给ATMEGA328写好Bootloader，然后，将CP2102的TXD、RXD与ATMEGA328的RXD、TXD连接。在Win7 32位系统下安装CP2102的最新驱动。打开Arduino的IDE程序，选好型号、虚拟端口后，往Arduino UNO上写例程时却发现总是编程出错。错误代码是avrdude: stk500_getsync(): not in sync resp=0x00

      这样的代码很抽象，从网上搜索，也给出一堆不同的提示。参考性不高。

      Google搜索后，发现网上都在反映CP2102用在Arduino上出现的问题。主要是Arduino在编程时，需要有一个自动复位的过程，如果编程时不能复位，就会编程失败。

      目前网上的方案主要有3个：

      1、编程过程中，在IDE提示上载文件时，手动按板子上的RESET按钮复位。

      2、将CP2102的DTR脚引出来接到328的RESET脚上。

      3、将CP2102的DTR脚及RTS脚引出来接接到328的RESET脚上。

      其中，第一种方法需要连续试几次找准复位的时机，也就是需要有经验后，才可以方便地操作。虽然可以编程成功，但每一次写程序时都要手动复位，比较麻烦。

      第二种方法，是根据Arduino UNO的官方电路图来的。DTR要通过一个0.1UF的电容接到ATMEGA328的RESET脚。

      第三种方法，是根据Arduino Duemilanove的官方电路图给出的。DTR要通过一个0.1UF的电容接到ATMEGA328的RESET脚；RTS脚直接接到ATMEGA328 RESET脚上。

      第二种及第三种方法，在网上这些给出方案的网友都说可以正常编程了，但读者的回复基本都说还是存在问题，不能正常编程。

      从Arduino UNO电路图中，可以看到ATMEGA8U2有一条DTR线要连接到ATMEGA328的RESET脚。在进行编程时，ATMEGA8U2需要给ATMEGA328一个信号让其自动复位。按网上的第二种方法，将CP2102的DTR脚引出，通过C5 0.1UF电容接到ATMEGA328的RESET脚，编程时依然出错。

      在Arduino Duemilanove版本中，FT232RL芯片除了DTR外，RTS脚也引到了ATMEGA328 RESET上。按其电路接法，编程时同样会出错。

      也就是说后两种方法在实际使用时，依然不能实现预定的要求。经过俺不懈滴努力研究，终于将CP2102版的Arduino完美方案研究出来。根据UNO的电路图，ATMEGA8U2的13脚其实也有个功能是CTS，将CP2102的CTS脚引出接至ATMEGA32的RESET脚即可。经这样的改造，使用CP2102编程成功。经过测试，这样的设置，使得RESET信号时间达到了Arduino主MCU的要求，对C5电容的容量偏差不敏感。即使在使用飞线时，也能稳定地编程。电路见下图。有滴同学可能很喜欢RXD、TXD编程时LED闪烁的效果，这个电路图里没有给出。我个人感觉没什么用处。如果实在想要的话，可以在RXD、TXD对地接LED+102或152左右的电阻。阻值根据LED的电流调整，数值尽量大一些。

      上图为用漆包线引出CP2102相应脚并与PCB相应接点焊好后，加了热融胶的效果。

      有滴同学可能说了，这么简单，还喷了这么多。其实就如那划条线1000美元的故事类似，知道在哪里画线更重要，哗哗。

      写在最后，Arduino项目组推出使用ATMEGA8U2、ATMEGA16U2版本的产品是有自己的想法的，在绝大多数的应用中，这些USB接口的芯片只是作为串口“刷机”及通信用。有少数的应用，如有USB键盘鼠标或MIDI控制等应用时，可以通过给ATMEGA8U2或16U2刷firmware的形式，实现相应的功能。用CP2102来做Arduino的USB编程及通信，实现了UNO及mega2560等版本的绝大部分功能，功能与Arduino Duemilanove官方版本一样，但成本降低很多，也算是达到了本次DIY的目的~~~