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进阶之路(基础篇)

2020-01-18  漫步人生...
概述
Arduino Leonardo是基于ATmega32u4一个微控制器板。它有20个数字输入/输出引脚(其中7个可用于PWM输出、12个可用于模拟输入),一个16 MHz的晶体振荡器,一个Micro USB接口,一个DC接口,一个ICSP接口,一个复位按钮。它包含了支持微控制器所需的一切,你可以简单地通过把它连接到计算机的USB接口,或者使用AC-DC适配器,再或者用电池来驱动它。
Leonardo不同于之前所有的arduino控制器,他直接使用了ATmega32u4的USB通信功能,取消了USB转UART芯片。这使得Leonardo不仅可以作为一个虚拟的(CDC)串行/ COM端口,还可以作为鼠标或者键盘连接到计算机。它还有很多不同的地方,我们会在入门页面中介绍。

摘要
微控制器                          ATmega32u4
工作电压                          5V
输入电压(推荐)             7-12V
输入电压(限制)             6-20V
数字I/O引脚                     20
PWM通道                         7
模拟输入通道                   12
每个I/O直流输出能力       40毫安
3.3V端口输出能力            50毫安
Flash                              32 KB(ATmega32u4)其中4 KB由引导程序使用
SRAM                             2.5 KB(ATmega32u4)
EEPROM                         1 KB(ATmega32u4)
时钟速度                         16MHz

原理图及参考设计
Eagle文件:转到官网
原理图:转到官网

电源
Arduino Leonardo可以通过Micro USB接口或外接电源供电。电源可以自动被选择。
外部(非USB)电源可以用AC-DC适配器(wall-wart)或电池。适配器可以插在一个2.1毫米规格中心是正极的电源插座上,以此连接到控制器电源。从电池的引出的线,可以插在电源连接器的GND和VIN引脚头。
可以输入6V-20V的外部电源。但是,如果低于7V,5V引脚将提供小于5V的电源,控制板可能会不稳定。如果使用大于12V的电源稳压器可能过热,从而损坏电路板。推荐的范围是7V-12V。
电源引脚如下:
VIN 使用外接电源(而不是从USB连接或其它稳压电源输入的5V)。您可以通过此引脚提供的电压,或者,通过该引脚使用电源座输入的电压。
5V稳压电源是供给电路板上的微控制器和其他组件使用的电源。可以从VIN输入通过板上稳压器,或通过USB或其他5V稳压电源提供。
3V3 板上稳压器产生一个3.3V的电源。最大电流为50毫安。
GND 接地引脚。
IOREF 电压板的I / O引脚工作 ​​(连接到板子上的VCC,在Leonardo上为5V)。

存储空间
ATmega32u4具有32KB的Flash(其中4KB被引导程序使用)。它还有2.5KB的SRAM和1KB的EEPROM(EEPROM的读写可以参见EEPROM库)。

输入和输出
通过使用pinMode(), digitalWrite(), and digitalRead() 函数,Leonardo上的20个I/O引脚中的每一个都可以作为输入输出端口。每个引脚都有一个20-50千欧的内部上啦电阻(默认断开),可以输出或者输入最大40ma的电流。此外部分引脚还有专用功能:
UART:0(RX)和1(TX) 使用ATmega32U4硬件串口,用于接收(RX)和发送(TX)的TTL串行数据。需要注意的是,Leonardo,的Serial类是指USB(CDC)的通信,而引脚0和1的TTL串口使用Serial1类。
TWI:2(SDA)和3(SCL)通过使用Wire库来支持TWI通信。
外部中断:2和3,这些引脚可以被配置
PWM:3、5、6、9、10、11、13能使用analogWrite()函数支持8位的PWM输出。
SPI:ICSP引脚。能通过使用SPI库支持SPI通信。需要注意的是,SPI引脚没有像UNO连接到任何的数字I/O引脚上,他们只能在ICSP端口上工作。这意味着,如果你的扩展板,没有连接6脚的ICSP引脚,那它将无法工作。
LED:13。有一个内置的LED在数字脚13上,当引脚是高电平事,LED亮,引脚为低电平时,LED不亮。
模拟输入:A0〜A5,A6~A11(数字引脚4,6,8,9,10,12) ,Leonardo有12个模拟输入,A0到A11,都可以作为数字I / O口。引脚A0-A5的位置上与UNO相同;A6-A11分别是数字I / O引脚4,6,8,9,10和12。每个模拟输入都有10位分辨率(即1024个不同的值)。默认情况下,模拟输入量为0-5V,也可以通过AREF引脚改变这个上限。
其他引脚:
AREF:模拟输入信号参考电压通过analogReference()函数使用。
Reset:通过置低该线路来复位arduino,通常用在带复位按键的扩展板上。

通信
要让Leonardo与电脑、其他arduino或者其他的微控制器通信,有多种设备。在0、1上ATmega32u4提供了UART TTL(5V)的通信方式,32u4还允许通过USB在电脑上虚拟COM端口来进行虚拟串行(CDC)通信。这个芯片使用标准的USB串行驱动(在Windows上需要一个.inf文件),可以作为一个全速USB2.0设备。arduino软件包含了一个串口监视器,可以与arduino板子相互发送或者接收简单的数据。当使用USB传输数据时,板子上RX、TX LED会闪烁(这个特性不是适用于0、1端口)。

SoftwareSerial库能让任意的数字I/O口进行串行通信。

ATmega32u4还支持TWI(I2C)和SPI通信。arduino软件有一个用于简化TWI(I2C)通信的 wire库。SPI通信可以使用SPI库。

Leonardo可以作为鼠标、键盘出现,也可以通过编程来控制这类键盘鼠标输入设备。


编程
Leonardo可以通过arduino软件来编程,选择Tool>board>Arduino Leonardo(根据你的控制器型号选择)。更多参考和教程。

Leonardo的ATmega32u4芯片烧写了一个引导程序,使得你可以不通过外部的硬件编程器也可以上传新的程序到Leonardo。bootloader使用AVR109协议通信。

你还可以绕过引导程序,使用外部编程器通过ICSP(在线串行编程)引脚烧写程序。

自动复位和引导程序的启动
在Leonardo中被设定为在上传时,软件建立连接让控制器复位,从而免去了我们手动按下复位按钮的操作。当
Leonardo 作为虚拟(CDC)串行/COM端口以1200波特率运行时,复位功能将被促发,串口也将关闭。此时,处理器会复位,USB连接会断开(即虚拟(CDC)串行/COM端口 会断开)。处理器复位后,引导程序紧接着启动,大概要等待8秒来完成这个过程。引导程序也可以通过按板子上复位按钮来启动。注意当板子第一次通电时,如果有用户程序,他将直接跳转到用户程序区,而不启动bootloader。
Leonardo 最好的复位处理方式是在上传程序前让arduino软件端试图启动复位功能,而不是你手动点击复位按钮。
如果软件没有让控制板自动复位,你也可以通过手动按下复位按钮从而让板子复位运行引导程序

USB过流保护
Leonardo有一个自恢复保险丝,防止短路或过流,从而保护您的计算机的USB端口。虽然大多数计算机提供都带有内部保护,但保险丝也可以提供额外的保护。如果电流超过500 mA,保险丝会自动断开连接防止短路或过载。

物理特征
Leonardo PCB的最大长度和宽度分别为2.7和2.1英寸,超越前维延长的USB接口和电源插孔。有四个固定孔可以将板子固定在其他表面或者外壳上。注意,7、8数字引脚之间的距离是160mil(0.16“),而不是和其他脚一样的100 mil 间距。

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