Arduino单片机使用和开发问题记录

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1、将程序上传到板子时Arduino IDE提示“avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00”

网上查遇到这个问题的人比较多，有说驱动问题的，有说IDE设置问题的。具体到我遇到的这个情况，原因是板子上插了RF24无线传输模块（也许线还没有插对），拔掉以后再上传程序就正常了。

2、nRF24L01+无线透传使用问题

Arduino官网上似乎推荐Mirf这个库，遇到一个问题，接收端运行几分钟后停止响应；试了另外一个RF24库，遇到传输不稳定的问题，一时没有解决，还是回到Mirf了，之前的停止响应问题没有再出现。

这个论坛关于无线透传的讨论不少，虽然用arduino的不多。

Mirf的地址问题：Mirf的address是有长度要求的，例如可以用“serv1”、“clie1”作为地址，长度过短会导致无法传输，例如用“cl2”作为地址。试了好多次才发现这个问题。

nRF24L01模块（使用Mirf库时）的自动应答问题：项目里使用一个nRF24L01（服务端）接收多个nRF24L01（客户端）的消息，发现客户端之间互相收到本应发到服务端的消息，经过多次试验，发现应该与nRF24L01的自动应答机制有关。在Mirf.cpp的setTADDR方法里可以看到，目标地址被同时写到RX_ADDR_P0和TX_ADDR这两个寄存器里，前者是接收自动应答使用的（一个nRF24L01可以有6个接收地址同时工作），导致peer发到服务端的消息也被当作自动应答了。为避免这种干扰，我实验下来的方法是：每个客户端在发送数据之前先setTADDR到一个无效且唯一的地址，在send之前那一刻再使用setTADDR将地址设置到服务端的地址，发送完成后马上setTADDR到那个无效地址。

3、Arduino与Android通过usb通讯

利用usb-serial-for-android这个开源项目。注意，两侧的baudrate要设置一致；android端读取到的数据可能是不完整数据，需要多读几次以便补齐。

“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.” 来源链接

4、关于arduino设备的唯一ID

最后决定使用的方案是：写一个专门的小程序（量产程序），对每个arduino运行一次，在EEPROM里写入唯一的id号。正式程序运行时只需读取，不做修改。代码参考

注意：EEPROM的擦写次数是有限制的，一般标称为10万次，但有人声称实验结果只有100次左右。还好，这个比较靠谱的实验测试结果是超过100万次，总之写入EEPROM时慎重。

5、温湿度传感器DHT11

3.3v/5v通用，接数字信号口，使用DHT11这个库获得数据。DHT11精度不高，若要求高可使用DHT22（也叫AM2302）。

6、同一段代码在两块板子上运行效果不同

两块板子都是uno+sensor shield+nrf24l01，其中一块运行完全正常，另一块无法接收到消息（可以发送消息）。交换sensor shield（连同上面的nrf）无效，交换usb线无效，接外接12v电源无效。最后发现如果在代码的loop()里加delay(100)则基本能接收到消息，但还有部分丢包。两块板子是从不同卖家处购买的，看来还是有区别啊。

7、Arduino nano v3.0接nrf24l01模块不工作问题

nano直接连nrf24l01模块无法收发数据；但用nano先接传感器扩展板（sensor shield，像这种），再把nrf24l01接到扩展板上，则工作正常。仔细检查过连线没有问题，且分别替换过nano和nrf模块usb线等，都没有效果。最后发现nano板子上的3.3v针脚电压不对，几乎是零，联系卖家检查后说是nano上少一根线，要把usb口背后的两个电容（C1和C7）靠近芯片的引脚短接，照此方法问题解决。而扩展板上的3.3v针脚是用asm1117-3.3从5v降压得来，所以没有这个问题。

nano的官方文档说只有用usb供电时3.3v针脚才有电压，但经实验，我手上的这一版（电容短接后）不论用usb供电还是通过vin供电，3.3v针脚都有3.3v电压。

8、无法上传程序到arduino pro mini

使用ft232rl连接arduino pro mini，上传程序时提示：

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

上传时按reset按钮不起作用，DTR线也已经连接。经过反复实验，发现两个问题导致这个现象：1)arduino上的RX应该接ft232rl的TX，TX接RX，我一开始接反了；2）一开始用的FTDI的驱动是最新的2.0.8.30，在这个帖子的提示下，降级到2.0.8.24后问题解决。PS.最好搜索并下载CDM20824_Setup.exe文件以便强制降级。

又测试了一下DTR线的作用，如果连接了DTR线，直接上传程序就可以成功；如果不连接DTR线，在提示Uploading时立刻按一下arduino的reset按钮，也可以上传成功，不按按钮则上传失败。

Update 2014/2/19: 不知道什么原因，ft232rl又无法上传程序到arduino pro mini了。这个帖子里有人提到在DTR线上加一个100nF的电容是关键的一步，但我手边没有这个电容，而且即使我不连接DTR线采用手动reset的方式仍然不行。后来使用PL2303模块的下载线（只有四个脚，与ft232rl相比少了DTR脚）配合手动reset方式可以正常上传程序到arduino。

9、Arduino的数据类型

Arduino的长整型是32位的，而Java里是64位，互传数据时别搞错了。关于arduino里的数据类型

10、电池供电方案

我花了不少时间在研究各种供电方案上，要平衡电池容量和带来的体积增加，还要考虑电池成本因素：

方案1: 5号/7号干电池供电，为达到至少3.3v的电压以便驱动arduino pro mini+nrf24l01，需要至少三节电池，体积太大放弃；

方案2：CR2032纽扣电池供电，同样电压不足（标称3V），实测3.2V但后来会有电压下降，在3V左右arduino能启动但无线模块不正常；

方案3：3.7V锂电池供电，这是目前采用的方案，目标是让一块250mAh的锂聚合物电池能维持设备运行2个月以上。为节约成本和体积，锂电池充电模块将采用外置的方式。

这段代码可以检测当前VCC脚的电压（仅支持328和168），有助于实现提示电池电量不足，我在pro mini 5v上实测可用。

11、减小工作电流

目前采用arduino pro mini 5v/16MHz版本，这个版本在tb上的售价为13元人民币左右，而3.3v/8MHz的版本要17元左右，实测5v版本用3.3v电源（输入VCC）仍然可用，只是这时核心频率可能会低于16MHz，影响不大。

为减小工作电流以获得尽可能长的工作时间，设备绝大多数时间进入睡眠模式（使用LowPower库），利用watchdog周期性醒来发送数据，然后立刻回到睡眠模式。参考链接

nrf24l01模块也需要同时睡眠和醒来，使用Mirf库里的powerDown()命令。

实测电流：pro mini 5v版本，3.7v锂电池供电，HT7533稳压，LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF)同时Mirf.powerDown()，电流1.48mA。

传感器供电：如果直接将传感器接在5v或3v3上，传感器会一直消耗电流。为了节电，可以将对电流要求不高的传感器接在digital输出上，当arduino需要使用传感器时再对它通电。参考链接1、参考链接2

12、TP4056充电板的充电电流问题

tb上买的TP4056芯片的锂电池充电板，要更改的Rprog是在电路板下方中部（电路板上文字方向为正）的一个小贴片电阻，出厂时阻值是1.2k。我需要90mA的充电电流，按照说明，替换成15k左右的电阻。

测试充电电流时遇到一点问题：发现充电电流比预想的要低，77mA左右，而且几乎一开始就缓慢下降，并不是恒流的。查了一些资料后发现，我是把万用表串接到BAT+口上的，而万用表对这个电流造成了影响，因为使用不同的档位测出来的电流值不同，高档位显示的电流比较高。实际应该串接到In+口，或者测量Rprog电阻的电压然后(V/Rprog)*1200得到充电电流。参考链接

13、analogRead(0)与analogRead(A0)的区别？

如果这个帖子所说属实，在Arduino IDE 0022以上这两个命令没有区别，A0的值为14，而analogRead(0)等价于analogRead(14)。补充：又找到一个帖子说的比较详细。

14、搭建最小系统的问题

a) 我在tb上买的usbasp，vcc脚居然与gnd脚短接(!)，vcc脚旁边的那个看不清字的脚有5v电压；后来仔细一看，是文字距离对应的针脚太远，以致于串行了。

b) 我使用Atmega168pa作为核心搭建最小arduino系统，在arduino ide 1.5.5里选择board -> arduino ng or older，用usbasp烧录bootloader时会提示下面的错误：

 avrdude: Expected signature for ATMEGA168 is 1E 94 06

原因是atmel168pa与atmel168这两个芯片的签名不一样，arduino自带的avrdude无法识别。按照这个帖子的方法可以解决，不过可能是arduino ide版本不同的原因，原帖里的内容需要略作修改，按照ide的错误提示来改即可。另一个帖子，虽然我没实际试验，但也值得一看。

c) 顺便提醒一下用“面包板专用电源”的，要注意电源插针的极性——电源插在面包板两端时正负极刚好是反过来的。

d) 可能是面包板不太牢靠，在面包板上搭的最小系统很不稳定，后来焊到洞洞板上就没有问题。

e) 如果使用programmer（例如usbasp）刷sketches到最小系统，注意每刷一次EEPROM都会被清除，解决的办法是将EESAVE熔丝位设置为1（见这个链接）。

f) 为了方便调试，以及解决programmer刷sketches导致EEPROM被清除的问题，我决定还是用ttl（pl2303）上传程序。连接好Vcc, Gnd, Tx, Rx后发现upload会失败，reset不起作用，在网上找到这个帖子提到boards.txt里upload.protocal的设置问题，打开boards.txt将原来的pro.upload.tool=avrdude改为pro.upload.tool=stk500，再刷一遍bootloader，使用ttl就正常了。

补充：后来使用ttl上传时又提示missing "upload.params.quiet"错误，将pro.upload.tool改回为avrdude解决，比较奇怪。

15、最小系统在5v下工作但在3.3v下不工作

还是atmega168pa芯片，配合8MHz外部晶振，搭好的最小系统上传blink程序，在5v输入下led闪烁，但换成3.3v输入led不亮。测量pin13的电压输出为0.5v左右且保持不变，说明blink程序没有正常执行。后来发现原因是3.3v输入只接到vcc而没有接到avcc脚上。进一步测试，如果3.3v只接avcc，led也会闪烁但比较暗，pin13输出电压为2.2v左右。说明vcc与avcc需要都接到3.3v供电才可以。

在atmega的datasheet里有这样的说明：“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制作电路板

为了进一步缩小成品尺寸，我决定设计自己的电路板，然后再tb上找工厂打样生产。一开始考虑使用protel做这件事，后来发现eagle更合适，首先后者是可以免费使用的不需要破解，其次eagle的官网上就有很多元件库可以下载，与arduino有关的库也比较丰富。eagle上手也不难，推荐看一下Sparkfun上的两篇教程（链接1，链接2）基本就可以开始干活儿了。

下图我设计的第一个PCB板（已送去打样），尺寸为25mmx42mm，电路板上主要集成了基于atmega328p的arduino最小系统和nrf24l01接口，用来实现传感器数据的无线上传，低功耗设计使用250mAh的锂电池供电2个月左右。完全手工布线，虽然过程磕磕绊绊，但还是挺有成就感的。

上图是第一版设计，打样回来发现几个问题：1)丝印有重叠，原因是虽然在eagle里隐藏了一些层，但gerbers文件里这些层仍然可见；解决办法是在pcb设计图里smash元件，然后删除掉与丝印重叠的name和value；2)有三条线没有连通（见上图中的三条细黄线），设计时原本以为地线都靠覆铜连通的就没有管，其实覆铜不是哪里都能覆盖到的，所以打样前要保证所有飞线都route过（点击ratsnest工具提示nothing to do就表示所有飞线都route好了）。

第二版的设计里改正了第一版中的问题，并对一些元件进行了重新布局。

第三版的改动比较大：里把配对按钮的下拉(pull-down)改为上拉(pull-up)以便与习惯一致，另外修改了电源接口和传感器接口，atmega328芯片采用45度角布局方便走线，led从0603改为0805方便焊接，aref与3v3断开但保留一个跳线，将晶振改为贴片封装，nrf24l01模块设计在电路板背面以便在焊接后仍然能修改（拆）正面的元件。

16.1 常用单位换算

Eagle里的钻孔尺寸单位是英寸inch，乘以39.4就是毫米，例如0.02inch=0.508mm。打样前要注意厂家对最小钻孔的要求，一般不能低于0.4mm，因为钻孔越小使用的钻头越小，价格也越贵。

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板覆铜

在PCB板上覆铜对走线很有帮助，双面板一般有一面的覆铜用于地线，上面提到的Sparkfun的pcb教程里有覆铜的使用方法。

但是要注意，有些地方由于被其他走线包围，会导致覆铜无法到达，这些地方通常会有遗留的连线（例如上图中两个10uF电容之间）需要手工route，如果不route这些线在成品线路板上就只能飞线补救了。

17、从Eagle导出gerbers文件

为了打样，需要给工厂提供设计文件，但不是每家工厂都接受eagle的源文件，同时提供源文件也容易被别人复制自己的设计。因此需要将eagle格式的设计文件导出为gerbers文件，这个绝大多数工厂都接受的文件格式。我在网上找到了一个简易教程《Eagle PCB 生成Gerber文件步骤》，作者孙民强，按照教程所说的步骤打样“基本”成功。

这次打样比较明显的一个问题是，虽然在eagle里隐藏了tNames层，但导出gerbers以后这个层依然存在，导致元件自带的Name与tPlace层的文字同时出现产生重叠。解决方法是先smash带有Name的元件，然后就可以移动或删除Name，从而只保留tPlace层。也许在导出gerbers过程中也可以做一些设置达到相同目的吧，暂时没有研究。

使用viewmate免费版可以查看gerbers文件。

18、电路板焊接注意

焊接atmega芯片前，先确保芯片已经刷好bootloader，用arduino ide刷时要注意选择正确的board类型（例如arduino pro or pro mini）；处理器类型最好也选一下（例如atmega328(3.3v 8MHz)）.

贴片LED极性：有彩色线的一端是负极，“|>”指向的一端是负极。

焊接很小的贴片元件时这样比较容易：先在其中一边焊盘上挂上锡，然后用镊子夹住元件贴紧这个焊盘，用烙铁将锡熔化的同时稍微用力将元件推进去，这一边就固定好了，这时可以轻松将另一边焊好。

19、最小系统无法工作原因

a)万用表检查电源与地线是否短路 b)检查atmega芯片方向是否正确 c)加电检查3v3电压是否正确 d)atmega芯片是否已烧入正确的bootloader