Adafruit Feather M0 Adalogger：一款强大的一体化数据记录开发板

在电子开发领域，拥有一款功能强大且易于使用的开发板至关重要。Adafruit Feather M0 Adalogger就是这样一款值得关注的开发板，它为开发者提供了丰富的功能和便捷的使用体验。

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一、概述

Adafruit Feather M0 Adalogger是Adafruit推出的一款“一体化”Cortex M0数据记录器（或数据读取器），内置USB和电池充电功能。其核心是ATSAMD21G18 ARM Cortex M0处理器，时钟频率为48 MHz，采用3.3V逻辑，与新的Arduino Zero使用的芯片相同。这款芯片拥有256K的FLASH和32K的RAM，还内置USB，具备USB - 串口编程和调试能力，无需FTDI类芯片。

规格参数

• 尺寸：未焊接引脚时，尺寸为2.0" x 0.9" x 0.28"（51mm x 23mm x 8mm）。
• 重量：仅5.3克，非常轻便。
• 处理器：ATSAMD21G18 @ 48MHz，3.3V逻辑/电源。
• 存储：256KB的FLASH + 32KB的RAM。
• 电源：3.3V稳压器，峰值电流输出500mA。
• 接口：支持USB原生，带有USB引导加载程序和串口调试功能；拥有20个GPIO引脚，支持硬件串口、硬件I2C、硬件SPI；8个PWM引脚，10个模拟输入。
• 其他：内置100mA锂聚合物充电器，带有充电状态指示灯LED；引脚#13连接红色LED，用于通用闪烁；具备电源/使能引脚、4个安装孔和复位按钮。此外，还额外增加了MicroSD卡插槽和绿色LED。

二、引脚布局

1. 电源引脚

• GND：所有电源和逻辑的公共接地。
• BAT：连接可选锂聚合物电池的JST插孔的正电压。
• USB：如果连接，为微型USB插孔的正电压。
• EN：3.3V稳压器的使能引脚，上拉，连接到地可禁用3.3V稳压器。
• 3V：3.3V稳压器的输出，可提供500mA峰值电流。

2. 逻辑引脚

逻辑引脚为微控制器的通用I/O引脚集，所有逻辑均为3.3V，几乎所有引脚都可进行PWM输出，所有引脚都可作为中断输入。例如，引脚#0 / RX既是GPIO #0，也是Serial1的接收（输入）引脚，还可作为模拟输入；引脚A0既是模拟输入，又因带有DAC（数模转换器）可作为模拟输出。

3. Micro SD卡 + 绿色LED

• #4：用作MicroSD卡的CS（芯片选择）引脚。
• #7：用作MicroSD卡的CD（卡检测）引脚，通过配置为上拉输入，可检测卡的插入和移除。
• #8：连接到绿色LED，可在读写有效数据或进行用户提醒时闪烁。

4. 其他引脚

• RST：复位引脚，连接到地可手动复位AVR并手动启动引导加载程序。
• ARef：模拟参考引脚，通常参考电压与芯片逻辑电压相同（3.3V），若需要替代模拟参考，可连接到该引脚并在固件中选择外部AREF，但电压不能高于3.3V。
• SWCLK & SWDIO：底部的焊盘用于对芯片进行编程，也可连接到SWD调试器。

三、组装

Adafruit Feather M0 Adalogger发货时已完全测试，但未安装引脚，这为用户提供了多种选择。

1. 引脚选项

• 普通公引脚：可将开发板插入无焊面包板。
• 母引脚插座：虽不能插入面包板，但便于连接Feather扩展板。
• “超薄”母引脚：更短，使外形更紧凑。
• 堆叠引脚：结合了插入无焊面包板和连接Feather扩展板的功能，但体积稍大。

2. 焊接步骤

普通公引脚焊接

• 准备引脚条：必要时将引脚条裁剪至合适长度，将长引脚插入面包板，便于焊接。
• 安装 breakout 板：将 breakout 板放在引脚上，使短引脚穿过焊盘。
• 焊接：确保焊接所有引脚，以实现可靠的电气连接。

母引脚焊接

• 固定引脚：用胶带将引脚固定，防止翻转电路板时掉落。
• 定位焊接：翻转电路板后，焊接每个引脚条的一两个点，固定引脚。
• 完成焊接：焊接所有引脚，确保电气连接可靠。

四、电源管理

1. 电池 + USB 电源

Feather M0 Adalogger有两种供电方式：通过USB电缆连接，开发板会将5V USB电压调节至3.3V；连接4.2/3.7V锂聚合物（LiPo/LiPoly）或锂离子（LiIon）电池到JST插孔，可使用可充电电池供电。当USB供电时，开发板会自动切换到USB电源，并开始为电池充电（如果连接了电池）。

2. 电源供应

开发板提供了多种电源供应选项，包括BAT引脚（连接锂聚合物JST连接器）、USB引脚（连接USB时的+5V）和3V引脚（3.3V稳压器的输出）。使用500mA峰值稳压器，但不能连续从5V获取500mA电流，否则会使稳压器过热。

3. 电池测量

为了方便测量电池电压，开发板在BAT引脚连接了一个双100K电阻分压器，并连接到D9（模拟#7 A7）。通过读取该引脚的电压并乘以2，即可得到电池电压。

4. 使能引脚

通过将EN引脚连接到地，可关闭3.3V稳压器，但BAT和USB引脚仍会供电。

5. 替代电源选项

• 永久安装：使用5V 1A USB墙式适配器，通过USB电缆提供可靠电源。
• 移动使用：使用USB电池组。
• 高电压电源：使用5V降压转换器，并连接到USB电缆的5V和GND输入。

需要注意的是，不要使用碱性或NiMH电池连接到电池端口，也不要使用7.4V RC电池，否则会损坏开发板。

五、Arduino IDE设置

1. 下载Arduino IDE

需要下载最新版本的Arduino IDE，版本需为1.8或更高。

2. 添加URL

在Arduino IDE的偏好设置中，添加URL：https://adafruit.github.io/arduino-board-index/package_adafruit_index.json 。

3. 安装支持包

• 安装SAMD支持：在Board Manager中安装最新的Arduino SAMD Boards（版本1.6.11或更高）。
• 安装Adafruit SAMD：安装Adafruit SAMD包，添加开发板文件定义。

4. 安装驱动（仅适用于Windows 7 & 8）

下载并运行Adafruit驱动安装程序，选择要安装的驱动。

5. 上传第一个闪烁程序

将M0或M4开发板插入电脑，选择匹配的开发板，加载Blink示例程序并上传。

6. 常见问题解决

• 编译问题：确保安装了Arduino SAMD和Adafruit SAMD板包。
• 手动引导加载：如果引导加载器出现问题，双击RST按钮进入引导加载模式。
• Ubuntu & Linux问题：按照说明安装Adafruit的udev规则。

六、使用SD卡

1. 准备工作

确保Adafruit SAMD板包版本为1.6.2或更高，许多默认示例已将CS引脚设置为4。

2. 示例代码

可以使用CardInfo示例开始，上传并打开串口控制台，获取文件列表。也可以使用Datalogger示例将模拟数据保存到SD卡，使用Dumpfile示例读取SD卡中的数据。

3. 注意事项

为了节省电源，数据会进行缓冲，每50个数据点（共512个字符）才会真正保存到SD卡。如果需要确保每个数据点都保存，可以使用logfile.flush()，但会增加功耗。

七、适配M0 & M4的草图

1. 模拟参考

如果使用ARef引脚进行非3.3V模拟参考，使用analogReference(AR_EXTERNAL)。

2. 引脚输出和上拉

对于M0 & M4开发板，使用pinMode(pin, INPUT_PULLUP)设置引脚为上拉输入。

3. 串口与SerialUSB

在Adafruit M0/M4核心中，Serial连接到USB。如果使用官方Arduino SAMD核心，需要使用SerialUSB进行USB通信。

4. 模拟写入/PWM

Feather M0中部分引脚的PWM功能与SAMD21芯片的多路复用表有所不同，需要注意相关引脚的配置。

5. 其他问题

• 缺少头文件：对于不支持M0核心的库，可以使用#ifdef进行条件编译或直接删除相关行。
• 引导加载器启动：M0/M4需要双击复位按钮进入引导加载模式。
• 对齐内存访问：在32位平台上，使用memcpy进行数据复制。
• 浮点转换：M0运行时库没有dtostrf函数，可参考相关线程找到可用的实现。
• RAM可用量：可以使用特定函数跟踪RAM使用情况。
• 数据存储在FLASH：在ARM中，在变量名前添加const即可将数据存储在FLASH中。
• 寄存器打印：可以使用相关库打印SAMD21的寄存器信息。

6. M4性能选项

• CPU速度（超频）：可调整微控制器核心时钟，但可能会导致代码锁定或部分代码库不兼容。
• 优化：提供“Small”“Fast”和“Here be dragons”三种优化选项，不同选项对代码大小和速度有不同影响。
• 缓存：默认启用，可提高性能，若遇到问题可禁用。
• Max SPI和Max QSPI：通常保持默认设置，特殊情况下可进行调整，但可能会导致SPI读取失败。
• 启用M4板的降压转换器：部分M4板可通过代码切换到1.8V降压转换器，节省功耗，但会使ADC/DAC读取噪声增加。

Adafruit Feather M0 Adalogger为电子工程师提供了一个功能强大、易于使用的开发平台。通过了解其特点、引脚布局、组装方法、电源管理、Arduino IDE设置、SD卡使用以及适配M0 & M4的草图等方面的知识，开发者可以充分发挥其优势，实现各种创意项目。你在使用这款开发板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。