DIY Arduino USB模块

ETRH Studio

虽然之前DIY出来的串口模块一直工作得很正常，但USB无孔不入的事实让我明白DIY那款USB 接口的Arduino只是迟早的事情，于是暂时放弃了超声波模块和各种基本电路，开始DIY Arduino USB模块。Arduino官方网站上为USB接口的Arduino给出了不同的名称（NG和Diecimila），两者似乎只是采用的USB芯片有所差异，电路上并没有太多的变化，但bootloader似乎也有些不同。
一切依旧从原理图开始，对比Arduino串口模块与USB模块的原理图后发现，原来电路图上只是将串口部分的电路用FT232BM芯片替换了，并且将Atmega8换成容量更大的Atmega168。我在自己DIY板子上用的是FT232BL，就是FT232BM的无铅版本，电子市场里淘到的是几十块钱一片，还真是不便宜（越发应该支持串口版本了）。Atmega8同Atmega168引脚上是完全兼容的，原则上原来那款串口模块上也可以接Atmega168的，只需要更新bootloader就可以了。
考虑到今后焊接上的方便，除了FT232BL外大部分用的是直插元件。电路板这回坚持要工厂用蓝色油墨，又多花了好些银子，但做出来的板子拿到后感觉好像做工没有上次仔细了，不过整体感觉还是不错的：

元件配备上这次电容100nF用的是安规电容，这是参考了Arduino成品图后专门去打听的。按照官方的说法，安规电容器失效之后不会导致电击，因此不会危及人身安全。另外电路中用到了一个陶瓷晶振，刚开始不明白为什么晶振会有三只管脚，后来Google才知道这种晶振是包含了滤波电路的，因此在 FT232BL芯片周围就不需求搭其它的滤波电路了。看起来仔细研究每个电路都会有所发现啊！
元件配齐之后就开始焊接了。第一次焊接QPF封装的芯片，一开始还真不知如何下手，最后弄坏了一块才明白原来只需要靠焊盘上的焊将芯片焊上就行了，又交了一次学费;-) 其它元件焊起来就相对容易多了，基本上没有遇到什么问题。

本来以为Atmega168和Atmega8在管脚和ISP电路上没有任何区别，因此装完后就能够用Arduino网站介绍的那条简易下载线烧写 bootloader了。刚开始装上Atmega168，下载bootloader就会出错，以为是板子安装的问题，仔细查找和分析后用Atmega8换下Atmega168，发现下载bootloader正常。怀疑原来用在Arduino串口模块上的下载线太简单，可能在Atmega168上无法正常工作，但此时已经能够确认板子安装基本是正确的了:-)
在Arduino网站上找到一篇介绍如何烧写Atmega168的文章，但文章中用到的是编程器而不是下载线。此时看起来有两种选择，一种是继续在下载线上纠缠，DIY一款适合Atmega168的下载线；另一种是买一个编程器，直接在编程器上完成bootloader的烧写。权衡再三后还是确定买一款编程器，虽然贵点，但以后在开发各种单片机应用的时候估计都能够用得着。此时只能用“工欲善其事，并先利其器”来安慰自己了！
编程器买回来之后，将Arduino安装目录bootloader168下的ATmegaBOOT_168_diecimila.hex文件用编程器烧到Atmega168芯片中。按下Arduino板子上的复位按钮，总算能看见接在13号管脚上的灯闪烁了，说明bootloader已经运行起来了。
安装完FT232BMUSB驱动程序之后，试着在Arduino集成开发环境中打开了一个最简单的工程，编译之后再下载，再次出错！首先怀疑是Arduino设置的问题，检查了MCU的类型和串口，都没有问题，看了little bird放在YouTube上的安装过程视频，也没有发现什么不对的地方。为了定位问题所在，直接在串口调试软件里不断地给Arduino模块发数据，能够看到TX灯不断闪烁，但给 bootloader发送相应的命令却得不到任何反应，RX灯也不闪烁。难道是从Arduino向外界发送数据的电路有问题？拿着万用表一段一段检查电压，似乎都正常，没有任何头绪，看起来下一个该投资的设备就是一台好一点的示波器了;-)
没有办法，只好修改bootloader的源码，让其在启动后不断地向外界发送数据。这回RX灯能够闪烁了，在串口调试软件里也能够收到数据，看来硬件接线是正确的，总算松了一口气。不过收到的数据很奇怪，不论bootloader发送什么数据，收到的都是0×00！按照之前的经验，通常这种情况都是串口配置导致的问题，如波特率等。
继续Google没有什么收获，开始怀疑是不是时钟设置的问题，导致Atmega168发送数据时没有合适的时钟。在Makefile里找到了 AVR_FREQ参数（默认值为16000000L)，是外部晶振的频率，对它做了相应的修改，也不解决问题。继续在Makefile里游荡，看到 ISPFUSES 参数时突然眼前一亮，会不会是熔丝（fuse）位的问题？熔丝位是Atmega168在工作时的配置参数，其中最重要的是有关频率的设置。Google到的Thetale of AVRdude, ATmega168 and extended fuses bits和ATmega 8 / 168internal clock and fuse settings证实了我的猜测。仔细阅读了Arduino网站上的说明之后，确定相应的熔丝位应该设置成0xF8, 0xDF和0xFF。刚买的那个编程器里面就能够直接设置这些熔丝位：