Archive for May 2009
某Arduino，之前可以正常工作，一日发现突然不能正常下载，出错信息依然是经典的：
avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00 avrdude: stk500_disable(): protocol error, expect=0x14, resp=0x51
按照之前的套路，出现这一问题之前Arduino能够正常工作，多半应该是bootloader的问题。于是乎找来USBtinyISP，打开Arduino IDE烧写bootloader，然而情况不妙，avrdude无法正常与AVR通信：
avrdude: initialization failed, rc=-1
Double check connections and try again, or use -F to override
this check.
第一次遇到这种情况，ISP部分应该只与最小系统有关，仔细查找了原因之后，唯一可能有问题的应该只有晶振了。用示波器量了量晶振两脚的电压，似乎没有什么大的区别，于是按替换原则换了一个新的晶振上去，问题解决！
这是我第一次遇到这样的现象，看来datasheet里强调的稳定的晶振电路的确是有道理的，我等在设计这部分电路的时候还是要仔细考虑一下的;-)
按钮是RGB Monome非常重要的一个部分，最后采用是透明硅胶制作的按钮，以保证有足够好的透光度。由于目前加工的量还不是很多，所以价格相对来讲并不是很便宜。
至此，制作RGB Monome所需要的各种元件和电路板都已经备齐，随后将通过本站的淘宝网店进行销售:-)
RGB Monome可以通过串口进行控制，不过由于设计时考虑到数据传输量尽可能少，是用二进制方式进行传输的。
实验时我们可以先用串口调试工具SSCOM来完成，然后再考虑怎么用诸如Flash这样的程序来实验。首先下载SSCOM，解压缩后直接运行就可以了。在“串口号”下拉列表中选择相应的串口，“波特率”需要设置成“57600″，然后点“打开串口”按钮打开串口：
单击右侧的“扩展”按钮，打开相应的扩展窗口，在这里我们可以定义发给Arduino的控制字符串。由于发送的都是二进制数据，所以将每行前的“HEX“复选框选中：
Monome最基本的控制是对一个LED的控制，这是由三个步骤组成的：第一步是设置LED颜色，第二步点亮这个LED，第三步熄灭这个LED。
第一个命令是为需要点亮的LED设计相应的颜色，该命令由4个字节组成，第一个字节“10”是固定的命令字，接下来的三个字节依次为红／蓝／绿三个LED的值，如：
10 00 FF 00
第二个命令是用刚刚设置的颜色值，来点亮指定的LED，该命令由2个字节组成，第一个字节“20”是固定的命令字，第二个字节的第一个数字为行号，第二个数字为列号，例如下面的命令将点亮第0行第1列上的那个LED：
20 01
第三个命令是熄灭指定的LED，该命令由2个字节组成，第一个字节“30”是固定的命令字，第二个字节的第一个数字为行号，第二个数字为列号，例如下面的命令将熄灭第0行第1列上的那个LED：
30 01
不过上述只是最基本的控制命令，只有在程序中合理地运用这些命令的组合，才能创造出让人惊艳的效果;-)
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时间对项目来讲是一个魔咒，你经常需要快点赶上进度，但往往又必须付出足够长的时间，才能得到相应的结果。这次制做8×8的RGB Monome再一次验证了它。
硬件的组成包括下面几个部分：
- 4块4×4的RGB 按钮板，用来安装全彩LED和按钮
- 1块Arduino扩展板，用来连接Arduino和按钮扩展板
- 16块4×4的按钮
- 4根24针的连接线
PCB板出厂之后，立马就焊接了一块RGB 按钮板和Arduino扩展板，检查连线正常之后，下载相应的程序进行验证，结果16个LED没一个亮的。仔细阅读了代码后，认为可能是初始时所有灯均为熄灭状态，可是对下面的数组进行初始化设置之后，情况依然没有什么变化：
int levelB[64] = {
1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024,
1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024,
1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024,
1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024, 1024};
仔细检查电路，接线上并没有发现什么异常。由于之间在选型的时候，做了一个TLC5940的实验，而这一RGB 按钮板的核心正是一个TLC5940，于是打算用tlc5940arduino提供的BasicUse进行验证。与之前自已用3块TLC5940的想法不同，RGB 按钮板上只用了一个TLC5940，通过三个三极管的来回切换，完成三种颜色的分别控制，做法倒是经济，但调试起来很不方便。在弄清楚了RGB 按钮板的工作原理之后，为BasicUse加上了三极管控制的代码，但仍然是无法点亮任何一个LED。
#include "Tlc5940.h"
void setup()
{
Tlc.init();
pinMode(5, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);
pinMode(7, OUTPUT);
}
void loop()
{
Tlc.clear();
// red
for (int channel = 0; channel < 16; channel ++) {
Tlc.set(channel, 4095);
}
Tlc.update();
digitalWrite(5, HIGH);
digitalWrite(6, HIGH);
digitalWrite(7, LOW);
}
继续研究RGB 按钮板的工作原理，偶然发现与TLC5940通常的共阳接法不同，这里采用的居然是共阴的接法！原因找到之后，用共阴的LED再焊接了一块RGB 按钮板，之前那块用共阳LED的按钮板壮烈牺牲！
再次用修改后的BasicUse进行测试，这次倒是按钮板上的灯能够亮了，算是一大进步。可是连接上Arduino扩展板之后，依然是LED工作得不正常，但用镊子短路按钮板上的按钮，倒是能够在串口上读到相应的数据，而且似乎结果还是正确的。
此时，我做了一个判断，让为硬件上应该基本是正确的，包括LED和按钮，问题应该主要是出在软件上，为了赶上相应的进度，我将4块4×4 RGB 按钮板和一块Arduino扩展板寄出。
但事实很快粉碎了我的设想，本来觉得应该很快弄好的代码，却一直无法让这一堆硬件正常工作。这里是我最后修改后的代码，将其下载到Arduino之后并运行的话，期待的结果是4个RGB 按钮板上的LED在上电的时候全亮，然后一个一个变成彩色再熄灭，之后就可以通过按钮来控制每一个灯的亮灭，即按下哪个按钮，相应的LED就变亮。
好几天都在来来回回折腾这段代码和这堆硬件，RGB 按钮板经常出现只有一块亮，或者均不亮的情况。仔细读了网站上的各种说明，从网上找了TLC5940的资料无数，都没有弄明白为什么BasicUse可以点亮LED，可RGB 按钮板就无法正常工作。各种能够想到的检测办法都用上了，也试着用示波器查看波形，但似乎都没有发现问题所在。
抱着试试看的态度，做了如下的修改：
- Arduino扩展板上的电阻，改成4.7K
- 尝试用Arduino扩展板上的5V外接电源
第一个改动在我的硬件上没有实质性的作用，倒是第二个改动，偶然中出现了两块RGB 按钮板都正常的情况，兴奋中！来来回回不断地插拔RGB 按钮板，并不断地调整RGB 按钮板的连接顺序，虽然没有搞明白为什么，但几个小时后终于在用5V外接电源的情况下，出现了4块RGB 按钮板均亮的情况！看着RGB 按钮板上的LED按照程序一颗一颗闪烁的时候，真是想哭的心都有了;-)
尽管此时已经是凌晨两点多了，还是抑制不住兴奋的心情，去楼下让基本上已经麻木的大脑呼吸了一把新鲜空气，回来美美地睡了一觉。
第二天起床后就赶紧验证按钮。将4块4×4 RGB 按钮板按位置摆好后，对按钮一个一个进行验证。按照上面给的Arduino代码，我期望的结果是当相应位置的按钮按下之后，该按钮下面的灯同时亮起。定做的硅胶按钮倒是表现得不错，但紧接着问题又来了，第0行上的任何一个按钮按下去的话，都会点亮相应列上的8个LED，其它行上的按钮工作正常！晕！
接着查电路吧！74HC164和74HC165的工作原理，对照着代码好好地检查了一番，再用示波器检查了一下74HC165各个输入管脚上的波形，的确有一个与别的有所不同，但一时却找不到原因所在。又一天过去了！
昨天晚上，几近崩溃但尚未放弃的我又一次检查了相应的电路，最后终于将原因锁定在了Arduino扩展板上的一个直插的排阻上。由于是第一次用到排阻，并没有仔细想到排阻也是分管脚的，而之前焊接的排阻正好焊反了！将排阻换好之后，按钮总算正常工作了。
装反了的排阻
似乎此时总算可以长舒一口气了，因为至少在目前这堆硬件固定的连接上，所有的功能都正常了！但此时还有一个问题困扰我：为什么连接RGB 按钮板的时候，有时候正常，有时候不正常呢？有时候只亮一块或者几块，有时就能够4块全亮，而且只要全亮，不管怎么断电都可以，但只要是换一下RGB 按钮板的连接顺序，就可能会有一块不亮！
还是不死心，原因没有找到，但不断实验的过程中总结出一个规律，也许有借鉴的作用。在连接RGB 按钮板的过程中，严格按照下面的步骤进行安装：
- 断电，只连接UPPER-RIGHT，上电，点亮第一块RGB 按钮板
- 断电，将连接在UPPER-RIGHT上的RGB 按钮板拔下接到LOWER-RIGHT上，将第二块RGB 按钮板连接到LOWER-RIGHT，上电，同时点亮两块RGB 按钮板
- 断电，将连接在LOWER-RIGHT上的RGB 按钮板拔下接到LOWER-LEFT，将连接在 UPPER-RIGHT上的RGB 按钮板拔下接到LOWER-RIGHT上，将第三块RGB 按钮板连接到UPPER-RIGHT，上电，同时点亮三块RGB 按钮板
- 断电，将连接在LOWER-LEFT上的RGB 按钮板拔下接到UPPER-LEFT，将连接在LOWER-RIGHT上的RGB 按钮板拔下接到LOWER-LEFT，将连接在 UPPER-RIGHT上的RGB 按钮板拔下接到LOWER-RIGHT上，将第四块RGB 按钮板连接到UPPER-RIGHT，上电，同时点亮四块RGB 按钮板
试了两块Arduino扩展板，按照上面的做法似乎都能够正常！一个猜测的原因是不是因为TLC5940里的EEPROM导致的？这个似乎需要更多的时间来研究确定，而一整夜都在排错和总结上述规律的我此时已经精疲力竭，丝毫没有任何心思来仔细啄磨这些细节了，只能上几张照片然后睡觉去:(
Arduino MEGA采用的是ATmeag1280单片机，存储容易大了不少，同时接口数目也增加了很多，应该比较适合端口要求比较多的场合。 这次样板焊接的时候，来来回回折腾了好几回，主要是元件的选取问题。这里先奉上几张Arduion MEGA的照片：
与之前版本的Arduino采用双列直插芯片不同的是，这次采用的是贴片的ATmega1280。我的编程器暂时还没有配备相应的转接头，所以刚制作好的USBtinyISP此时正好派上用场：
Bootloader的烧写是通过下面的命令直接完成的：
avrdude -c usbtiny -p m1280 -b 115200 -V -e -U lock:w:0x3F:m -U hfuse:w:0xDA:m -U lfuse:w:0xFF:m -U efuse:w:0xF5:m avrdude -c usbtiny -p m1280 -b 115200 -V -D -U flash:w:ATmegaBOOT_168_atmega1280.hex:i avrdude -c usbtiny -p m1280 -b 115200 -V -U lock:w:0x0F:m
Bootloader下载完成之后，首先测试了最基本的点亮LED的实验。由于引脚的位置并没有改变，所以之前为Arduiono设计的扩展板此时还是能够直接使用的：
运行时的效果图：
Arduino MEGA一共可以提供54个数字I/O接口和16个模拟I/O接口，即便是一个一个验证这些端口，也得花不少的时间;-)
