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万事开头难，最后我挑了USB这部分电路开始焊接和调试，一来这部分电路在Arduino上是基本一致的，二来这部分电路可以给板子上的其他部分供电，三来它还可以同PC机实现串口通信。
USB这部分电路采用的是FTDI公司的FT232BL芯片，算起来也焊过十多回了，因此虽然换了一个刀状的铬铁头，也没有遇到什么大的麻烦。芯片焊好之后，再把电容、电阻、LED、晶振焊好，头一回焊贴片元件，左右开工，总算一一搞定:) 下面是该部分电路所用到的元件，由于手头没有1k的电阻，所以用来给发光二极管限流用的电阻R12和R13暂时用1.5k的电阻替代了。
| 类型 | 标记 | 数量 | 规格 |
|---|---|---|---|
| USB转串口芯片 | IC2 | 1 | FT232BL |
| 电容 | C1 | 1 | 10nF |
| 电容 | C2 | 1 | 33nF |
| 电容 | C3 | 1 | 100nF |
| 电容 | C4, C5 | 2 | 22pF |
| 电阻 | R1, R2 | 2 | 27 |
| 电阻 | R3 | 1 | 1.5k |
| 电阻 | R4 | 1 | 470 |
| 电阻 | R12, R13 | 2 | 1k |
| 晶振 | Q1 | 1 | 6M |
| 发光二极管 | RX, TX | 2 | 绿色 |
| 类型 | 标记 | 数量 | 规格 |
|---|---|---|---|
| 插针 | JP1 | 1 | 3脚 |
| 保险丝 | F1 | 1 | 500mA |
焊上保险丝后再次接上USB线，这回听到了熟悉的USB设备连接上的提示音，在设备管理器中也能找到这一串口了：
心里一块石头总算落地了，不过现在还很难说USB这部分电路是不是已经正常工作了， 因为无法对数据发送和接收进行完全的测试。我只是简单地用串口调试工具打开了COM4，并试着发送一些数据给FT232BL，看到的现象是发光二极管TX在不断地闪烁，或许能够说明这部分电路已经基本可以了。当然，最终的结论只能等到ATmega 128那部分的电路完成之后，真正实际串口数据的收发时才会知道。
无论如何，USB这部分电路基本算是完成了，贴一张焊好USB电路的板子局部图：
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接触Arduino一段时间之后，渐渐发现其实它只能适应用于一些比较简单的应用场景，对于稍微复杂一些的互动应用来讲，一般会需要有更多的管脚，更快的处理速度，以及更大的存储空间。
Arduino在设计和实现时借鉴了Wiring的很多做法，奇怪的是Wiring远远不及Arduino成功，这可能跟Wiring项目组没有大力推广有关系。在国内目前还买不到Wiring，从国外购买的话又需要大把的银子，犹豫了好长时间后还是没有能够挡得住自己的冲动，决定DIY！
Wiring采用的是ATmega128，存储空间为128K，带有50个数字I/O管脚和8个模块输入，以及6个PWM，整体性能比Arduino高了一大截，复杂性当然也是直线上升。对于电子高手们来讲估计不是个大问题，但对我这个完全自学的业余选手来讲，自然又是一个不小的挑战:)
原理图和电路图断断续续估计画了三四周，而且第一次开始采用贴片元件，自然又是恶补了一顿有关元件封装的知识，还从电子市场买了一些元件来比划。 这一过程中最大的收获就是开始认识到Eagle CAD的确是一个不错的电路图软件，可惜国内不管专业还是业余都用Protel。现在用的共享版只能画两层板，对我来讲是够了的，等有需求同时又有银子的时候，一定买个专业版的License。
电路板送到工厂后又足足等了一周，今天总算拿到了五块PCB板，这回做的是黑色的板子：
不知专业人士是如何检查电路板的，我只做了有限的检查，估计应用会有错误，做出的这五块只当拿来练手，之前已经做好了充分的心理准备，就当是学习和练手。
这一周工作比较忙，抽空做的唯一的事情就是去淘了一个二手的示波器，已经在路上了。将很大的期望放在这个即将到来的新伙伴身上，因为DIY Wiring的重任就要落在它的身上了，期待中…
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XBee是美国MaxStream公司基于ZigBee技术的一个无线传输模块，该模块使用起来非常简单，我们只需要简单的把数据输入到一个模块，它就能自动的被发送到无线连接的另一端，同时也支持AT 命令进行高级配置。
这里介绍的Arduino XBee模块包括一块针对Arduino量身定制的扩展板，以及一个XBee Pro模块：
使用这样一对Arduino XBee模块，我们就可以实现一个最简单的包含两个结点的ZigBee网络，完成Arduino之间的无线通信。ZigBee技术本身也支持多个结点组成的复杂网络。
XBee模块在正常工作之前必须进行相应的设置。对XBee模块的设置既可以按照XBee手册里介绍的AT指令，通过串行终端完成，也可以借助X-CTU这一工具来完成，你可以在这里下载本文用到的版本进行安装。
将Arduino XBee扩展板连接到Arduino母板上，然后将Arduino XBee扩展板上的两个跳线置于USB一端，这样X-CTU才能通过Arduino的USB接口对XBee模块进行配置：
注意，下面的步骤会用到Arduino的USB接口以及TX和RX管脚，所以请确保运行在Arduion上的工程里没有对串行接口的操作，或者将AVR芯片从Arduino板上取下之后再进行下面的步骤。
在用USB电缆将Arduino与PC机连接好之后， 运行X-CTU软件。首先我们在“PC Settings”中里选择对应的通信端口，并设置好波特率等参数。XBee模块出厂里默认的设置为9600，8N1。
此时我们可以单击“Test/Query”按钮，来测试是否能够正确地连接上XBee模块。如果一切正常，我们将看到如下的对话框。如果通信参数设置都是正确的，但仍然无法与XBee模块通信上，则请检查USB连线和Arduino XBee扩展板上的跳线，必要的时候可以拨掉Arduino上的ATmega单片机再试。
测试正常之后转到“Modem Configuration”。首先单击“Modem Parameters and Firmware”中的“Read”按钮读出XBee模块中的当前参数，接着在读出的“Networking & Security”中将“Channel”设为“C”，将“PAN ID”设置为“1234”。
我们在这里要实现的是一个最简单的点对点网络，所以只需要对另外一个Arduino XBee模块做完全相同的设置就可以了。两个Arduino XBee模块都设置好之后，运行两个X-CTU并在“PC Settings”中选择不同的通信接口，分别对两个Arduino XBee模块进行控制。
在X-CTU的“Terminal”中我们可以手工输入需要XBee模块传输的数据，这些数据在收到之后会被自动发送到另一个XBee模块，并在另一个X-CTU的“Terminal”中显示出来。其中蓝色的表示发送的数据，红色的表示接收的数据：
至此，基本说明你的Arduino XBee模块能够正常收发数据了，接下去要做的就是在Arduino工程里如何利用XBee进行无线数据的收发了。通过上面的步骤不难看出，在Arduino工程中只需要将要发送的数据通过Arduino的串行通信接口发送给XBee模块就可以了，然后在另一个Arduino模块中通过串行接口读出来就可以了。但要想要构建更加复杂的网络，就得仔细读读XBee的使用手册，并好好了解ZigBee技术了;-)
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Arduino使用的是Atmel公司的AVR单片机，一般为ATmega8和ATmega168，这一系列的单片机都支持ISP（In System Programmability ）编程，无需依赖昂贵的编程器就可以完成程序的下载。Arduino电路在设计上考虑到了ISP功能，也留出了相应的接口（ICSP），从而允许我们通过ISP下载线来完成bootloader的下载。
新买来的Arduino模块上一般都已经预先下载好了bootloader，因此上电之后就能够直接通过Arduino集成开发环境下载相应的Arduino程序。正常情况下我们在用Arduino时是不需要ISP下载线的，但在某些情况下可能会出现在Arduino集成开发环境中无法正常下载程序的现象，这很可能是由于bootloader受损所致。解决的办法就是重新将bootloader烧写到ATmega芯片中，此时你就需要用到这里介绍的ISP下载线了。
Arduio网站上给出的并口下载线电路我只成功地更新过ATmega8的bootloader，而无法为Diecimila上的ATmega168下载bootloader。此外，Arduino给出的这一下载线电路过于简单，没有做相应的隔离和保护， 经常使用可能会对Atmega芯片带来一定的损害。AVR建议使用一片74HC244来隔离并口和ATmega芯片，下面是我所使用的下载线的原理图：
以及自制的下载线：
使用并口下载线的时候，我们需要先到计算机的BIOS中将并口设为ECP（The extended capabilities port ）模式，同时将I/O基地址设置成378：
此时在Windows的设备管理器中，我们会发现并口已经被标记为“ECP 打印机端口”：
用鼠标右键单击后从弹出的菜单中选择“属性”命令打开属性对话框，在“资源”页面中我们会看到相应I/O基地址的设置已经生效：
现在就可以用ISP下载线连接计算机并口和Arduino上的ICSP接口了，请特别留意连接方向：ISP下载线六口插座上标有小三角的一端应该靠近 Arduino的ICSP接口上标为1的一端。虽然计算机并口能够为下载电路提供一定的电压，但一般我还是建议给Arduino模块加上5V电压（通过USB线和外接电源都可以），以保证下载过程的稳定。
硬件准备好之后，我们就可以通过相应的软件将bootloader烧到Arduino中。支持AVR下载线的软件比较多，如AVRDUDE和SLISP等，我们在这里使用的是PonyProg。下载并安装好PonyProg v2.07a BETA版本，启动PonyProg时会提示你进行相应的校准和设置工作。首先选择“Setup”菜单中的“Calibration”命令进行校准，然后再选择“Setup”菜单中的“Intreface Setup…”命令进行相应的并口设置：
根据你的Arduino模块上的芯片类型，从“Device” 菜单中的“AVR micro”子菜单中选择“ATmega8”或者“ATmega168”。你也可以从工具栏上的Device下拉框中进行相应的选择：
首先从“Command”菜单中选择“Read All” 命令，从Arduino模块上读出ATmega中的当前数据和设置，其中最重要的是之后要设置的熔丝位。
然后选择“File”菜单中的“Open Program (FLASH) File…” 命令，打开“Open program (FLASH) content file”对话框。从你的Arduino安装目录下找出对应于的bootloader。对于Arduino 0010版本来讲，我们可以在hardware\bootloaders目录下找到atmega8和atmega168两个目录，分别对应ATmega8和ATmega168芯片所对应的bootloader（文件扩展名为.hex），在atmega168目录下可以找到ATmegaBOOT_168_diecimila.hex和ATmegaBOOT_168_ng.hex两个文件，分别对应Diecimila和NG模块。你需要根据你的Arduino模块的具体情况，加载相应的bootloader文件。
AVR通过熔丝来控制芯片内部的一些功能，比如JTAG，时钟的使用，掉电检测电压，是否允许调试等。熔丝位的配置是为Arduino下载bootloader过程中最复杂的一步，而且设置出错很有可能导致芯片锁死，所以一定要仔细。选择“Command”菜单中的“Security and Configuration Bits …”命令，打开相应的熔丝设置对话框。
Arduino的bootloader对熔丝位有一定的要求，主要是同外部时间设置相关的。对于串口模块采用的ATmega8来讲，相应的熔丝字节要设置成0xCA（Fuse High Byte）和0xFF（Fuse Low Byte），具体每位的含义可以参见Wolf Paulus的文章。在PonyProg中对ATmega8的熔丝位设置为下图所示：
对于NG和Diecimila采用的ATmega168来讲，相应的熔丝字节要设置成0xF8（Extended Fuse Byte）, 0xDF（Fuse High Byte）和0xFF（Fuse Low Byte）。在PonyProg中对ATmega168的熔丝位设置为下图所示：
熔丝位设置好之后，选择“Command”菜单中的“Write All”命令，将bootloader下载到Arduino中。下载过程中Arduino上的发光二极管L会不断闪烁。下载完成之后，我们可以通过Arduino集成开发环境下载一个Arduino工程，来验证新下载的bootloader是否能够正常工作。
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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FT232BM USB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The tale of AVRdude, ATmega168 and extended fuses bits和ATmega 8 / 168 internal 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：
重新编程Atmega168，这回总算能够在Arduino集成开发环境中下载工程了，试了数字I/O和模拟I/O，一切正常;-)
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