突破电源限制的 Arduino——FTDI NerO评测

前言

Arduino 是目前非常流行的创客工具，其中 UNO 是最早的 USB Arduino系列，也是最为流行的一个型号。随着应用的发展，越来越多的外围器件的使用，所需电流超过 USB 供电所能提供的电流，这时候需要使用外接 DC 供电。而且很多场合使用 9V 电池供电，或者是汽车电路 12V 供电的应用下，由于 UNO 使用 LDO-NCP1117ST50T3G 来做电源稳压，这时候其稳压效率低，发热大，可能造成过热甚至不能正常工作。NerO 正是在这些应用场景下诞生的，NerO 使用 AOZ1282CI 开关稳压芯片来做为电源稳压，可以在 7-20V 的输入下稳定高效地工作且避免过热哑光纸盒，美观大方，手感很好

开箱 

哑光纸盒，美观大方，手感很好

打开，还有一个挺艺术的漫画，有文字描述 NerO 的特点

打开静电袋，发现排针居然是没有焊接的，还得自己动手。

这个型号是 NerO-NP1，与 NerO-LP1 一样是提供长针脚的排母的，LP1 是焊接好的，NP1 是未焊接的。还有 NerO-SP1 是短针脚的型号。

NerO 板子也是哑光的，手感很好，正面大大的 NerO 名字，背面还有一个头像漫画，挺文艺的

 焊接长针脚的排母吧

 事后发现，这长针脚并没什么用：

单个面包板太宽了

多个面包板嘛，又因为 Arduino 标准引脚的排布很特别，也插不上

扩展板本身有长针脚用来接插，要说从扩展板上面接入?可是主板下面又会顶住可能短路，所以大家购买前考虑是不是真的有需要使用长针脚。

参数

在继续研究之前，先了解一下板子的参数吧。

硬件

NerO 是基于 ATmega328P 的单片机开发板，是 Arduino UNO 的兼容板，板上资源与 UNO 一样：14路数字输入/输出引脚(其中6路可以用作PWM输出)、 6路模拟输入、1个16MHz的晶体振荡器、一个USB接口、1个电源接头、1个ICSP数据头以及1个复位按钮组成。

与 UNO 不同的地方在于其使用 FT231X 代替了 ATmega16U2 做为 USB 转串口的功能，以期提供更稳定的通信功能;增加了电源开关，以方便应用中使用;调整了板上 LED 的布局，分布在 PCB 边上以便在插上扩展板后也可以容易看到 LED 的指示;最大的特点是使用 AOZ1282CI 开关稳压芯片来做为电源稳压，可以在 7-20V 的输入下稳定高效地工作且避免过热。

软件

NerO 的程序编写可以同样使用 Arduino 的 IDE，具体参考 UNO 的评测文章。

NerO 使用 Optiboot Bootloader，具有体积小，下载速度快，启动速度快，兼容 168 和 328 的板子以及支持一些额外的 avr 芯片等特点。

板上主要资源

特色功能官方测试

电源的可靠性、效率和质量

电源是官方标榜的此款 Arduino 兼容板的最大特色，官网花了很大篇幅做介绍和测试对比，需要用到专业仪器，因此这里就以官方测试摘录介绍。

测试扩展板搭建：

使用 AdaFruit ProtoShield v6 来搭建。

9/12V 输入 5V 输出时电流与温度的关系测试

左图为 Arduino UNO R3 的测试，可以看到 9V 供电的时候在 700mA 发生了过热关机，而在 12V 的时候则仅在 250mA 就挂了，并且注意到此时 LDO 温度达到 95-110 摄氏度。如果以 70 度为正常工作电压的话，那么可以看到 UNO 板的 LDO 在 9V 时只能提供 400mA 电流，而 12V 时则不到 200mA 电流。

右图为 NerO 的测试，可以看到在 9V 和 12V 环境下，直至 1A 的电流均能稳定地工作，并且温度低于 60 摄氏度。

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9/12V 输入 5V 输出时稳压器效率的测试

左图为 UNO 的测试，可以看到仅有 30-50% 的效率，右图为 NerO 的测试，一直维持在 80-90% 的效率。

电源纹波

使用示波器来查看，峰峰值在 200mV 以下。

USB 可靠性

官方提供了一个眼图(Eye Diagram)来证明测试了 USB 通信的稳定可靠。

Arduino 兼容功能测试

除了上述的电源和 USB 功能外，NerO 声称与 Arduino 兼容，当然，本来都是 ATmega328 的功能嘛，那么这里简单测试几个功能看看。

BLINK

以最基本的 Blink 程序来测试下载功能，查看与 UNO 不同之处移动到 PCB 边上的板载 LED：

可以看到左边的 TX/RX 指示灯在下载的时候闪动：

下载成功后，右边的 13 脚相连的板载 LED 闪动：

串口

测试串口收发。

PWM

如下 pin6 间隔输出 0%、50%、100% 的 PWM，可以看到示波器上相应的显示：

DAC

测试 A0 读取电位器的变化输出：

中断

测试外部中断。

测试时通过引脚 2 在高低电平间切换来触发中断：

扩展板接上后串口指示灯的便利性对比

可以看到，UNO 必须要拿起一定角度才能看到指示灯，而 NerO 只要正常的俯视角度就可以看到串口指示灯了，可见将指示灯移动到 PCB 边上确实对于观察信号起到一定的便利。

扩展板和库的使用

如下使用带 TF 卡槽的网络扩展板接上 NerO，插入 4G TF 卡。使用 SD 库的示例程序 CardInfo 来读取 TF 卡的信息，可以看到 NerO 主板与扩展板很吻合，并且 SD 库正常使用，程序运行结果正常。

总结

1. NerO 与 Arduino UNO 软硬件兼容，使用一样的 IDE 编译下载，以及可以使用相同的扩展板

2. NerO 使用开关稳压电源，在 9V-12V 的环境下测试优于 UNO 的 LDO 电源稳压系统，可以在正常工作温度下提供 1A 电流

3. 板载电源开关，方便应用中进行控制

4. 板上 LED 的布局相对于 UNO 做了调整，分布在 PCB 边上以便在插上扩展板后容易看到 LED 的指示

参考资料

1. NerO 数据表：http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/Modules/DS_Nero.pdf

2. NerO 模块介绍页面：http://www.ftdichip.com/Products/Modules/NerO.htm

3. AOZ1282CI 数据表：http://www.aosmd.com/res/data_sheets/AOZ1282CI.pdf

4. FT231X 数据表：http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT231X.pdf

5. Optiboot Bootloader github：https://github.com/Optiboot/optiboot

6. Atmega328p 数据表：http://www.atmel.com/Images/doc8161.pdf

7. Arduino IDE 下载：https://www.arduino.cc/en/Main/Software

8. Arduino 语言参考：https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage