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Seeed Studio XIAO SAMD21 入门指南

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Seeed Studio XIAO SAMD21 之前名为 Seeeduino XIAO，是 Seeed Studio XIAO 系列的首款产品，这是一系列兼容 Arduino 的强大拇指大小开发板。它搭载了功能强大的 ATSAMD21G18A-MU，这是一款低功耗微控制器。另一方面，这块小板子在处理性能方面表现良好，但功耗更低。它采用超小尺寸设计，可用于可穿戴设备和小型项目。

Seeed Studio XIAO SAMD21 具有 14 个引脚，可用作 11 个数字接口、11 个模拟接口、10 个 PWM 接口（d1-d10）、1 个 DAC 输出引脚 D0、1 个 SWD 焊盘接口、1 个 I2C 接口、1 个 SPI 接口、1 个 UART 接口，通过引脚复用实现串口通信指示灯（T/R）、闪烁灯（L）。LED（Power、L、RX、TX）的颜色分别为绿色、黄色、蓝色和蓝色。此外，Seeed Studio XIAO SAMD21 具有一个 Type-C 接口，可用于供电和下载代码。板上有两个复位焊盘，你可以将它们短接来复位开发板。

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文档​

关于 Seeed Studio XIAO SAMD21 的使用有两份文档，侧重点不同，请参考下表：

Seeed 官方文档Nanase 编写的文档
引脚图接口
Seeed Studio XIAO SAMD21 入门指南Seeed Studio XIAO SAMD21 搭配 MicroSD 卡（SPI）
Seeed Studio XIAO SAMD21 GPIO 使用方法Seeed Studio XIAO SAMD21 搭配 GPS（UART）
Seeed Studio XIAO SAMD21 资源单周期 IOBUS

在 Seeed Studio XIAO SAMD21 上使用 CircuitPython​

特性​

  • 强大的 CPU：ARM® Cortex®-M0+ 32 位 48MHz 微控制器（SAMD21G18），带有 256KB Flash、32KB SRAM。
  • 兼容性灵活：兼容 Arduino IDE。
  • 项目操作便捷：面包板友好。
  • 体积小巧：尺寸如拇指般小（21x17.8mm），适用于可穿戴设备和小型项目。
  • 多种开发接口：11 个数字/模拟引脚，10 个 PWM 引脚，1 个 DAC 输出，1 个 SWD 焊盘接口，1 个 I2C 接口，1 个 UART 接口，1 个 SPI 接口。

规格参数​

产品名称Seeed Studio XIAO SAMD21
芯片组Microchip SAMD21G18
处理器最高运行频率 48 MHz 的 ARM Cortex-M0+ 处理器
RAM32KB SRAM
Flash256KB Flash
接口GPIO 引脚 x14
数字引脚 x11
模拟引脚 x11
DAC x1
I2C x1
UART x1
SPI x1
板载用户 LED x1
电源 LED x1
串口通信状态 LED（TX/RX 指示灯）x2
无线连接/
电源输入电压（Type-C）：5V
输入电压（BAT）：5V
最大输出5V@500mA
3.3V@200mA
软件兼容性Arduino、PlatformIO、MicroPython、CircuitPython、Zephyr
XIAO 系列展示 - Seeed Studio Wiki
工作温度-40 至 85°C
尺寸21×17.8mm
型号Seeed Studio XIAO SAMD21（预焊接）- Seeed Studio
Seeed Studio XIAO SAMD21 - Arduino Microcontroller - SAMD21 Cortex M0+（3 片装）- Seeed Studio

硬件概述​

正面​

背面​

caution

对于通用 I/O 引脚： MCU 的工作电压为 3.3V。如果连接到通用 I/O 引脚的输入电压高于 3.3V，可能会导致芯片损坏。

对于电源引脚： 板载的 DC-DC 转换电路可以将 5V 电压转换为 3.3V，从而允许通过 VIN-PIN 和 5V-PIN 使用 5V 电源为设备供电。

必须明确的是，XIAO SAMD21 背面的 VIN 和 GND 焊盘并非用于直接连接电池，尤其不是可充电锂电池（LiPo/Li-Ion）。该开发板缺少安全运行所需的关键电池管理电路。这些焊盘只是一个替代电源输入点，会绕过板载的保护二极管。如果你希望使用电池为项目供电，必须使用专用的外部电池管理模块，该模块需提供充电和保护功能，然后将该模块的稳压输出连接到 XIAO 的 5V 引脚。

请注意使用安全，请不要撬起屏蔽罩。

引脚映射​

XIAO 引脚功能芯片引脚描述
5VVBUS电源输入/输出
GND
3V33V3_OUT电源输出
D0模拟PA02GPIO，ADC
D1模拟PA04GPIO，ADC
D2模拟PA10GPIO，ADC
D3模拟PA11GPIO，ADC
D4模拟，SDAPA08GPIO，I2C 数据，ADC
D5模拟，SCLPA09GPIO，I2C 时钟，ADC
D6模拟，TXPB08GPIO，UART 发送，ADC
D7模拟，RXPB09GPIO，UART 接收，ADC
D8模拟，SPI_SCKPA07GPIO，SPI 时钟，ADC
D9模拟，SPI_MISOPA05GPIO，SPI 数据，ADC
D10模拟，SPI_MOSIPA06GPIO，SPI 数据
ResetRES复位
TX_LEDPA19TX_LED
RX_LEDPA18RX_LED
Power_LEDVBUSCHG-LED_Red
USER_LEDPA17用户指示灯_黄色

进入 Bootloader 模式​

有时在用户烧录程序失败时，Seeed Studio XIAO SAMD21 的端口可能会消失。我们可以通过以下操作来解决这个问题：

  • 将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到电脑。
  • 使用镊子或导线将图中的 RST 焊盘短接两次。
  • 橙色 LED 灯会闪烁并点亮。

此时，芯片进入 Bootloader 模式，烧录端口会再次出现。由于 samd21 芯片有两个分区，一个是 Bootloader，另一个是用户程序。产品在出厂时会在系统存储器中烧录一段 bootloader 代码。我们可以通过执行上述步骤在两种模式之间切换。

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复位​

如果你想复位 Seeed Studio XIAO SAMD21，请执行以下步骤：

  • 将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到电脑。
  • 使用镊子或导线将 RST 焊盘只短接一次
  • 橙色 LED 灯会闪烁并点亮。

请注意：板载 LED 的行为与 Arduino 上的相反。在 Seeed Studio XIAO SAMD21 上，引脚需要被拉低，而在其他微控制器上则需要被拉高。  

中断​

Seeed Studio XIAO SAMD21 上的所有引脚都支持中断，但有两个引脚不能同时使用：5 号引脚和 7 号引脚。关于中断的更多细节请查看这里。

引脚复用​

我们不需要自己配置引脚，使用引脚后可以直接调用函数。

数字输入和输出​

  • 使用引脚 6 作为数字引脚：
const int buttonPin = 6;     // the number of the pushbutton pin
const int ledPin =  13;      // the number of the LED pin

int buttonState = 0;         // variable for reading the pushbutton status

void setup() {
  // initialize the LED pin as an output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // initialize the pushbutton pin as an input:
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  // read the state of the pushbutton value:
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  // check if the pushbutton is pressed. If it is, the buttonState is HIGH:
  if (buttonState == HIGH) {
    // turn LED on:
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    // turn LED off:
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

AnalogRead​

  • 使用引脚 6 作为模拟引脚：


void setup() {
  // declare the ledPin as an OUTPUT:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // read the value from the sensor:
  sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // turn the ledPin on
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  // stop the program for <sensorValue> milliseconds:
  delay(sensorValue);
  // turn the ledPin off:
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  // stop the program for for <sensorValue> milliseconds:
  delay(sensorValue);
}

串口​

  • 使用引脚 6 作为 UART 的 TX 引脚（UART 的 RX 引脚为引脚 7）：

void setup() {
    Serial1.begin(115200);
    while (!Serial);
}

void loop() {
    Serial1.println("Hello,World");
    delay(1000);
}

I2C​

  • 使用引脚 5 作为 IIC 的 SCL 引脚（IIC 的 SDA 引脚为引脚 4）：
// Wire Master Writer
// by Nicholas Zambetti <http://www.zambetti.com>

// Demonstrates use of the Wire library
// Writes data to an I2C/TWI slave device
// Refer to the "Wire Slave Receiver" example for use with this

// Created 29 March 2006

// This example code is in the public domain.


#include <Wire.h>

void setup()
{
  Wire.begin(); // join i2c bus (address optional for master)
}

byte x = 0;

void loop()
{
  Wire.beginTransmission(4); // transmit to device #4
  Wire.write("x is ");        // sends five bytes
  Wire.write(x);              // sends one byte  
  Wire.endTransmission();    // stop transmitting
  x++;
  delay(500);
}

SPI​

  • 使用引脚 8 作为 SPI 的 SCK 引脚（SPI 的 MISO 引脚为引脚 9，MOSI 引脚为引脚 10）：
#include <SPI.h>
const int CS = 7;
void setup (void) {
   digitalWrite(CS, HIGH); // disable Slave Select
   SPI.begin ();
   SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8);//divide the clock by 8
}

void loop (void) {
   char c;
   digitalWrite(CS, LOW); // enable Slave Select
   // send test string
   for (const char * p = "Hello, world!\r" ; c = *p; p++) {
      SPI.transfer (c);
   }
   digitalWrite(CS, HIGH); // disable Slave Select
   delay(2000);
}

QTouch​

关于如何使用 QTouch，我们提供了一个示例项目：How to Make a Fruit Piano on Seeed Studio XIAO SAMD21 ’s Q-Touch Function。

模拟输入和输出​

虽然它仍然具有基于 PWM 的“模拟输出”，但 SAMD21 还具有真正的模拟输出，即数模转换器（DAC）。该模块可以产生 0 到 3.3V 之间的模拟电压。它可以用来产生更自然声音的音频，或者作为一种“数字电位器”来控制模拟设备。

DAC 仅在 Arduino 引脚 A0 上可用，并通过 analogWrite(A0, <value>) 控制。DAC 最多可以设置为 10 位分辨率（请确保在 setup 中调用 analogWriteResolution(10)），这意味着 0 到 1023 之间的数值会将电压设置在 0 到 3.3V 之间的某个值。

除了 DAC 之外，SAMD21 的 ADC 通道也不同于 ATmega328：它们支持最高 12 位分辨率。这意味着模拟输入值可以在 0-4095 之间变化，对应 0 到 3.3V 之间的电压。要在 12 位模式下使用 ADC，请确保在 setup 中调用 analogReadResolution(12)。

串口绘图 DAC

下面是一个同时演示 DAC 和 ADC 的示例。要搭建这个实验，将 A0 连接到 A1 —— 我们用模拟电压驱动 A0，然后用 A1 读取它。这是我们在教程中使用过的最简单电路：

note

Seeed Studio XIAO SAMD21 使用的是 Seeed Studio XIAO SAMD21 expansion board

该示例在 A0 上产生一个正弦波输出，电压范围为 0 到 3.3V。然后使用 A1 将该输出读入其 ADC，并将其转换为 0 到 3.3V 之间的电压。

当然，你可以打开串口监视器来查看电压值的流动。但如果通过文本很难想象正弦波的形状，可以通过依次点击 Tools > Serial Plotter 来查看 Arduino 新的 Serial Plotter。

感谢 Aleksei Tertychnyi 提交代码，所有相关功能均由他开发并贡献。

#define DAC_PIN A0 // Make code a bit more legible
float x = 0; // Value to take the sin of
float increment = 0.02;  // Value to increment x by each time
// Frequency of sine wave is about 1.37 Hz

void setup() 
{
  analogWriteResolution(10); // Set analog out resolution to max, 10-bits
  analogReadResolution(12); // Set analog input resolution to max, 12-bits

  Serial.begin(9600);
}

void loop() 
{
  // Generate a voltage value between 0 and 1023. 
  // Let's scale a sin wave between those values:
  // Offset by 511.5, then multiply sin by 511.5.
  int dacVoltage = (int)(511.5 + 511.5 * sin(x));
  x += increment; // Increase value of x

  // Generate a voltage between 0 and 3.3V.
  // 0= 0V, 1023=3.3V, 512=1.65V, etc.
  analogWrite(DAC_PIN, dacVoltage);

  // Now read A1 (connected to A0), and convert that
  // 12-bit ADC value to a voltage between 0 and 3.3.
  float voltage = analogRead(A1) * 3.3 / 4096.0;
  Serial.println(voltage); // Print the voltage.
  delay(1); // Delay 1ms
}

结果

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入门指南​

硬件​

所需材料

  • Seeed Studio XIAO SAMD21 x1
  • 电脑 x1
  • USB Type-C 线 x1
tip

有些 USB 线只能供电，不能传输数据。如果你没有 USB 线，或者不知道你的 USB 线是否可以传输数据，你可以查看 seeed USB type C support USB 3.1。

  • 步骤 1. 准备一块 Seeed Studio XIAO SAMD21 和一根 Type-C 线。

  • 步骤 2. 将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到你的电脑。然后黄色电源 LED 应该会亮起。

软件​

note

如果这是你第一次使用 Arduino，我们强烈建议你参考 Getting Started with Arduino

  • 步骤 1. 你需要安装 Arduino 软件。
Download Arduino IDE

启动 Arduino 应用程序

双击你之前下载的 Arduino 应用程序（arduino.exe）。

note

如果 Arduino 软件以其他语言加载，你可以在首选项对话框中更改它。详情请参阅 Arduino Software (IDE) 页面。

  • 步骤 2. 打开 Blink 示例

打开 LED 闪烁示例草图：File > Examples >01.Basics > Blink。

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  • 步骤 3. 将 Seeeduino 添加到你的 Arduino IDE

点击 File > Preference，并在 Additional Boards Manager URLs 中填入以下 URL：

https://files.seeedstudio.com/arduino/package_seeeduino_boards_index.json

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点击 Tools-> Board-> Boards Manager...，在搜索框中输入关键字“Seeed Studio XIAO SAMD21”。此时会出现 “Seeed SAMD Boards”。安装它。

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  • 步骤 4. 选择你的开发板和端口

安装开发板后，点击 Tools-> Board，找到“Seeed Studio XIAO”并选择它。现在你已经在 Arduino IDE 中完成了 Seeed Studio XIAO SAMD21 开发板的设置。

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在 Tools | Serial Port 菜单中选择 Arduino 开发板的串口设备。它很可能是 COM3 或更高（COM1 和 COM2 通常保留给硬件串口）。要确认的话，你可以断开 Arduino 开发板并重新打开该菜单；消失的那一项应该就是 Arduino 开发板。重新连接开发板并选择该串口。

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  • 步骤 5. 上传程序

现在，只需点击环境中的 “Upload” 按钮。等待几秒钟，如果上传成功，状态栏中会出现 “Done uploading.” 的消息。

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上传完成几秒钟后，你应该会看到板子上的 13 号引脚（L）LED 开始闪烁（橙色）。如果是这样，恭喜你！你已经成功运行 Arduino。如果遇到问题，请查看故障排除建议。

note

flash 的最大容量为 8KB，更多信息请参阅资源中的 ATSAMD218A-MU 数据手册

示例应用​

资源​

硬件设计

机械设计

软件与工具

课程资源​

技术支持与产品讨论​

感谢您选择我们的产品！我们将为您提供多种支持，以确保您在使用我们产品的过程中尽可能顺利。我们提供多种沟通渠道，以满足不同的偏好和需求。

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