Seeed Studio XIAO SAMD21 开发

Seeed Studio XIAO SAMD21（原名Seeeduino XIAO）是Seeed Studio XIAO系列的首次亮相，该系列包括一系列功能强大的拇指大小开发板，兼容Arduino。它搭载了强大的ATSAMD21G18A-MU，这是一款低功耗微控制器。另一方面，这块小板在处理性能上表现出色，但功耗较低。它的尺寸非常紧凑，适合用于可穿戴设备和小型项目。

Seeed Studio XIAO SAMD21有14个引脚，其中包括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调试接口、1个I2C接口、1个SPI接口、1个UART接口、串行通信指示灯（T/R）、通过引脚复用的闪烁灯（L）。LED灯（电源、L、RX、TX）的颜色分别为绿色、黄色、蓝色和蓝色。此外，Seeed Studio XIAO SAMD21还配备了一个Type-C接口，可以供电并下载代码。板子上有两个重置按钮，您可以将它们短接来重置板子。

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文档

关于Seeed Studio XIAO SAMD21的使用，有两篇文档分别关注了不同的领域，可以参考下表:

Seeed文档	Documentation by Nanase
Pinout Digram	Interface（接口）
Seeed Studio XIAO SAMD21 Getting Started	Seeed Studio XIAO SAMD21 with MicroSD Card(SPI)
Seeed Studio XIAO SAMD21 GPIO Usage	Seeed Studio XIAO SAMD21 with GPS(UART)
Seeed Studio XIAO SAMD21 Resources	Single Cycle IOBUS

CircuitPython 在 Seeed Studio XIAO SAMD21上的运用

• 可以访问 CircuitPython on Seeed Studio XIAO SAMD21 .

特征

• 强大的中央处理器: ARM® Cortex®-M0+ 32bit 48MHz 微控制器(SAMD21G18)，带有 256KB Flash 和 32KB SRAM 。
• 兼容性强: 兼容 Arduino IDE.
• 项目易于操作: 适合面包板的设计。
• 迷你尺寸: 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 Bonding pad 接口，1 个 I2C 接口，1 个 UART 接口，1 个 SPI 接口。

规格参数

项目	Value
CPU（中央处理器）	运行频率高达 48MHz 的 ARM Cortex-M0+ CPU(SAMD21G18
闪存	256KB
SRAM（静态随机存取存储器）	32KB
数字 I/O 引脚	11
模拟 I/O 引脚	11
I2C 接口	1
SPI 接口	1
QTouch	7 (A0,A1,A6,A7,A8,A9,A10)
串口接口	1
电源下载接口	Type-C
工作电压	3.3V/5V DC
尺寸	20×17.5×3.5mm

硬件概述

note

对于普通的 I/O 引脚： MCU的工作电压为3.3V。如果将高于 3.3V 的电压输入连接到普通的 I/O 引脚，可能会导致芯片损坏。

对于电源引脚： 内置的DC-DC转换电路能够将5V电压转换成3.3V电压，因此可以通过VIN引脚和5V引脚使用5V供电来为设备供电。请注意使用，不要拆卸防护盖。

进入Bootloader模式

当用户编程过程失败时，Seeed Studio XIAO SAMD21 端口可能会消失。我们可以通过以下操作解决这个问题：

• 将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到您的计算机。
• 用镊子或短线将图中的RST管脚短接两次。
• 橙色 LED 灯亮起并闪烁。

此时，芯片进入Bootloader模式，也就是引导加载程序模式，并且烧录端口再次出现。因为SAMD21芯片有两个分区，一个是Bootloader，另一个是用户程序。产品出厂时会在系统内存中烧录引导加载程序代码。我们可以通过执行上述步骤来切换模式。

重置

如果要重置 Seeed Studio XIAO SAMD21，请执行以下步骤：

• 将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到您的电脑上。
• 使用镊子或短线将RST引脚短接一次即可
• 橙色 LED 灯亮起并闪烁。

请注意：内置LED的行为方式与Arduino上的相反。在Seeed Studio XIAO SAMD21上，该引脚必须被拉低以点亮LED；而在其他微控制器上，它必须被拉高。

中断

Seeed Studio XIAO SAMD21上的所有引脚都支持中断，但是5号引脚和7号引脚不能同时使用。有关中断的更多详细信息，请在这里查看。

引脚多路复用

我们无需自己配置引脚，在使用完引脚后，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;     // 按钮引脚的编号
const int ledPin =  13;      // LED引脚的编号

int buttonState = 0;         // 变量用于读取按钮状态

void setup() {
  // 初始化LED引脚为输出模式：
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // 初始化按钮引脚为输入模式：
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  // 读取按钮的状态：
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  // 检查按钮是否被按下。如果按下，buttonState为HIGH：
  if (buttonState == HIGH) {
    // 打开LED：
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    // 关闭LED：
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

模拟读取

• 使用引脚 6 作为模拟引脚:

void setup() {
  // 将ledPin声明为输出模式：
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 从传感器读取值：
  sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // 打开LED：
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  // 停止程序，延时<sensorValue>毫秒：
  delay(sensorValue);
  // 关闭LED：
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  // 停止程序，再延时<sensorValue>毫秒：
  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I2C的SCL引脚（SDA引脚为引脚4）：

// I2C主机写入示例
// by Nicholas Zambetti <http://www.zambetti.com>

// 演示使用Wire库
// 向I2C/TWI从设备写入数据
// 请参考“Wire Slave Receiver”示例以配合使用

// 创建于2006年3月29日

// 该示例代码属于公共领域。

#include <Wire.h>

void setup()
{
  Wire.begin(); // 加入I2C总线（对于主机来说，地址是可选的）
}

byte x = 0;

void loop()
{
  Wire.beginTransmission(4); // 向设备#4传输数据
  Wire.write("x is ");        // 发送5个字节
  Wire.write(x);              // 发送1个字节  
  Wire.endTransmission();    // 结束传输
  x++;
  delay(500);
}

SPI

• 使用8号引脚作为SPI的SCK引脚（SPI的MISO引脚为9号引脚，MOSI引脚为10号引脚）:

#include <SPI.h>
const int CS = 7;

void setup (void) {
   digitalWrite(CS, HIGH); // 禁用从设备选择
   SPI.begin ();
   SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8); // 将时钟分频为8
}

void loop (void) {
   char c;
   digitalWrite(CS, LOW); // 启用从设备选择
   // 发送测试字符串
   for (const char * p = "Hello, world!\r" ; c = *p; p++) {
      SPI.transfer (c);
   }
   digitalWrite(CS, HIGH); // 禁用从设备选择
   delay(2000);
}

QTouch

我们提供了一个示例工程关于如何使用 QTouch： 如何利用Q-Touch 功能在Seeed Studio XIAO SAMD21 上制作水果钢琴.

模拟输入和输出

尽管 SAM21 仍然具有基于脉宽调制（PWM）的“模拟输出”，但它还配备了数字模拟转换器（DAC），提供真正的模拟输出功能。该模块可在 0 到 3.3V 之间生成模拟电压。它可用于产生更自然的音频声音，或作为“数字电位器”来控制模拟设备。

DAC 仅可用于 Arduino 引脚 A0 ，并可使用 analogWrite（A0，<value>）进行控制。 DAC 可以设置为 10 位分辨率（确保在设置中调用 analogWriteResolution(10) ),这意味着 0 到 1023 之间的值将电压设置在 0 到 3.3V 之间的某个位置。

除了DAC，SAMD21的ADC通道也与ATmega328有所不同：它们支持高达12位的分辨率。这意味着模拟输入值的范围为0到4095，表示的电压范围为0到3.3V。要在12位模式下使用ADC，请确保调用analogReadResolution(12)，这样才能在12位模式下正确使用ADC。

串行绘制 DAC

下面是一个演示 DAC 和 ADC 的示例。接下来开始实验，请将 A0 连接到 A1 -- 我们将用模拟电压驱动 A0，然后使用 A1 读取它。这是我们在教程中介绍过的最简单的电路：

note

上述图片中 Seeed Studio XIAO SAMD21 正在使用 Seeed Studio XIAO SAMD21 拓展板

这个程序在引脚A0上产生一个 0 到 3.3V 范围内的正弦波输出，然后使用 A1 读取该输出并将其转换为 0 到 3.3V 之间的电压值。

您可以打开串口监视器查看电压值的流动。但是，如果正弦波很难通过文本可视化，请尝试打开 Arduino 的新串口绘图工具，方法是： Tools > Serial Plotter.

代码示例

#define DAC_PIN A0 // 使代码更具可读性

float x = 0; // 要取正弦值的变量
float increment = 0.02;  // 每次增加的x值
int frequency = 440; // 正弦波的频率

void setup() 
{
  analogWriteResolution(10); // 设置模拟输出分辨率为最大值，10位
  analogReadResolution(12); // 设置模拟输入分辨率为最大值，12位

  SerialUSB.begin(9600);
}

void loop() 
{
  // 生成一个0到1023之间的电压值。
  // 让我们将正弦波的值缩放到这些值之间：
  // 偏移量为511.5，然后将正弦值乘以511.5。
  int dacVoltage = (int)(511.5 + 511.5 * sin(x));
  x += increment; // 增加x的值

  // 生成一个0到3.3V之间的电压值。
  // 0 = 0V，1023 = 3.3V，512 = 1.65V，依此类推。
  analogWrite(DAC_PIN, dacVoltage);

  // 现在读取A1（连接到A0），并将该
  // 12位ADC值转换为0到3.3V之间的电压。
  float voltage = analogRead(A1) * 3.3 / 4096.0;
  SerialUSB.println(voltage); // 打印电压值。
  delay(1); // 延时1毫秒
}

上手指南

硬件

所需材料

• Seeed Studio XIAO SAMD21 x1
• 电脑x1
• USB typc数据线 x1

tip

有些USB数据线只能供电，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.

• Step 1. 准备一根 Seeed Studio XIAO SAMD21和一根 Type-C 数据线。

• Step 2. 将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到您的计算机，紧接着会亮起黄色的 LED 灯。

软件

note

如果这是您第一次使用 Arduino，我们建议您可以参考学习 Getting Started with Arduino

• Step 1. 安装Arduino 软件

Download Arduino IDE

**启动Arduino应用程序**

双击您之前下载的 Arduino 应用程序 (arduino.exe)。

note

如果 Arduino 软件加载的语言与您需要的不同，您可以在首选项对话框中更改。有关详细信息，请参见 Arduino Software (IDE) page 。

• Step 2. 打开 Blink 示例

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

• Step 3. 将 Seeeduino板的URL 添加到您的 Arduino IDE

点击 File > Preference, 然后再“Additional Boards Manager URLs”内添加以下网址 ：

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

请点击 Tools-> Board-> Boards Manager..., 在搜索框中输入关键词"Seeed Studio XIAO SAMD21" 出现 "Seeed SAMD Boards" 后，请进行安装。

• Step 4. 选择您的板和端口

安装好板子后，点击 工具-> 板，找到 "Seeed Studio XIAO" 并选择它。现在，您已经为Arduino IDE设置了Seeed Studio XIAO SAMD21板。

从 工具 | 串口 菜单中选择Arduino板的串口设备。它很可能是 COM3 或更高的端口（COM1 和 COM2 通常保留给硬件串口）。您可以断开Arduino板，重新打开菜单；消失的那一项应该是Arduino板。重新连接板子并选择该串口。

• Step 5.上传程序

现在，只需在环境中点击 "上传" 按钮。等待几秒钟，如果上传成功，状态栏中将出现消息 "Done uploading."。

上传完成后几秒钟，您应该会看到开发板上的 13 号引脚（L）LED 开始闪烁（呈橙色）。如果是这样，恭喜您！您已经成功运行了 Arduino。如果出现问题，请参考故障排除建议。

note

闪存的最大大小为 8KB。 有关更多信息，请参阅资源中的 ATSAMD218A-MU 数据表

其他教程

• 如何使用Seeed Studio XIAO SAMD21登录你的树莓派I

• SPI 通讯接口

• 如何使用树莓派解除砖化的Xiao开发板. 感谢 John_Doe 的分享

资源下载

• [PDF] ATSAMD218A-MU datasheet

• [PDF] Seeed Studio XIAO SAMD21 Schematic

• [ZIP] Seeed Studio XIAO SAMD21 KiCAD file

• [ZIP] Seeed Studio XIAO SAMD21 Eagle file

• [DXF] Seeed Studio XIAO SAMD21 Dimension in DXF

• [LBR] Seeed Studio XIAO SAMD21 Eagle footprint

• [ZIP] Seeed Studio XIAO SAMD21 Factory firmware

• [XLSX] Seeed Studio XIAO SAMD21 pinout sheet

• [STEP] Seeed Studio XIAO SAMD21 3D Model

• [ZIP] Seeed Studio XIAO SAMD21 Certification files

课程资料

• [电子书] Arduino小型化与TinyML应用 从入门到精通

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