86Duino Zero 硬體說明
簡介
86Duino Zero 是一款 x86 架構的開源微電腦開發板，內部採用高性能 32 位元 x86 相容的處理器 Vortex86EX，可以相容並執行 Arduino 的程式。Zero 為 86Duino 的入門款，提供與 Arduino UNO 及 Leonardo 一致的輸出入介面，並在板上內建網路、USB 2.0、SD 卡等 Arduino UNO 及 Leonardo 缺少的接口，讓使用者不需外接擴充板便可使用這些功能。此外，Zero 亦提供數十倍於 Arduino 的執行速度，可滿足更高計算量需求的應用場合。
相容 Arduino 使得 86Duino Zero 的學習門檻低，即便沒有電子電機相關科系背景，只要具備基本電腦操作能力，就能容易學會使用，適合讓使用 Arduino、微電腦及嵌入式系統的初學者、設計師、藝術家、業餘愛好者、任何有興趣的人，打造自己專屬的電子互動藝術裝置。
硬體規格
- CPU 處理器：x86 架構 32 位元處理器 Vortex86EX，主要時脈為 300MHz（可用 SysImage 工具軟體超頻至最高 500MHz）
- RAM 記憶體：128MB/1GB 工規 DDR3 SDRAM
- Flash 記憶體：內建 8MB，出廠已安裝 BIOS 及 86Duino 韌體系統
- 1 個 10M/100Mbps 乙太網路接口
- 1 個 USB Host 接口
- 1 個 MicroSD 卡插槽
- 1 個電源輸入 USB Device 接口（5V 輸入，Type B micro-USB 母座，同時也是燒錄程式接口）
- 1 個 7V-12V 外部電源輸入接口
- 17 根數位輸出/輸入接腳（GPIO）
- 1 個 TTL 序列接口（UART）
- 1 組 Encoder 接口
- 6 根 A/D 輸入接腳
- 7 根 PWM 輸出接腳
- 1 個 SPI 接口
- 1 個 I2C 接口
- 2 根 5V 電壓輸出接腳，2 根 3.3V 電壓輸出腳
- 長：76.98mm，寬：53.34mm
- 重量：41g
I/O 接口布局
尺寸圖
86Duino Zero 大小基本與 Arduino Leonardo 相同，如下圖所示：（完整尺寸圖下載）
此外由下圖亦可看出 Zero 的固定孔位置（紅圈處）亦與 Arduino Leonardo 相同。
接口布局
86Duino Zero 的 Pin-Out Diagram 如下（點擊放大）：
透過 Pin-Out Diagram 可以看到 Zero 的接腳（下圖紅框處）與 Arduino Leonardo 是相容的，因此 Zero 可以堆疊 Arduino Uno 及 Leonardo 使用的擴展板（例如 Arduino WiFi Shield）。
I/O 接口功能簡介
一、電源系統
86Duino Zero 有兩個電源輸入接口，一個為外部電源輸入接口，為黑色電源插座（Power Jack），見左下圖紅圈處的圓形插孔；可輸入電壓的範圍是 7V ~ 12V，新版則是 6V ~ 24V。
另一個電源輸入接口為燒錄程式用的 micro-USB 接頭（見左下圖紅圈處），輸入電壓必須為 5V。
使用者可透過上面任一接口為 Zero 供電。當您透過外部電源供電時，電源會被輸入到板上內建的穩壓晶片，產生穩定的 5V 電壓來供應板上所有零件的正常運作，如下圖所示：
新版 86Duino Zero 電源電路如下 :
當您透過 micro-USB 接頭供電時，由 USB 主機輸入的 5V 電壓會直接以 by-pass 方式被用來為板上零件供電。外部電源接頭與 micro-USB 接頭可以同時有電源輸入，此時 Zero 會透過內建的自動選擇電路（如下圖）自動選擇穩定的電壓供應來源。
經由外部電源插座的電源連接方式
使用黑色電源插座供電時，您需準備一個輸出在 7V ~ 12V 之間（新版為 6V ~ 24V）的家用電源變壓器，電源接頭為 2.1mm 公頭。將電源變壓器插上黑色電源插座，即完成電源的連接，如下圖所示：
建議您應該選擇至少可輸出 0.5A 電流的電源變壓器。
經由 micro-USB 接頭的電源連接方式
可透過板上 micro-USB 接頭取用 USB 主機孔或 USB 充電器的 5V 電壓為 Zero 供電。為避免不當操作造成 USB 主機孔損害，此接頭內建了 1 安培保險絲做為保護：
使用者只要準備一條 micro-USB 轉 Type A USB 的轉接線（例如：智慧型手機的傳輸線；86Duino Zero 配線包內含此線），便可利用其將 Zero 連接至 PC 或筆電的 USB 孔來供電，如下所示：
除了使用電腦的 USB 插座供電外，也可以使用 USB 電源供應器（如智慧型手機充電器）來供電，如下所示：
請注意，當 86Duino Zero 沒有外接任何裝置（如 USB 鍵盤滑鼠）時，至少需要 370mA 的電流才能正常運作；一般 PC 或筆電的 USB 2.0 接口可提供最高 500mA 的電流，足以供應 Zero 運作，但如果 Zero 接上外部裝置（包含 USB 裝置及接到 5V 及 3.3V 輸出的實驗電路），由於外部裝置會消耗額外電流，使得整體消耗電流可能超出 500mA，這時用 PC 的 USB 2.0 接口供電便顯得不適當，可以考慮改由能提供 900mA 的 USB 3.0 接口或可提供更高電流的 USB 電源供應器來為 Zero 供電。
註：有些老舊或設計不佳的 PC 及筆電在 USB 接口上設計不太嚴謹，能提供的電流低於 USB 2.0 規範的 500mA，用這樣的 PC 為 86Duino One 供電可能使其運作不正常（如無法開機或無法燒錄程式），此時應換到另一台電腦再重新嘗試。
電源指示燈
當 86Duino Zero 正確地連接電源後，電源指示燈“ON”會亮起，如下圖：
電源輸出接口
86Duino Zero 板上配置有許多根電壓輸出接腳，可分為三類：3.3V、5V 和 VIN，如下圖：
3.3V、5V 輸出接腳可做為電子實驗電路的電壓源，其中 3.3V 接腳最高輸出電流為 400mA，5V 接腳最高輸出電流為 600mA。VIN 輸出和黑色電源插座的外部電源輸入是共用的，換句話說，兩者在電路上是連接在一起的；VIN 接腳主要用於供給外部裝置較高電壓或較大電流的電源。
請注意，若您的實驗電路需要消耗超過 600mA 的較大電流（例如直流馬達驅動電路），應該使用 VIN 輸出接腳為其供電，避免使用 5V 和 3.3V 輸出接腳供電。此外，由於 VIN 輸出電壓高於 5V，使用上應避免將 VIN 與其它 I/O 接腳短路，否則將導致 I/O 接腳燒毀。
二、Micro SD卡插槽
86Duino Zero 支援最大 32GB SDHC 的 Micro SD 卡，不支援 SDXC。
請注意，如果您打算在 Micro SD 卡中安裝 Windows 或者 Linux 作業系統， Micro SD 卡本身的存取速度將直接影響作業系統的開機時間與執行速度，建議使用 Class 10 的 Micro SD 卡較為合適。
我們另外提供了 SysImage 工具程式，讓您在 Micro SD 卡上建立可開機的 86Duino 韌體系統。讓 86Duino 韌體系統在 Micro SD 卡上執行，可帶來一些好處，請參考更進一步的說明。
開機順序
Zero 開機時，BIOS 會到三個地方去尋找可開機磁碟：內建的 Flash 記憶體、Micro SD 卡、USB 隨身碟。搜尋順序是 Micro SD 卡優先，然後是 USB 隨身碟，最後才是 Flash。內建的 Flash 記憶體在出廠時，已經預設安裝了 86Duino 韌體系統，如果使用者在 Zero 上沒有插上可開機的 SD 卡或 USB 隨身碟，預設就會從 Flash 開機。
註：請注意，當您插上具有開機磁區的 Micro SD 卡或 USB 隨身碟，請確保該 Micro SD 卡或 USB 隨身碟上已安裝 86Duino 韌體系統或其它作業系統（例如 Windows 或 Linux），否則 Zero 將因找不到作業系統而開機失敗。
Micro SD 卡插入方向
Micro SD 插槽位於 Zero 背面，請按下面圖片方式插入 Micro SD 卡即可：
您可能注意到 Zero 的 MicroSD 插槽位置比 Arduino SD 卡擴展板及一般嵌入式系統開發板的插槽更深入板內，這是刻意的設計，目的是讓 MicroSD 卡插入後完全不突出板邊（見下圖）。當 Zero 用在會進行激烈動作的裝置上（例如：相撲機器人），這種設計可避免因為意外撞擊板邊而發生 MicroSD 卡掉落的慘劇。
三、GPIO 接腳（數位輸出/輸入接腳）
86Duino Zero 提供 17 根 GPIO 接腳，如下圖所示。在 86Duino Coding 開發環境內，您可以呼叫 digitalWrite 函式在這些腳位上輸出 HIGH 或 LOW，或呼叫 digitalRead 函式來讀取腳位上的輸入狀態。
每根 GPIO 都有輸入和輸出方向，您可以呼叫 pinMode 函式來設定方向。當 GPIO 設定為輸出方向時，輸出 HIGH 為 3.3V，LOW 為 0V，每根接腳電流輸出最高為 16mA。當 GPIO 為輸入方向時，輸入電壓可為 0 ~ 5V。
86Duino Zero 和 Arduino 類似，部分 GPIO 接腳具有另一種功能，例如：在腳位編號前帶有 ~ 符號，代表它可以輸出 PWM 信號；帶有 RX 或 TX 字樣，代表它可以輸出 UART 串列信號；帶有 EA、EB 、EZ 字樣，代表可以輸入 Encoder 信號。我們各取一組腳位來說明不同功能的符號標示，如下圖所示：
有關 GPIO 的更多說明，可參考基礎硬體觀念。
四、LED 指示燈
LED 是開發中最常用的狀態指示設備，在 86Duino Zero 板上共有四個指示燈：(1) 電源指示燈（POWER LED），在板上標記為 ON，插上電源時會亮起（綠燈）；(2) TX LED 燈，當 Zero 透過 USB Device 接口送出資料給 PC 時，此指示燈會閃爍；(3) RX LED 燈，當 Zero 透過 USB Device 接口從 PC 接收資料時，此指示燈會閃爍；(4) 板上標記為 L 的 LED 燈，可透過 Pin 13 （標記為 13 的 GPIO 接腳）控制其亮滅。
Pin 13 與 L 指示燈的連接電路如下圖所示。當 Pin 13 輸出 HIGH 時，L 指示燈會亮起（橘燈）；輸出 LOW 時，L 指示燈會熄滅。
五、RESET
86Duino Zero 在板子左上角提供一個 RESET 按鈕，在左下方提供一根 RESET 接腳，如下圖所示。
RESET 接腳，內部連接到 CPU 模組上的重置晶片，在 RESET 接腳上製造一個低電壓脈衝可讓 Zero 重新開機，RESET 接腳電路如下所示：
RESET 按鈕內部與 RESET 接腳相連接，按下 RESET 按鈕同樣可使 Zero 重新開機：
六、A/D 接腳（類比輸入接腳）
86Duino Zero 提供 6 個類比輸入，為 AD0 ~ AD5，位置如下圖所示：
每一個通道都具有最高 11 bits 的解析度，您可以在 86Duino Coding 開發環境下呼叫 analogRead 函式來讀取任一通道的電壓值。為了與 Arduino 相容，由 analogRead 函式讀取的 A/D 值解析度預設是 10 bits，您可以透過 analogReadResolution 函式將解析度調整至最高 11 bits。
請注意，每一個 A/D 通道能輸入的電壓範圍為 0V ~ 3.3V，使用上應嚴格限制輸入電壓低於 3.3V，若任一 A/D 通道輸入超過 3.3V，將使所有通道讀到的數值同時發生異常，更嚴重者甚至將燒毀 A/D 接腳。此外，應注意 Zero 的 A/D 接腳不能像 Arduino Leonardo 一樣切換成數位輸出入接腳。
接線範例
這個範例中，我們使用 86Duino Zero 偵測 AAA 電池電壓。將電池正極接到 AD0 ~ AD5 其中一個，電池負極接到 GND，即可呼叫 analogRead 函式讀取電池電壓。接線如下所示：
有關 A/D 的更多說明，可參考基礎硬體觀念。
七、I2C 接口
86Duino Zero 提供一組 I2C，為 SDA 和 SCL。配置如下圖：
您可以在 86Duino Coding 開發環境裡使用 Wire 函式庫來操作 I2C 接口。Zero 支援 I2C 規範的 standard mode（最高 100Kbps）、fast mode（最高 400Kbps）、high-speed mode（最高 3.3Mbps）三種速度模式與外部設備通訊。根據 I2C 規範，與外部設備連接時，需要在 SCL 和 SDA 腳位加上提升電阻（參考 Wiki 百科上的說明）。提升電阻的阻值與 I2C 速度模式有關，對於 Zero，在 100Kbps 和 400Kbps 的速度模式下，我們建議加上 4.7k 歐姆的提升電阻；在 3.3Mbps 速度模式下，建議加上 1K 歐姆的提升電阻。
接線範例
我們以 RoBoard Module RM-G146 9 軸慣性感測器為例，示範如何將它和 86Duino Zero 的 I2C 接口連接起來。下圖顯示 RM-G146 的腳位配置：
因 RM-G146 已在 I2C 通道上內建提升電阻，我們不需額外加上提升電阻，只需將 Zero 的 5V 輸出接腳接到 RM-G146 的 5V 輸入，GND 互相對接，I2C 通道也互相對接，便可正確使 Zero 與 RM-G146 透過 I2C 互相通訊。接線如下圖所示：
八、PWM 接口
86Duino Zero 提供 7 個 PWM 輸出通道（與 GPIO 共用腳位），分別為 3、5、6、9、10、11、13 ，位置如下圖：
您可以在 86Duino Coding 開發環境裡呼叫 analogWrite 函式來讓這些接腳輸出 PWM 信號。Zero 的 PWM 通道允許最高 25MHz 或 32-bit 解析度輸出信號，但為了與 Arduino 相容，預設輸出頻率為 1KHz，預設解析度為 8 bits。
analogWrite 函式輸出的 PWM 頻率固定為 1KHz 無法調整，不過，您可呼叫 analogWriteResolution 函式來提高其輸出的 PWM 信號解析度至 13 bits。若您需要在 PWM 接腳上輸出其它頻率，可改用 TimerOne 函式庫來輸出 PWM 信號，最高輸出頻率為 1MHz。
有關 PWM 的更多說明，可參考基礎硬體觀念。
九、TTL 串列埠（UART TTL）
86Duino Zero提供 1 組 UART TTL，為 TX1 (1) / RX1 (0)，其通訊速度（鮑率）最高可達 6Mbps。您可以使用 Serial1 函式庫來接收和傳送資料。UART TTL 接口的位置如下圖：
請注意，此組 UART 信號屬於 LVTTL 電壓準位（0 ~ 3.3V），請勿將 12V 電壓準位的 RS232 接口信號直接接到此 UART TTL 接口，以免將其燒毀。
值得一提的是，Zero 的 UART TTL 具有全雙工與半雙工兩種工作模式。當工作於半雙工模式時，可與要求半雙工通訊的機器人專用 AI 伺服機直接連接，不像 Arduino 與 Raspberry Pi 需額外再加全雙工轉半雙工的介面電路。UART TTL 的半雙工模式可在 86Duino sketch 程式中以 Serial1 函式庫提供的 begin 函式切換。
接線範例
本範例示範如何連接 Zero 與 Robotis 公司出品的 Dymanixel AX-12+ 機器人伺服機。下圖為 AX-12+ 外觀及其腳位標示：
AX-12+ 採用半雙工 UART TTL 對外通訊，因此 Zero 的 UART 應以半雙工模式與之相連。在半雙工模式下，UART 的 TX 接腳用來接收與傳送串列資料，RX 則保留不使用，因此這裡我們直接將 AX-12+ 的 DATA 接腳與 Zero 的 Pin 1 (TX1) 對接，VIN 對接，GND 也對接，如下圖所示：
連接完畢後，便可在 86Duino sketch 程式中使用 Serial1 與 AX-12+ 通訊。注意，Zero 與 AX-12+ 的鮑率需設定為相同，通訊才會正常；另外，VIN 需提供伺服機正確工作電壓（7V ~ 10V），AX-12+ 才會轉動。
十、SPI 接口
86Duino Zero 提供一組 SPI 接口，位置與 Arduino Leonardo 相容，並額外增加了 SPI 通訊協定的 CS 接腳信號，如下所示：
您可以在 86Duino Coding 開發環境裡使用 SPI 函式庫來操作 SPI 接口。
十一、LAN 網路接口
86Duino Zero 背面提供一個 LAN 接口，支援 10/100Mbps 傳輸速度，您可以使用 Ethernet 函式庫來接收和傳送資料。LAN 接口的位置及腳位定義如下所示：
LAN 接口是 1.25mm 的 4P 接頭，因此您需要製作一條 RJ45 接頭的轉接線（86Duino Zero 配線包內含此線）來連接網路線。不將 RJ45 母座焊死在板上，是為了方便互動裝置設計師將 RJ45 母座安置到其它容易插拔網路線的地方，而不用遷就控制板本身的安裝位置。
接線範例
下圖以 86Duino Zero 配線包內附的轉接線為例，示範網路線的連接：
十二、USB 2.0 接口
86Duino Zero 有一個 USB 2.0 Host 接口，可外接 USB 裝置（如 USB 鍵盤及滑鼠）。在 86Duino Coding 開發環境下，可使用 USB Host 函式庫來存取 USB 鍵盤、滑鼠。當您在 Zero 上安裝 Windows 或 Linux 作業系統時，USB 接口亦可接上 USB 無線網卡及 USB 攝影機，來擴充無線網路與視訊影像功能。USB 接口位置及腳位定義如下：
USB 接口是 1.25mm 的 5P 接頭，因此您需要製作一條 USB 接頭母座的轉接線（86Duino Zero 配線包內含一條 USB Type A 母座轉接線）來連接 USB 裝置。不將 USB 母座焊死在板上，同樣是為了方便互動裝置設計師將 USB 母座安置到其它容易插拔 USB 裝置的地方，而不用遷就控制板本身的安裝位置。
接線範例
下圖以 86Duino Zero 配線包內附的轉接線為例，示範連接 USB 滑鼠：
若您需要連接兩個以上的 USB 裝置，可以使用 USB Hub 擴充更多 USB 插槽，下圖示範利用 USB Hub 同時連接 USB 鍵盤及滑鼠：
十三、Encoder 接口
86Duino Zero 提供 1 組 Encoder 接口，具有三根接腳，分別標為 A、B、Z ，如下所示：
Encoder 接口可用於讀取光學增量編碼器及 SSI 絕對編碼器信號，在 86Duino Coding 開發環境下，您可以使用 Encoder 函式庫來讀取其數值。Encoder 接口可允許的最高輸入信號頻率是 25MHz。
接線範例
我們以 AM4096 旋轉編碼器 IC 為例，示範如何將它和 86Duino Zero 的 Encoder 接口連接起來。下圖顯示 AM4096 的腳位配置：
上圖的輸出接腳中，有一組為增量編碼器信號輸出，即 A/B Phase，接腳標示為 A、B 、Ri。我們只要將 AM4096 的 A、B 、Ri 個別連接到 42、43、44，然後再將 AM4096 的電源 Vdd 接到 3.3V，AM4096 的 GND 接到 Zero 的 GND，如此便可正確使 Zero 與 AM4096 透過 Encoder 接口互相通訊。連接圖如下所示：
十四、CMOS 電池
大部份 x86 電腦擁有一塊 CMOS 記憶體用以保存 BIOS 設定及實時時鐘（RTC）記錄的時間日期。CMOS 記憶體具有斷電後消除記憶的特點，因此 x86 電腦主機板通常會安置一顆外接電池來維持 CMOS 記憶體的存儲內容。
86Duino Zero 做為 x86 架構開發板，同樣具備上述的 CMOS 記憶體及電池，如下圖紅圈處所示：
不過，Zero 的 CMOS 記憶體只用來記錄實時時鐘時間及 EEPROM 函式庫的 CMOS bank 資料，並不儲存 BIOS 設定；因此，CMOS 電池故障並不影響 Zero 的 BIOS 正常開機運行，但會造成 EEPROM 函式庫儲存在 CMOS bank 的資料散失，並使 Time86 函式庫讀到的實時時鐘時間重置。為確保 EEPROM 及 Time86 函式庫的正常運作，平時請勿隨意短路或移除板上的 CMOS 電池。
十五、PCI-E Target 接口
您可能會注意到 86Duino Zero 板末突出一段像是 PCI-E 介面卡的金手指接頭，如下圖紅框處。這個 PCI-E 金手指平常只是裝飾和造型（無誤），據說 Zero 的設計者認為加上這一段小尾巴讓板子看起來比較可愛……
這個接頭事實上是設計給進階黑客（hackers）玩的，要啟動它的功能，必須對 Zero 進行 hardware hacking 才行 ── 這要求對 Vortex86EX 有充份的認識，以及對 PCI-E 介面有深入的瞭解。可以說，啟動 PCI-E 金手指功能，是 Zero 設計者留給 86Duino 愛好者的一個自我成長挑戰。
由於 PCI-E 金手指平常並無作用，除非您能成功啟動其功能，否則請勿隨意將 Zero 插到一般電腦主機板的 PCI-E 插槽上：
附錄一：86Duino Zero 腳位名稱與 Vortex86EX GPIO Ports 的對應關係
附錄二：86Duino Zero 配線包內容
86Duino Zero 配線包內含如下圖所示線材，由左至右分別為 micro-USB 電源線（程式燒錄線）、USB Host 接口線、RJ45 乙太網路接口線。
附錄三：86Duino Zero 硬體原始碼
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