86Duino Zero 硬件说明
简介
86Duino Zero 是一款 x86 架构的开源微电脑开发板，内部采用高性能 32 位元 x86 相容的处理器 Vortex86EX，可以相容并执行 Arduino 的程式。Zero 为 86Duino 的入门款，提供与 Arduino UNO 及 Leonardo 一致的输出入介面，并在板上内建网路、USB 2.0、SD 卡等 Arduino UNO 及 Leonardo 缺少的接口，让使用者不需外接扩充板便可使用这些功能。此外，Zero 亦提供数十倍于 Arduino 的执行速度，可满足更高计算量需求的应用场合。
相容 Arduino 使得 86Duino Zero 的学习门槛低，即便没有电子电机相关科系背景，只要具备基本电脑操作能力，就能容易学会使用，适合让使用 Arduino、微电脑及嵌入式系统的初学者、设计师、艺术家、业余爱好者、任何有兴趣的人，打造自己专属的电子互动艺术装置。
硬体规格
- CPU 处理器：x86 架构 32 位元处理器 Vortex86EX，主要时脉为 300MHz（可用 SysImage 工具软体超频至最高 500MHz）
- RAM 记忆体：128MB/1GB 工规 DDR3 SDRAM
- Flash 记忆体：内建 8MB，出厂已安装 BIOS 及 86Duino 韧体系统
- 1 个 10M/100Mbps 乙太网路接口
- 1 个 USB Host 接口
- 1 个 MicroSD 卡插槽
- 1 个电源输入 USB Device 接口（5V 输入，Type B micro-USB 母座，同时也是烧录程式接口）
- 1 个 7V-12V 外部电源输入接口
- 17 根数位输出/输入接脚（GPIO）
- 1 个 TTL 序列接口（UART）
- 1 组 Encoder 接口
- 6 根 A/D 输入接脚
- 7 根 PWM 输出接脚
- 1 个 SPI 接口
- 1 个 I2C 接口
- 2 根 5V 电压输出接脚，2 根 3.3V 电压输出脚
- 长：76.98mm，宽：53.34mm
- 重量：41g
I/O 接口布局
尺寸图
86Duino Zero 大小基本与 Arduino Leonardo 相同，如下图所示：（完整尺寸图下载）
此外由下图亦可看出 Zero 的固定孔位置（红圈处）亦与 Arduino Leonardo 相同。
接口布局
86Duino Zero 的 Pin-Out Diagram 如下（点击放大）：
透过 Pin-Out Diagram 可以看到 Zero 的接脚（下图红框处）与 Arduino Leonardo 是相容的，因此 Zero 可以堆叠 Arduino Uno 及 Leonardo 使用的扩展板（例如 Arduino WiFi Shield）。
I/O 接口功能简介
一、电源系统
86Duino Zero 有两个电源输入接口，一个为外部电源输入接口，为黑色电源插座（Power Jack），见左下图红圈处的圆形插孔；可输入电压的范围是 7V ~ 12V。
另一个电源输入接口为烧录程式用的 micro-USB 接头（见左下图红圈处），输入电压必须为 5V。
使用者可透过上面任一接口为 Zero 供电。当您透过外部电源供电时，电源会被输入到板上内建的稳压晶片，产生稳定的 5V 电压来供应板上所有零件的正常运作，如下图所示：
当您透过 micro-USB 接头供电时，由 USB 主机输入的 5V 电压会直接以 by-pass 方式被用来为板上零件供电。外部电源接头与 micro-USB 接头可以同时有电源输入，此时 Zero 会透过内建的自动选择电路（如下图）自动选择稳定的电压供应来源。
经由外部电源插座的电源连接方式
使用黑色电源插座供电时，您需准备一个输出在 7V ~ 12V 之间的家用电源变压器，电源接头为 2.1mm 公头。将电源变压器插上黑色电源插座，即完成电源的连接，如下图所示：
建议您应该选择至少可输出 0.5A 电流的电源变压器。
经由 micro-USB 接头的电源连接方式
可透过板上 micro-USB 接头取用 USB 主机孔或 USB 充电器的 5V 电压为 Zero 供电。为避免不当操作造成 USB 主机孔损害，此接头内建了 1 安培保险丝做为保护：
使用者只要准备一条 micro-USB 转 Type A USB 的转接线（例如：智慧型手机的传输线；86Duino Zero 配线包内含此线），便可利用其将 Zero 连接至 PC 或笔电的 USB 孔来供电，如下所示：
除了使用电脑的 USB 插座供电外，也可以使用 USB 电源供应器（如智慧型手机充电器）来供电，如下所示：
请注意，当 86Duino Zero 没有外接任何装置（如 USB 键盘滑鼠）时，至少需要 370mA 的电流才能正常运作；一般 PC 或笔电的 USB 2.0 接口可提供最高 500mA 的电流，足以供应 Zero 运作，但如果 Zero 接上外部装置（包含 USB 装置及接到 5V 及 3.3V 输出的实验电路），由于外部装置会消耗额外电流，使得整体消耗电流可能超出 500mA，这时用 PC 的 USB 2.0 接口供电便显得不适当，可以考虑改由能提供 900mA 的 USB 3.0 接口或可提供更高电流的 USB 电源供应器来为 Zero 供电。
注：有些老旧或设计不佳的 PC 及笔电在 USB 接口上设计不太严谨，能提供的电流低于 USB 2.0 规范的 500mA，用这样的 PC 为 86Duino One 供电可能使其运作不正常（如无法开机或无法烧录程式），此时应换到另一台电脑再重新尝试。
电源指示灯
当 86Duino Zero 正确地连接电源后，电源指示灯“ON”会亮起，如下图：
电源输出接口
86Duino Zero 板上配置有许多根电压输出接脚，可分为三类：3.3V、5V 和 VIN，如下图：
3.3V、5V 输出接脚可做为电子实验电路的电压源，其中 3.3V 接脚最高输出电流为 400mA，5V 接脚最高输出电流为 600mA。VIN 输出和黑色电源插座的外部电源输入是共用的，换句话说，两者在电路上是连接在一起的；VIN 接脚主要用于供给外部装置较高电压或较大电流的电源。
请注意，若您的实验电路需要消耗超过 600mA 的较大电流（例如直流马达驱动电路），应该使用 VIN 输出接脚为其供电，避免使用 5V 和 3.3V 输出接脚供电。此外，由于 VIN 输出电压高于 5V，使用上应避免将 VIN 与其它 I/O 接脚短路，否则将导致 I/O 接脚烧毁。
二、Micro SD卡插槽
86Duino Zero 支援最大 32GB SDHC 的 Micro SD 卡，不支援 SDXC。
请注意，如果您打算在 Micro SD 卡中安装 Windows 或者 Linux 作业系统， Micro SD 卡本身的存取速度将直接影响作业系统的开机时间与执行速度，建议使用 Class 10 的 Micro SD 卡较为合适。
我们另外提供了 SysImage 工具程式，让您在 Micro SD 卡上建立可开机的 86Duino 韧体系统。让 86Duino 韧体系统在 Micro SD 卡上执行，可带来一些好处，请参考更进一步的说明。
开机顺序
Zero 开机时，BIOS 会到三个地方去寻找可开机磁碟：内建的 Flash 记忆体、Micro SD 卡、USB 随身碟。搜寻顺序是 Micro SD 卡优先，然后是 USB 随身碟，最后才是 Flash。内建的 Flash 记忆体在出厂时，已经预设安装了 86Duino 韧体系统，如果使用者在 Zero 上没有插上可开机的 SD 卡或 USB 随身碟，预设就会从 Flash 开机。
注：请注意，当您插上具有开机磁区的 Micro SD 卡或 USB 随身碟，请确保该 Micro SD 卡或 USB 随身碟上已安装 86Duino 韧体系统或其它作业系统（例如 Windows 或 Linux），否则 Zero 将因找不到作业系统而开机失败。
Micro SD 卡插入方向
Micro SD 插槽位于 Zero 背面，请按下面图片方式插入 Micro SD 卡即可：
您可能注意到 Zero 的 MicroSD 插槽位置比 Arduino SD 卡扩展板及一般嵌入式系统开发板的插槽更深入板内，这是刻意的设计，目的是让 MicroSD 卡插入后完全不突出板边（见下图）。当 Zero 用在会进行激烈动作的装置上（例如：相扑机器人），这种设计可避免因为意外撞击板边而发生 MicroSD 卡掉落的惨剧。
三、GPIO 接脚（数位输出/输入接脚）
86Duino Zero 提供 17 根 GPIO 接脚，如下图所示。在 86Duino Coding 开发环境内，您可以呼叫 digitalWrite 函式在这些脚位上输出 HIGH 或 LOW，或呼叫 digitalRead 函式来读取脚位上的输入状态。
每根 GPIO 都有输入和输出方向，您可以呼叫 pinMode 函式来设定方向。当 GPIO 设定为输出方向时，输出 HIGH 为 3.3V，LOW 为 0V，每根接脚电流输出最高为 16mA。当 GPIO 为输入方向时，输入电压可为 0 ~ 5V。
86Duino Zero 和 Arduino 类似，部分 GPIO 接脚具有另一种功能，例如：在脚位编号前带有 ~ 符号，代表它可以输出 PWM 信号；带有 RX 或 TX 字样，代表它可以输出 UART 串列信号；带有 EA、EB 、EZ 字样，代表可以输入 Encoder 信号。我们各取一组脚位来说明不同功能的符号标示，如下图所示：
有关 GPIO 的更多说明，可参考基础硬体观念。
四、LED 指示灯
LED 是开发中最常用的状态指示设备，在 86Duino Zero 板上共有四个指示灯：(1) 电源指示灯（POWER LED），在板上标记为 ON，插上电源时会亮起（绿灯）；(2) TX LED 灯，当 Zero 透过 USB Device 接口送出资料给 PC 时，此指示灯会闪烁；(3) RX LED 灯，当 Zero 透过 USB Device 接口从 PC 接收资料时，此指示灯会闪烁；(4) 板上标记为 L 的 LED 灯，可透过 Pin 13 （标记为 13 的 GPIO 接脚）控制其亮灭。
Pin 13 与 L 指示灯的连接电路如下图所示。当 Pin 13 输出 HIGH 时，L 指示灯会亮起（橘灯）；输出 LOW 时，L 指示灯会熄灭。
五、RESET
86Duino Zero 在板子左上角提供一个 RESET 按钮，在左下方提供一根 RESET 接脚，如下图所示。
RESET 接脚，内部连接到 CPU 模组上的重置晶片，在 RESET 接脚上制造一个低电压脉冲可让 Zero 重新开机，RESET 接脚电路如下所示：
RESET 按钮内部与 RESET 接脚相连接，按下 RESET 按钮同样可使 Zero 重新开机：
六、A/D 接脚（类比输入接脚）
86Duino Zero 提供 6 个类比输入，为 AD0 ~ AD5，位置如下图所示：
每一个通道都具有最高 11 bits 的解析度，您可以在 86Duino Coding 开发环境下呼叫 analogRead 函式来读取任一通道的电压值。为了与 Arduino 相容，由 analogRead 函式读取的 A/D 值解析度预设是 10 bits，您可以透过 analogReadResolution 函式将解析度调整至最高 11 bits。
请注意，每一个 A/D 通道能输入的电压范围为 0V ~ 3.3V，使用上应严格限制输入电压低于 3.3V，若任一 A/D 通道输入超过 3.3V，将使所有通道读到的数值同时发生异常，更严重者甚至将烧毁 A/D 接脚。此外，应注意 Zero 的 A/D 接脚不能像 Arduino Leonardo 一样切换成数位输出入接脚。
接线范例
这个范例中，我们使用 86Duino Zero 侦测 AAA 电池电压。将电池正极接到 AD0 ~ AD5 其中一个，电池负极接到 GND，即可呼叫 analogRead 函式读取电池电压。接线如下所示：
有关 A/D 的更多说明，可参考基础硬体观念。
七、I2C 接口
86Duino Zero 提供一组 I2C，为 SDA 和 SCL。配置如下图：
您可以在 86Duino Coding 开发环境里使用 Wire 函式库来操作 I2C 接口。Zero 支援 I2C 规范的 standard mode（最高 100Kbps）、fast mode（最高 400Kbps）、high-speed mode（最高 3.3Mbps）三种速度模式与外部设备通讯。根据 I2C 规范，与外部设备连接时，需要在 SCL 和 SDA 脚位加上提升电阻（参考 Wiki 百科上的说明）。提升电阻的阻值与 I2C 速度模式有关，对于 Zero，在 100Kbps 和 400Kbps 的速度模式下，我们建议加上 4.7k 欧姆的提升电阻；在 3.3Mbps 速度模式下，建议加上 1K 欧姆的提升电阻。
接线范例
我们以 RoBoard Module RM-G146 9 轴惯性感测器为例，示范如何将它和 86Duino Zero 的 I2C 接口连接起来。下图显示 RM-G146 的脚位配置：
因 RM-G146 已在 I2C 通道上内建提升电阻，我们不需额外加上提升电阻，只需将 Zero 的 5V 输出接脚接到 RM-G146 的 5V 输入，GND 互相对接，I2C 通道也互相对接，便可正确使 Zero 与 RM-G146 透过 I2C 互相通讯。接线如下图所示：
八、PWM 接口
86Duino Zero 提供 7 个 PWM 输出通道（与 GPIO 共用脚位），分别为 3、5、6、9、10、11、13 ，位置如下图：
您可以在 86Duino Coding 开发环境里呼叫 analogWrite 函式来让这些接脚输出 PWM 信号。Zero 的 PWM 通道允许最高 25MHz 或 32-bit 解析度输出信号，但为了与 Arduino 相容，预设输出频率为 1KHz，预设解析度为 8 bits。
analogWrite 函式输出的 PWM 频率固定为 1KHz 无法调整，不过，您可呼叫 analogWriteResolution 函式来提高其输出的 PWM 信号解析度至 13 bits。若您需要在 PWM 接脚上输出其它频率，可改用 TimerOne 函式库来输出 PWM 信号，最高输出频率为 1MHz。
有关 PWM 的更多说明，可参考基础硬体观念。
九、TTL 串列埠（UART TTL）
86Duino Zero提供 1 组 UART TTL，为 TX1 (1) / RX1 (0)，其通讯速度（鲍率）最高可达 6Mbps。您可以使用 Serial1 函式库来接收和传送资料。UART TTL 接口的位置如下图：
请注意，此组 UART 信号属于 LVTTL 电压准位（0 ~ 3.3V），请勿将 12V 电压准位的 RS232 接口信号直接接到此 UART TTL 接口，以免将其烧毁。
值得一提的是，Zero 的 UART TTL 具有全双工与半双工两种工作模式。当工作于半双工模式时，可与要求半双工通讯的机器人专用 AI 伺服机直接连接，不像 Arduino 与 Raspberry Pi 需额外再加全双工转半双工的介面电路。UART TTL 的半双工模式可在 86Duino sketch 程式中以 Serial1 函式库提供的 begin 函式切换。
接线范例
本范例示范如何连接 Zero 与 Robotis 公司出品的 Dymanixel AX-12+ 机器人伺服机。下图为 AX-12+ 外观及其脚位标示：
AX-12+ 采用半双工 UART TTL 对外通讯，因此 Zero 的 UART 应以半双工模式与之相连。在半双工模式下，UART 的 TX 接脚用来接收与传送串列资料，RX 则保留不使用，因此这里我们直接将 AX-12+ 的 DATA 接脚与 Zero 的 Pin 1 (TX1) 对接，VIN 对接，GND 也对接，如下图所示：
连接完毕后，便可在 86Duino sketch 程式中使用 Serial1 与 AX-12+ 通讯。注意，Zero 与 AX-12+ 的鲍率需设定为相同，通讯才会正常；另外，VIN 需提供伺服机正确工作电压（7V ~ 10V），AX-12+ 才会转动。
十、SPI 接口
86Duino Zero 提供一组 SPI 接口，位置与 Arduino Leonardo 相容，并额外增加了 SPI 通讯协定的 CS 接脚信号，如下所示：
您可以在 86Duino Coding 开发环境里使用 SPI 函式库来操作 SPI 接口。
十一、LAN 网路接口
86Duino Zero 背面提供一个 LAN 接口，支援 10/100Mbps 传输速度，您可以使用 Ethernet 函式库来接收和传送资料。LAN 接口的位置及脚位定义如下所示：
LAN 接口是 1.25mm 的 4P 接头，因此您需要制作一条 RJ45 接头的转接线（86Duino Zero 配线包内含此线）来连接网路线。不将 RJ45 母座焊死在板上，是为了方便互动装置设计师将 RJ45 母座安置到其它容易插拔网路线的地方，而不用迁就控制板本身的安装位置。
接线范例
下图以 86Duino Zero 配线包内附的转接线为例，示范网路线的连接：
十二、USB 2.0 接口
86Duino Zero 有一个 USB 2.0 Host 接口，可外接 USB 装置（如 USB 键盘及滑鼠）。在 86Duino Coding 开发环境下，可使用 USB Host 函式库来存取 USB 键盘、滑鼠。当您在 Zero 上安装 Windows 或 Linux 作业系统时，USB 接口亦可接上 USB 无线网卡及 USB 摄影机，来扩充无线网路与视讯影像功能。USB 接口位置及脚位定义如下：
USB 接口是 1.25mm 的 5P 接头，因此您需要制作一条 USB 接头母座的转接线（86Duino Zero 配线包内含一条 USB Type A 母座转接线）来连接 USB 装置。不将 USB 母座焊死在板上，同样是为了方便互动装置设计师将 USB 母座安置到其它容易插拔 USB 装置的地方，而不用迁就控制板本身的安装位置。
接线范例
下图以 86Duino Zero 配线包内附的转接线为例，示范连接 USB 滑鼠：
若您需要连接两个以上的 USB 装置，可以使用 USB Hub 扩充更多 USB 插槽，下图示范利用 USB Hub 同时连接 USB 键盘及滑鼠：
十三、Encoder 接口
86Duino Zero 提供 1 组 Encoder 接口，具有三根接脚，分别标为 A、B、Z ，如下所示：
Encoder 接口可用于读取光学增量编码器及 SSI 绝对编码器信号，在 86Duino Coding 开发环境下，您可以使用 Encoder 函式库来读取其数值。Encoder 接口可允许的最高输入信号频率是 25MHz。
接线范例
我们以 AM4096 旋转编码器 IC 为例，示范如何将它和 86Duino Zero 的 Encoder 接口连接起来。下图显示 AM4096 的脚位配置：
上图的输出接脚中，有一组为增量编码器信号输出，即 A/B Phase，接脚标示为 A、B 、Ri。我们只要将 AM4096 的 A、B 、Ri 个别连接到 42、43、44，然后再将 AM4096 的电源 Vdd 接到 3.3V，AM4096 的 GND 接到 Zero 的 GND，如此便可正确使 Zero 与 AM4096 透过 Encoder 接口互相通讯。连接图如下所示：
十四、CMOS 电池
大部份 x86 电脑拥有一块 CMOS 记忆体用以保存 BIOS 设定及实时时钟（RTC）记录的时间日期。CMOS 记忆体具有断电后消除记忆的特点，因此 x86 电脑主机板通常会安置一颗外接电池来维持 CMOS 记忆体的存储内容。
86Duino Zero 做为 x86 架构开发板，同样具备上述的 CMOS 记忆体及电池，如下图红圈处所示：
不过，Zero 的 CMOS 记忆体只用来记录实时时钟时间及 EEPROM 函式库的 CMOS bank 资料，并不储存 BIOS 设定；因此，CMOS 电池故障并不影响 Zero 的 BIOS 正常开机运行，但会造成 EEPROM 函式库储存在 CMOS bank 的资料散失，并使 Time86 函式库读到的实时时钟时间重置。为确保 EEPROM 及 Time86 函式库的正常运作，平时请勿随意短路或移除板上的 CMOS 电池。
十五、PCI-E Target 接口
您可能会注意到 86Duino Zero 板末突出一段像是 PCI-E 介面卡的金手指接头，如下图红框处。这个 PCI-E 金手指平常只是装饰和造型（无误），据说 Zero 的设计者认为加上这一段小尾巴让板子看起来比较可爱……
这个接头事实上是设计给进阶黑客（hackers）玩的，要启动它的功能，必须对 Zero 进行 hardware hacking 才行 ── 这要求对 Vortex86EX 有充份的认识，以及对 PCI-E 介面有深入的瞭解。可以说，启动 PCI-E 金手指功能，是 Zero 设计者留给 86Duino 爱好者的一个自我成长挑战。
由于 PCI-E 金手指平常并无作用，除非您能成功启动其功能，否则请勿随意将 Zero 插到一般电脑主机板的 PCI-E 插槽上：
附录一：86Duino Zero 脚位名称与 Vortex86EX GPIO Ports 的对应关系
附录二：86Duino Zero 配线包内容
86Duino Zero 配线包内含如下图所示线材，由左至右分别为 micro-USB 电源线（程式烧录线）、USB Host 接口线、RJ45 乙太网路接口线。
附录三：86Duino Zero 硬体原始码
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