跳線帽(Jumper)的使用方式

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    何謂Jumper

    Jumper 是一種可以快速調整電路板上特定功能的一種開關,拔插jumper的原理其實就是藉由移動jumper位置的動作,直接改變電路的連結方式,藉此可以在一個固定的電路設計上,實現類似像開關的功能。在早期的電路板上非常普遍可以找得到,近年來因為微型化電路的一些需求,使用的頻率有比較少一點。為了要方便大家在這塊開發板上做不同的開發應用,因此我們把一些有趣的小功能做成了可以調整的jumper設計。在板子的正面我們採用了用手直接拔插的jumper,透過這個jumper可以直接在5V/3.3V的電源供應上做切換,而在板子的背面則可以透過焊接型jumper調整電池充電電流(Bat. charge current, JP1/JP2)、自動重啟(Auto-reset, JP3)、A2重新啟動(Enable A2 reset contorl, JP4)以及開關3.3V 線性穩壓器(Enable 3.3V LDOJP5),最後就是5V輸出端的省電功能(JP6。以下針對細部的功能進行簡介。


    5V/3.3V的選擇Jumper

    正面, 中間

    5V/3.3V的 Jumper設計主要是為了讓大家能夠快速調整板子上的電壓而設計的,有的時候我們會需要連接不同類型的感測器,也許你剛好拿到一顆只能用在3.3V或是5V的感測器,這個時候你就會發現這個jumper很好用啦。調整板子電壓的方式很簡單,在沒有接上外部電源的情況下,把綠色的Jumper 拔起來,插在分別標示5V或3.3V的位置上即可,也許你會好奇,當jumper沒有插在板子上時,會是什麼狀態呢? 答案是: 左邊的電源管理電路不會供電給右側的ATmega328Pb晶片,也就是處在一個328PB McU不會被供電的狀態囉。

    拔插jumper的時候要記得先斷開外部電源,這樣比較可以避免突然電位的改變。


    焊接型Jumper的使用方法

    焊接型jumper(soldering jumper)故名思義就是需要透過焊接的方式開啟或關閉電路板上特定的功能。相較於拔插型jumper,因為是透過焊接的方式進行連結,因此它的體積更小,穩定性更佳,但是缺點就是需要使用焊槍、焊錫等工具。我們可以用焊錫連接焊接型jumper,將兩端的電路進行連接,而需要斷開時,則需要在解焊點沾一點焊油,並且用焊槍搭配吸錫網線去吸掉表面的錫珠,讓原本倒通的兩點斷開。


    電池充電速度調整(Bat. charge current, JP1/JP2)

    背面,焊接型jumper

    BOBODUINO採用了TP5400充電晶片,這個晶片可以提供最高1A的充電電流,由於大家可能會在不同的地方取得不同容量的鋰電池,因此我們放入了可以調整充電速度的設計。在JP1/JP2都斷開的情況下,充電晶片會以80mA的充電速度對電池進行充電,這個充電電流適合用於大部分的中小型電池。在JP2連接的狀態下,電池會以500 mA的電流進行充電,而在JP1連結時,則會以1A的電流對電池進行充電。

    ❗特別注意

    充電速度不是越高越好,而是需要參考購買電池的建議充電參數。一般我們會建議用1/2C的或是更低的充電速度對電池進行充電。而什麼是1/2C呢? 假設我們買了一個1000mAh的電池,當我們以1A的電流對電池進行充電時,需要花1個小時才能把電池充飽,而若要以1/2C的充電條件對電池進行充電時,則會使用500 mA的充電電流。因為不同電池適合充電速度會有所不同,由於鋰電池在不正確的操作下,會有一定程度的危險,因此會建議選擇有BSMI認證以及鋰電池保護板的電池外,先了解購買的電池適合使用的充電速度,假設官方建議是1C的充電速度時,仍然建議用更低的充電速度去對電池充電(例如1/2C或1/3C)。


    自動重啟(Auto-reset, JP3)

    背面,右上角

    如果你有玩Arduino一陣子發現一件事情,假設你一直用電腦連接著板子,並且打開Serial monitor的那一刻,你會發現電源顯示燈突然閃爍了一下,然後你的板子突然重新啟動了。假設你此刻正透過你的微控制板連接遙控器操作一個裝有很多RC伺服馬達的機械手臂,這個連接上Serial monitor重新啟動的現象,可能會讓你手上的伺服馬達因為板子重新啟動,而突然不自然地移動到特定的地方。連接上Serial monitor就重新啟動設計其實是官方為了讓大家上傳程式方便,但是在某些特定的應用上(比方說我們上面提到機械手臂例子),他可能就會造成一些干擾。而在BOBODUINO板子上,這個問題可以很簡單被解決,我們只需要把背部右上角標示JP3的焊接型jumper解焊掉,在板子連接上Serial monitor時,就不會自動重新啟動了,神奇吧!

    💡 原廠設定

    JP3的Jumper在出廠狀態下是**先被焊接(導通)**在一起的,因為這會是上傳程式比較方便的一種設計,在上傳程式時,不需要先按下reset按鈕,方便許多!

    💡 解焊之後的程式上傳 

    在解焊掉JP3的情況下,上傳程式之前需要先按住reset 按鈕,並且在Arduino IDE跳出uploading的那一瞬間放掉reset 按鈕,其實不會很難,只是比較麻煩一點而已,多試幾次應該就會100%成功了。(可以當作訓練自己反應速度的小遊戲)。


    A2重新啟動(Enable A2 reset control, JP4)

    背面,左下角

    在某些情況下,也許你會想要加入自動重新啟動BOBO板子的設計,有點類似,當我遇到什麼問題時,就把自己重新開機這樣(突然想到有種會自己把自己關掉的無用機器)。這個時候比較簡單的方法是用Pin control auto-reset的方法來實現,步驟如下:

    1. 將JP4焊接連接起來
    2. 搭配使用的情境,在判斷需要重新啟動的時機點的程式段落加入:
    //Reset the board if something happened...
    if(…){
    	digitalWrite(A2, LOW);
    	delay(200); //Delay for a while for the board to reset
    }

    如此便可輕鬆實現在遇到某種狀況時,用A2 pin去重新啟動Boboduino的效果。

    特別注意的是,A2 腳位需要在setup()裡面初始化時就先拉高到高電位,不然可能會造成開機後就無限輪迴地重新啟動,如果照呈這種狀況就得重新上傳新的程式囉。

    void setup() {
    	//Initiate the A2 pin and pull it to high...
      pinMode(A2, OUTPUT);
    	digitalWrite(A2, HIGH);
    }

    關閉3.3V線性穩壓器(Enable 3.3V LDO, JP5)

    背面,中間

    Boboduino 板子上有一個AP2112 3.3V晶片,這個晶片可以提供板子上3.3V的供電。由於AP2112是一個線性穩壓器,而預設板子上的電源供應系統會持續過電給這顆晶片,有些使用者可能不太需要3.3V的電源,或許會擔心這顆晶片可能在長期會造成不必要的能量耗損。這個時候可以選擇解焊掉板子背面的Jumper,如此就不會有 3.3V的供電了,不過實際測試的結果,AP2112這顆晶片在沒有負載的情況下,幾乎沒有造成什麼耗電的情況,按照Data sheet上的資料顯示,AP2112的靜態電流(Quiescent current)其實非常低,約只有55 µA,其實在大部分的應用上,我們幾乎可以忽略這個LDO線性穩壓器的存在的,但是如果你很在意,也許你就可以把他解焊掉囉。

    💡 靜態電流(Quiescent current)

    是電子學中用來描述設備或電路在閒置或不活躍狀態下流經特定裝置術語。這個電流代表了設備或電路在不主動執行其主要功能時維持基本運行所需的最小電流。


    省電模式(Power save mode, JP6)

    背面, 左上角

    提供5V電源的RT6150BGQW是一顆有趣的Buck-boost converter(我喜歡叫他BB converter),意思是這顆晶片可以在電壓較低時,把電壓拉高,而在電壓較高時,把電壓降低,這種晶片好用的地方就是,他會比較兼容於各種不同外部電源的使用條件。而RT6150BGQW也具有一個省電模式(power save mode)可以運用,根據官方Datasheet在省電模式下,靜態電流(Quiescent current)大約在60 µA左右,而在高頻模式下的靜態電流,就可能需要再測量看看囉。出廠的Boboduino開發板的JP6是沒有焊接的(也就是會以省電模式進行運作),若有比較高電流需求時,可以將JP6連接起來,取消掉省電模式。(其實是否開啟省電模式,在大部分的應用情境可能感受不太出來明顯的差別)。

    以下引述部分RT6150BGQW的datasheet資料:

    The device includes two N-MOSFET switches and two P-MOSFET switches for high efficiency operation. Switching frequency is set at 1MHz to reduce the external component size. Quiescent current is only 60 μA in Power Save Mode (PSM), maximizing battery life in portable applications. PSM operation is user controlled and can be enabled by driving the PS pin low. If the PS pin is driven high, then fixed frequency switching is enabled.