#samd21

Choo choo a train of Trinkeys - first stop? SHT45 Trinkey!

Back in 2021 we were on a real tear (https://blog.adafruit.com/?s=trinkey) making a whole bunch of 'low cost and easy to use' USB devices called Trinkeys (https://www.adafruit.com/search?q=trinkey): the idea is you could just shove it into your USB A port on a computer or laptop and get instant access to a few NeoPixels (https://www.adafruit.com/product/4870) or an APDS9960 proximity sensor (https://www.adafruit.com/product/5022) or a rotary encoder (https://www.adafruit.com/product/4964). buuuut then there was a massive chip shortage (https://blog.adafruit.com/category/adafruit-video/chip-shortage/) and we couldn't get any ATSAMD21E18's which power most of the designs. welp, we have lots now. so lets keep designing Trinkeys!

In diesem Beitrag möchte ich dir den kleinen Microcontroller SAMD21 von der Firma Seeedstudio vorstellen.

Seeedstudio SAMD21 (XIAO)

Bezug des SAMD21

Den SAMD21 habe ich über aliexpress.com für knapp 5€ inkl. Versandkosten erstanden. Du findest diesen aber auch auf ebay.de für einen Preis von 6€ zzgl. Versandkosten. Lieferumfang Zum Lieferumfang gehört neben dem Microcontroller zwei kleine 7 polige Stiftleisten noch 3 Aufkleber welche die Pinbelegung des SAMD21 aufzeigt.

Lieferumfang des SAMD21

technische Daten des SAMD21

CPU ARM Cortex-M0+-CPU(SAMD21G18) Geschwindigkeit bis zu 48 MHz Speicher   Flash 256KB SRAM 32KB Schnittstellen I²C, UART, SPI digitale I/O Pins 11 analoge I/O Pins 11 Stromversorgung / USB Schnittstelle USB Typ C Betriebsspannung 3,3V / 5V DC Abmaße (LxBxH) 20mm x 17mm x 3,5mm

Aufbau

Auf der Vorderseite des Microcontrollers sind neben den beiden SMD LEDs auch die Lötpunkte für den RESET Taster angebracht.

aktive LEDs auf der Vorderseite des SAMD21 Auf der Rückseite findest du die Beschriftung der Pins sowie weitere Lötpunkte für die Stromversorgung und die SPI Kontakte.

Rückseite des XIAO SAMD21 mit Pinbeschriftung Pinout des SAMD21 Zum vergrößern des Bildes, bitte auf das Bild klicken!

Pinout des Microcontroler SAMD21 (XIAO) von Seeedstudio Auf der Rückseite des SAMD21 sind 6 Lötpunkte von welchen 2 mit jeweils "VIN" für die Spannungsversorgung (ohne USB betrieb) und "GND" beschriftet sind, die anderen 4 Lötpunkte sind nicht beschriftet.

Pinout des SAMD21 auf der Rückseite LEDs auf dem SAMD21 Auf dem SAMD21 sind vier SMD LEDs verbaut welche mit den Buchstaben P, R, L & T beschriftet sind. Was die Buchstaben bedeuten kannst du aus der nachfolgenden Grafik entnehmen.

SMD LEDs am SAMD21 XIAO Die interne LED kannst du über den Pin D13 ansteuern (siehe Beispiel "interne LED blinken lassen").

Einrichten auf dem Computer

Der Microcontroller verfügt über eine USB Typ C Schnittstelle und wird mit einem entsprechenden Kabel (nicht im Lieferumfang enthalten) mit dem Computer verbunden. Unter Microsoft Windows 10 wird dieser als "Seeed femto M0" erkannt und eingerichtet.

MS Windows 10 - Gerät "SAMD21" eingerichtet Im Geräte-Manager wird dieser bei mir als "Serielles USB-Gerät" angezeigt.

Windows 10 - Geräte-Manager mit eingerichtetem SAMD21 am COM5 Einrichten von CircuitPython Auf diesem kleinen Zwerg kannst du mit der Skriptsprache Python bzw. MicroPython programmieren. Dafür musst du jedoch zunächst die Firmware einrichten. Das ist recht einfach und in wenigen Schritten erledigt. Gehe zunächst auf die Seite https://circuitpython.org/board/seeeduino_xiao/ und lade dir die ca. 360 KB große Datei "adafruit-circuitpython-seeeduino_xiao-de_DE-6.0.1.uf2" herunter. Wenn du diese Datei heruntergeladen hast, dann musst du deinen SAMD21 mit dem Computer verbinden (soweit noch nicht geschehen) und dir ein kurzes Breadboardkabel mit Steckern besorgen und deinen Windows Explorer öffnen. Auf der Vorderseite sind zwei Lötpunkte mit der Beschriftung "RST" versehen diese musst du nun zwei mal kurz Verbinden / Kurzschließen. Es sollte nun ein zusätzliches Laufwerk "Arduino" angezeigt werden. In dieses Laufwerk kopieren wir nun die heruntergeladene *.uf2 Datei wobei danach das Laufwerk wieder "verschwindet" und kurz darauf der Microcontroller als "Seeedstudio XIAO" erkannt wird und das Laufwerk "CIRCUITPY" angezeigt wird. 

Eigenschaften des Laufwerks "CIRCUITPY" unter Windows 10 In dieses Laufwerk können wir nun unsere Python Datei kopieren welche sofort ausgeführt wird. Download und Installation vom Editor Mu Für die Programmierung auf dem SAMD21 kannst du den kostenfreien Editor "Mu" verwenden. Diesen Editor kannst du unter https://codewith.mu/en/download für Windows bzw. Mac herunterladen. Ich verwende einen MS Windows 10 PC mit 64bit und lade mir somit die Version "Windows 64-bit" herunter. Solltest du ein 32bit System verwenden oder nicht genau wissen ob du ein 64 oder 32bit System hast, so empfehle ich dir die 32bit Version welche auf beiden Systemen reibungslos laufen sollte. Nachdem die ca. 65 MB große Datei heruntergeladen wurde muss diese mit einem Doppelklick geöffnet werden. Es startet dann nach einer kurzen Abfrage der Installer. erster Start des Editors Mu Wenn die Installation abgeschlossen ist, dann kann der Editor gestartet werden. Und zunächst wird man aufgefordert einen Modus wählen.

Editor Mu - wählen des Modus In unserem Fall wählen wir aus der Liste den Eintrag "CircuitPython" und bestätigen die Auswahl mit der Schaltfläche "OK". Wenn dein Microcontroller bereits mit dem Computer verbunden ist dann kannst du quasi sofort loslegen, ansonsten erscheint ein Dialog welcher darauf hinweist das kein Gerät verbunden ist.

Editor Mu - kein Gerät gefunden "Hello World!" mit dem Editor Mu auf dem SAMD21 Wollen wir nun unser erstes kleines Stück Code mit dem Editor Mu schreiben und auf den SAMD21 ausführen. Zunächst wollen wir den einfachen kleinen Text "Hello World!" auf der seriellen Schnittstelle ausgeben. Dazu schreiben wir print("Hello World!") und speichern die Datei als "code.py" auf dem Laufwerk "CIRCUITPY" ab.  Der Editor Mu liefert zwar die Schaltfläche "Serial" aber leider erscheint dort immer nur eine Fehlermeldung, somit müssen wir uns anderweitig behelfen. Ich nutze hier die kostenfreie Software Putty mit welcher man sich ebenso mit dem Microcontroller verbinden kann.

Putty - Konfiguration für den SAMD21 Wichtig ist das die Baudrate / Speed auf 115200 eingestellt wird und das der COM-Port passt. Ggf. kannst du unter Windows im Geräte-Manager prüfen an welchem COM-Port dein Gerät erkannt wurde. Wenn das korrekt eingestellt ist kann die Verbindung mit der Schaltfläche "OK" aufgebaut werden. Es erscheint dann unsere Ausgabe auf dem Terminalfenster von Putty. Und jedesmal wenn wir am Code etwas ändern und im Editor Mu die Datei speichern wird der Code ausgeführt und das Fenster aktualisiert sich automatisch.

alternative über die Arduino IDE

Wenn dir Putty etwas zu umständlich ist, kannst du auch den seriellen Monitor aus der Arduino IDE nutzen. Zunächst musst du unter dem Menüpunkt "Werkzeuge" den Port des SAMD21 auswählen und startest den seriellen Monitor über die Lupe oben rechts, oder der Tastenkombination "Strg+Umschalt+M". 

Editor "MU" mit Ausgabe der Daten im seriellen Monitor der Arduino IDE Der Code erzeugt nun alle 0,5 Sekunden eine Ausgabe auf der seriellen Schnittstelle welche von dem seriellen Monitor der Arduino IDE auf dem Bildschirm ausgegeben wird.

Beispiele mit dem SAMD21

Nachdem wir nun den SAMD21 eingerichtet und das erste kleine "Hallo Welt!" Programm auf diesem ausgeführt haben möchte ich dir nun ein paar kleine Beispiele zeigen welche du mit diesem Programmieren kannst. Ich habe die Pinleisten auf der Rückseite angelötet dieses ist entgegen der bekannten Richtung, das liegt vielmehr daran das der kleine Aufkleber garantiert nicht langlebig ist und somit die Pinbeschriftung auf der Rückseite sichtbar bleibt. Ich habe dir bereits in einigen Beispielen gezeigt wie du mit MicroPython Sensoren & Aktoren auf einem Microcontroller ansteuern bzw. auslesen kannst. Mit CiruitPython funktioniert dieses sehr sehr ähnlich und damit unterscheidet sich die Programmierung nur sehr marginal in zbsp. den verwendeten Bibliotheken. interne LED blinken lassen Im nachfolgenden Beispiel möchte ich nun zeigen wie du die interne LED am digitalen Pin D13 im Intervall von 0,5 Sekunden blinken lassen kannst. import time import board from digitalio import DigitalInOut, Direction # definieren des Pins led = DigitalInOut(board.D13) # definieren das der Pin als AUSGANG dient led.direction = Direction.OUTPUT while True: # aktivieren der LED led.value = True # eine Pause von 0,5 Sekunden time.sleep(0.5) # deaktivieren der LED led.value = False # eine Pause von 0,5 Sekunden time.sleep(0.5) Video   LED Wechselblinken Ein großer Vorteil des kleinen SAMD21 ist das dieser auf ein Breadboard gesteckt werden kann (wie auch der Wemos D1 Mini / Pro, Arduino Micro / Nano). Aufbau der Schaltung Für den Aufbau der Schaltung benötigst du: - 2x LED, 5mm, - 2x Widerstand, 220 Ohm, - 5x Breadboardkabel, 10cm, männlich-männlich, - 1x Breadboard 170 Pin, - und natürlich einen Microcontroller SAMD21 :)

Schaltung - Wechselblinken am Microcontroller SAMD21 Quellcode import time import board from digitalio import DigitalInOut, Direction # definieren des Pins led1 = DigitalInOut(board.D5) led2 = DigitalInOut(board.D6) # definieren das der Pin als AUSGANG dient led1.direction = Direction.OUTPUT led2.direction = Direction.OUTPUT while True: # aktivieren der LED1 & deaktivieren der LED2 led1.value = True led2.value = False # eine Pause von 0,5 Sekunden time.sleep(0.5) # aktivieren der LED2 & deaktivieren der LED1 led1.value = False led2.value = True # eine Pause von 0,5 Sekunden time.sleep(0.5) Video   auslesen des Temperatursensors TMP36 Als nächstes möchte ich dir zeigen, wie du die Werte eines analogen Temperatursensors TMP36 auslesen und auf der seriellen Schnittstelle ausgeben kannst. der analoge Temperatursensor TMP36 Der analoge Temperatursensor TMP36 verfügt über drei Pins an welche der Minuspol, der Pluspol (3,3V) sowie die Datenleitung angeschlossen wird. Bezug Den analogen Sensor kannst du bei ebay.de für bereits 1,5€ zzgl. Versandkosten erstehen.  technische Daten des TMP36 - Betriebsspannung: 2,7V bis 5,5V - Stromaufnahme: maximal 0,5 µA - Toleranz:  ±2°C - Messbereich: -40°C bis 125°C Pinout des analogen Temperatursensors TMP36

Pinout des analogen Temperatursensors TMP36 Aufbau der Schaltung Für den Aufbau der Schaltung benötigst du: - 1x analoger Temperatursensor TMP36, - 1x Breadboard, 170 Pin, - 3x Breadboardkabel, 10cm, männlich-männlich, - und natürlich einen Microcontroller SAMD21 :)

Aufbau der Schaltung - Sensor TMP36 am SAMD21