讓Arduino Uno變成USB鍵盤

最早期的Arduino板子使用序列埠與電腦溝通，但現今一般電腦上已經找不到序列埠了（9針或25針），後來Arduino的板子採用FTDI公司的USB轉序列埠的晶片，讓電腦的USB埠化身變成虛擬序列埠；而Uno板改用Atmega8U2或Atmega16U2（R3），其實它就是一顆具有USB功能的微控制器，只不過在出廠時它預先燒錄具有「USB轉序列埠」功能的韌體，於是可作為電腦USB埠與Arduino板微控制器序列埠之間的中介橋樑。但我們可以讓8U2/16U2進入DFU（Device Firmware Update）模式，便可更新韌體，燒錄別的功能，譬如變成USB鍵盤，從Arduino板子傳送「按鍵」給電腦。

所謂DFU是USB規格的其中一項標準，讓USB裝置韌體更新的功能予以標準化，在Atmega8U2/Atmega16U2裡已含有DFU bootloader，我們從電腦將韌體傳給DFU bootloader，進行燒錄動作。

我的環境：電腦是Windows XP、開發板是Arduino Uno R3、Arduino軟體開發環境是1.0.5版。底下提到「韌體」時，若無特別註明，皆指8U2/16U2的韌體。

下圖紅圈處便是Uno R3的Atmega16U2，旁邊2x3針腳是它的ICSP接頭。


我們要做的事情有：

• 下載並安裝電腦端的DFU燒錄軟體，Atmel Flip。
• 讓Arduino Uno進入DFU模式，安裝它的DFU模式驅動程式。
• 燒錄「不斷送出hello world按鍵」的草稿碼到板子的微控制器晶片裡。
• 燒錄8U2/16U2的新韌體，變成USB鍵盤。
• 在電腦上看到從Arduino Uno不斷傳來的「hello world」。

電腦端的DFU燒錄軟體，我們將使用Atmel提供的Flip這套軟體（需要Java），可到Atmel網站下載，有Windows版，安裝過程很簡單，一直按下一步即可，在此不贅述。Mac與Linux可使用dfu-programmer，此處不介紹。

然後請連接Arduino板電腦，可在裝置管理員裡找到代表板子的連接埠。下圖顯示出我的板子Arduino Uno R3。


要進入DFU模式，需重置8U2/16U2，作法是讓下圖的兩個腳位接觸一下（只需一下即可），其中一個是GND接地，另一個是RESET腳位，接觸一下即可重置。


若是R2以前的Uno板，必須在下圖這個位置焊接10K歐姆的電阻，我手上沒有這種板子，所以沒實際試過。


重置後，Windows XP電腦端就會發現硬體。


請選「從清單或特定位置安裝（進階）」。


然後選擇剛剛的Flip安裝目錄裡的usb子目錄，裡頭含有驅動程式。


接下來就稍等一下。


安裝成功囉。


然後在裝置管理員裡便可看到ATmega16U2。您的板子若不是Arduino Uno R3，將會看到別的晶片型號。


接下來，請到這裡下載，裡頭含有能讓Arduino板不斷送出「hello world」的草稿碼（helloworld/helloworld.pde），還有8U2/16U2的新韌體（Arduino-keyboard-0.3.hex），能讓Arduino Uno板變成USB鍵盤。

請拔除板子的電源與USB線進行重置，便可離開DFU模式回到一般的模式，然後燒錄（上傳）剛剛下載的helloworld/helloworld.pde。

接下來要燒錄新韌體，如前所述，讓8U2/16U2的RESET腳位接觸GND接地，一下即可，便可進入DFU模式，然後開啟Flip，出現如下畫面。


點按左上角看起來像是晶片的圖示，或是選「Device-Select...」，以我的例子而言，應選ATmega16U2。您應該選在裝置管理員裡所看到的晶片型號。


然後點按看起來像USB插頭的圖示，然後點按「USB」；或是選「Settings-Communication-USB」。


然後畫面便會從灰色變成彩色。


然後請選「File-Load HEX File...」，選擇剛剛下載的Arduino-keyboard-0.3.hex韌體，點按左下「Run」進行燒錄，然後點按右下的「Start Application」重置。

此時Arduino板便會是USB鍵盤，不斷地送出「hello world」，請隨便開啟一個文字編輯器，便會看到類似下圖的樣子。


若沒看到，可能板子並未重置成功，請手動拔掉板子的電源與USB線，再插入。

以上便上讓Arduino Uno變成USB鍵盤的過程，若你想讓板子回復到原來的樣子，只需重新燒錄原本的「USB轉序列埠」功能的韌體，位於Arduino目錄裡的hardware\arduino\firmwares\atmegaxxu2\arduino-usbserial\Arduino-usbserial-atmega16u2-Uno-Rev3.hex，這支是我Arduino Uno R3板的韌體，您應該找找適合你的板子的韌體，燒錄後即可還原，再以一般方式燒錄其他草稿碼即可。


參考資料：

• Adafruit Learning System的Arduino Tips, Tricks, and Techniques，從頭到腳徹底講解Arduino Uno這塊板子。
• Cooper Maa的如何讓 Arduino Uno 進入 DFU mode、如何用 FLIP 更新 Atmega8u2 的韌體、Arduino Uno Keyboard、USBKeyboard Library、Arduino Uno Mouse、Arduino 滑鼠自動點擊器，一系列的文章，一步一步介紹如何更新8u2/16u2的韌體，化身成為USB鍵盤或滑鼠。
• Arduino官方文件Arduino Uno、Updating the Atmega8U2 on an Uno or Mega2560 using DFU、MIDI Note Player using the MIDI firmware for the 8U2 (Uno and Mega2560 only)、USB Serial Light Adapter。
• Arduino Hacking blog的Arduino UNO Keyboard HID Part 1與Arduino UNO Keyboard HID part 2，詳細介紹如何開發AVR的韌體。