HackerBox 0051: MCU laboratorija: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Sveiciens HackerBox hakeriem visā pasaulē! HackerBox 0051 piedāvā HackerBox MCU laboratoriju. MCU Lab ir izstrādes platforma, lai pārbaudītu, izstrādātu un prototipu, izmantojot mikrokontrollerus un mikrokontrolleru moduļus. Lai izpētītu MCU laboratorijas funkciju blokus, tiek izmantots Arduino Nano, ESP32 modulis un SMT32 melnā tablete. MCU Lab funkciju blokos ietilpst slēdži, pogas, gaismas diodes, OLED displejs, skaņas signāls, potenciometrs, RGB pikseļi, loģikas līmeņa pārslēdzējs, VGA izeja, PS/2 tastatūras ieeja, USB seriālais interfeiss un dubultās bez lodēšanas prototipēšanas zonas.

Šajā rokasgrāmatā ir ietverta informācija, lai sāktu darbu ar HackerBox 0051, kuru var iegādāties šeit, kamēr beidzas krājumi. Ja vēlaties katru mēnesi saņemt šādu HackerBox tieši savā pastkastē, lūdzu, abonējiet to vietnē HackerBoxes.com un pievienojieties revolūcijai!

HackerBoxes ir ikmēneša abonēšanas kastes pakalpojums aparatūras hakeriem un elektronikas un datortehnikas entuziastiem. Pievienojieties mums, lai dzīvotu HACK LIFE.

1. darbība: satura saraksts HackerBox 0051

• MCU 1. modulis: Arduino Nano 5V, 16MHz
• MCU 2. modulis: WEMOS ESP32 Lite
• MCU 3. modulis: STM32F103C8T6 Melnās tabletes
• Ekskluzīva MCU laboratorijas iespiedshēmas plate
• FT232RL USB seriālais adapteris
• OLED 128x64 displejs I2C 0,96 collas
• Divvirzienu 8 bitu loģikas līmeņa pārslēdzējs
• WS2812B RGB SMD LED
• Četras virsmas piestiprināmās pieskāriena pogas
• Četras sarkanas izkliedētas 5 mm gaismas diodes
• Pjezo skaņas signāls
• HD15 VGA savienotājs
• Mini-DIN PS/2 tastatūras savienotājs
• 100K omi potenciometrs
• 8 Novietojiet DIP slēdzi
• AMS1117 3.3V lineārais regulators SOT223
• Divi 22uF tantala kondensatori 1206 SMD
• Desmit 680 omu rezistori
• Četras līmējošas gumijas PCB pēdas
• Divi 170 punktu mini lodēšanas plātnes
• Vienpadsmit 8 kontaktu sieviešu galvenes ligzdas
• 40 kontaktu atdalīšanas galvene
• 65 vīriešu džemperu vadu komplekts
• Pacelta dūres shēmas plates uzlīme
• Uzlauzt planētas smaidiņu pirātu uzlīmi
• Ekskluzīvs atslēgu piekariņš HackerBox “Noņemt pirms lidojuma”

Dažas citas lietas, kas būs noderīgas:

• Lodāmurs, lodētava un pamata lodēšanas rīki
• Dators programmatūras rīku palaišanai

Vissvarīgākais - jums būs nepieciešama piedzīvojumu sajūta, hakeru gars, pacietība un zinātkāre. Būvēt un eksperimentēt ar elektroniku, lai arī tas ir ļoti izdevīgi, dažkārt var būt sarežģīti, izaicinoši un pat nomākti. Mērķis ir progress, nevis pilnība. Kad jūs neatlaidīgi izbaudāt piedzīvojumu, no šī hobija var gūt lielu gandarījumu. Speriet katru soli lēnām, ņemiet vērā detaļas un nebaidieties lūgt palīdzību.

HackerBoxes bieži uzdotajos jautājumos ir daudz informācijas esošajiem un topošajiem dalībniekiem. Gandrīz uz visiem saņemtajiem e-pasta ziņojumiem, kas nav tehniskais atbalsts, tur jau ir atbildēts, tāpēc mēs patiesi pateicamies, ka veltāt dažas minūtes, lai izlasītu FAQ.

2. darbība: HackerBoxes MCU Lab

MCU Lab ir kompakta, pulēta izstrādes platformas versija, ko izmantojam dažādu mikrokontrolleru (MCU) konstrukciju prototipēšanai un testēšanai. Tas ir ļoti noderīgi, strādājot ar MCU moduļiem (piemēram, Arduino Nano, ESP32 DevKit uc) vai atsevišķām MCU ierīču pakotnēm (piemēram, ATMEGA328, ATtiny85s, PIC utt.). Mērķa MCU var ievietot jebkurā no mini lodēšanas plātnēm. Divus MCU var savienot kopā, izmantojot abus maizes dēļus, vai arī vienu no rīvdēļa telpām var izmantot citām shēmām.

MCU laboratorijas "funkciju bloki" ir sadalīti sieviešu virsrakstos, kas ir līdzīgi tiem, kas atrodami Arduino UNO. Sieviešu galvenes ir saderīgas ar vīriešu džemperu tapām.

3. darbība: samontējiet HackerBoxes MCU laboratoriju

SMD SASTĀVDAĻAS UZ VALDES MUGURAS

Sāciet, uzstādot AMS1117 (SOT 233 pakete) lineāro regulatoru un divus 22uF filtra kondensatorus PCB otrā pusē. Ņemiet vērā, ka katra kondensatora sietspiedes viena puse ir taisnstūrveida, bet otra puse ir astoņstūra. Kondensatoriem jābūt orientētiem tā, lai uz iepakojuma esošā tumšā lente sakristu ar astoņstūra sietspiedes pusi.

TURPINĀT AR SASTĀVDAĻĀM VALDES priekšpusē

Lodējiet WS2812B RGB LED. Virziet katras gaismas diodes balti atzīmēto stūri tā, lai tas atbilstu ciļņu stūrim, kā parādīts PCB sietspiedē.

Četras SMD taustes pogas

Četras sarkanas gaismas diodes ar četriem rezistoriem

Līmeņu pārslēdzējs ar VA tapu tuvāko 3V3 marķējumu un VB tapu tuvāko 5V marķējumu. Līmeņu pārslēdzēja moduli var uzstādīt vienā līmenī ar PCB, pielodējot galvenes pie moduļa un pēc tam nobīdot melnās plastmasas starplikas no galvenēm pirms moduļa uzstādīšanas pie MCU Lab PCB. Ir labi arī atstāt starplikas.

Lai savienotu FT232 moduli, var nojaukt divas galvenes sloksnes. Mazāku 4 kontaktu sadaļu var izmantot arī 5V/GND galvenei blakus FT232 modulim.

Pagaidām aizpildiet sieviešu VGA galveni, kas atrodas vistuvāk HD15 VGA savienotājam un tastatūras ligzdai. Tomēr NELIETOJIET papildu galveni, kas atrodas blakus vienam vai pieciem rezistoriem starp šīm divām galvenēm. Īpašas video signāla saskarnes iespējas tiks apskatītas vēlāk.

Aizpildiet pārējās deviņas sieviešu galvenes.

Noņemiet līmi no abām lodēšanas plātnēm, lai tās piestiprinātu pie MCU Lab PCB.

Novietojiet līmējošās gumijas kājas MCU Lab PCB apakšā, lai aizsargātu darbagaldu no skrāpējumiem.

RĪKOŠANA JAUDAS IEVADES

Ir vismaz divas un, visticamāk, pat četras vietas, kur MCU laboratorijā var nonākt strāva. Tas var radīt nepatikšanas, tāpēc vienmēr rūpīgi apsveriet šādas norādes:

Visi galvenes punkti ar apzīmējumu 5V ir savienoti. 5V sliede savienojas arī ar tastatūras ligzdu, līmeņa pārslēdzēju un WS2812B RGB LED. Strāvas padevi 5V sliedei var pievienot, pievienojot FT232 USB, četru kontaktu strāvas padeves savienotāju ar ārēju barošanas avotu vai savienojot džemperi no vienas no PCB 5V tapām ar 5V moduli (parasti darbina ar USB)).

Līdzīgi visas GND tapas ir savienotas. Viņi savienojas ar FT232 USB GND (pieņemot, ka USB ir pievienots FT232). Tos var arī savienot ar zemi, izmantojot džemperi starp vienu no tiem un barotu moduli, kā aprakstīts 5V tīklam.

3V3 sliedi vada regulators PCB aizmugurē. Tas ir tikai avots, un (atšķirībā no 5 V sliedes) to nedrīkst vadīt ar moduļiem vai citām ķēdēm, jo tas tiek darbināts tieši no 5 V sliedes regulatora.

4. solis: Arduino Nano MCU modulis

Viens no visbiežāk sastopamajiem MCU moduļiem mūsdienās ir Arduino Nano. Komplektā iekļautajai Arduino Nano plāksnei ir galvenes tapas, taču tās nav pielodētas modulī. Atstājiet tapas pagaidām nost. Pirms lodēšanas uz galvenes tapām veiciet šos sākotnējos testus ar Arduino Nano moduli. Viss, kas nepieciešams, ir microUSB kabelis un Arduino Nano plate tā, kā nāk no somas.

Arduino Nano ir uz virsmas uzstādāms, uz maizes dēļa piemērots, miniatūrizēts Arduino dēlis ar integrētu USB. Tas ir pārsteidzoši pilnvērtīgs un viegli uzlaužams.

Iespējas:

• Mikrokontrolleris: Atmel ATmega328P
• Spriegums: 5V
• Digitālās I/O tapas: 14 (6 PWM)
• Analogās ieejas tapas: 8
• DC strāva uz I/O tapu: 40 mA
• Zibatmiņa: 32 KB (2 KB sāknēšanas ielādētājam)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Pulksteņa ātrums: 16 MHz
• Izmēri: 17 mm x 43 mm

Šis konkrētais Arduino Nano variants ir melnais Robotdyn Nano. Ietver iebūvētu MicroUSB portu, kas savienots ar CH340G USB/seriālā tilta mikroshēmu. Detalizētu informāciju par CH340 (un draiveriem, ja nepieciešams) var atrast šeit.

Kad pirmo reizi pievienojat Arduino Nano datora USB portam, iedegas zaļais strāvas indikators un neilgi pēc tam, kad zilai gaismas diodei jāsāk lēni mirgot. Tas notiek tāpēc, ka Nano ir iepriekš ielādēts ar BLINK programmu, kas darbojas ar pavisam jauno Arduino Nano.

PROGRAMMATŪRA: Ja jums vēl nav instalēta Arduino IDE, varat to lejupielādēt no vietnes Arduino.cc

Pievienojiet Nano MicroUSB kabelim un otru kabeļa galu datora USB portam. Palaidiet Arduino IDE programmatūru. IDE sadaļā rīki> tāfele atlasiet "Arduino Nano" un sadaļā rīki> procesors - "ATmega328P (vecais sāknēšanas ielādētājs)". Sadaļā rīki> ports atlasiet atbilstošo USB portu (tas, iespējams, ir nosaukums ar "wchusb").

Visbeidzot, ielādējiet koda paraugu: Fails-> Piemēri-> Pamati-> Mirgo

Mirgošana faktiski ir kods, kas iepriekš tika ielādēts Nano, un tam vajadzētu darboties tieši tagad, lai lēnām mirgotu zilā gaismas diode. Attiecīgi, ja mēs ielādēsim šo piemēra kodu, nekas nemainīsies. Tā vietā nedaudz pārveidosim kodu.

Skatoties cieši, var redzēt, ka programma ieslēdz gaismas diodi, gaida 1000 milisekundes (vienu sekundi), izslēdz gaismas diodi, gaida vēl vienu sekundi un pēc tam to visu dara vēlreiz - uz visiem laikiem.

Mainiet kodu, mainot abus paziņojumus "kavēšanās (1000)" uz "aizkave (100)". Šīs modifikācijas dēļ gaismas diode mirgos desmit reizes ātrāk, vai ne?

Ielādēsim modificēto kodu Nano, noklikšķinot uz pogas UPLOAD (augšupielādēt) (bultiņas ikona) tieši virs modificētā koda. Skatiet statusa informāciju zem koda: “apkopošana” un pēc tam “augšupielāde”. Visbeidzot, IDE vajadzētu norādīt "Augšupielāde pabeigta", un jūsu gaismas diodei vajadzētu mirgot ātrāk.

Ja tā, apsveicu! Jūs tikko uzlauzāt savu pirmo iegulto kodu.

Kad jūsu ātrās mirgošanas versija ir ielādēta un darbojas, kāpēc gan nepārbaudīt, vai varat vēlreiz mainīt kodu, lai gaismas diode divas reizes ātri mirgotu, un pēc tam pagaidiet dažas sekundes pirms atkārtošanas? Pamēģināt! Kā ar dažiem citiem modeļiem? Kad jums izdosies vizualizēt vēlamo rezultātu, kodēt to un novērot, kā tas darbojas, kā plānots, esat spēris milzīgu soli, lai kļūtu par kompetentu aparatūras hakeru.

Tagad, kad esat apstiprinājis Nano moduļa darbību, dodieties uz priekšu un pielodējiet galvenes tapas uz tā. Kad galvenes ir pievienotas, moduli var viegli izmantot vienā no MCU laboratorijas lodēšanas paneļiem. Šis MCU moduļa pārbaudes process, lejupielādējot vienkāršu testa kodu, mainot un vēlreiz lejupielādējot, ir paraugprakse, kad tiek izmantots jauns vai cita veida MCU modulis.

Ja vēlaties papildu ievadinformāciju darbam Arduino ekosistēmā, iesakām iepazīties ar HackerBoxes sākuma semināra rokasgrāmatu, kurā ir iekļauti vairāki piemēri un saite uz PDF Arduino mācību grāmatu.

5. darbība: izpētiet MCU laboratoriju, izmantojot Arduino Nano

POTENCIOMETRS

Savienojiet potenciometra centrālo tapu ar Nano Pin A0.

Ielādēt un palaist: piemēri> Analogs> AnalogInput

Piemērs pēc noklusējuma ir Nano iebūvētais LED. Pagrieziet potenciometru, lai mainītu mirgošanas ātrumu.

Mainīt:

Kodā mainiet LedPin = 13 uz 4

Džemperis no Nano Pin 4 (un GND) uz vienu no sarkanajām MCU Lab gaismas diodēm.

BUZZER

Džemperis no skaņas signāla līdz nano tapai 8. Pārliecinieties, ka plates GND ir pievienots darbināmā Nano GND, jo skaņas signāla zemējums ir cieši pieslēgts pie dēļa GND tīkla.

Ielādēt un palaist: piemēri> Digitālais> toneMelody

OLED DISPLAY

Arduino IDE izmantojiet bibliotēkas pārvaldnieku, lai instalētu "ssd1306" no Alekseja Diānas.

Savienojiet OLED: GND ar GND, VCC līdz 5V, SCL ar Nano A5, SDA ar Nano A4

Ielādēt un palaist: piemēri> ssd1306> demonstrācijas> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

Arduino IDE izmantojiet bibliotēkas pārvaldnieku, lai instalētu FastLED

Pievienojiet WS2812 galvenes tapu Nano tapai 5.

Ielādēt: piemēri> FastLED> ColorPalette

Mainiet NUM_LEDS uz 1 un LED_TYPE uz WS2812B

Apkopot un palaist

UZRAKSTĪT KODU, KURI PIEPRĪCINĀT POGAS UN SLĒDZI

Neaizmirstiet izmantot pinMode (INPUT_PULLUP), lai lasītu pogu, nepievienojot rezistoru.

Apvienojiet dažus no šiem piemēriem kopā

Piemēram, izvadiet cikla izvadus interesantā veidā un parādiet stāvokļus vai ievades vērtības OLED vai sērijas monitorā.

6. darbība: WEMOS ESP32 Lite

ESP32 mikrokontrolleris (MCU) ir lēta, mazjaudas sistēma mikroshēmā (SOC) ar integrētu Wi-Fi un divu režīmu Bluetooth. ESP32 izmanto Tensilica Xtensa LX6 kodolu, un tajā ir iebūvēti antenas slēdži, RF balun, jaudas pastiprinātājs, zema trokšņa uztveršanas pastiprinātājs, filtri un jaudas pārvaldības moduļi. (wikipedia)

WEMOS ESP32 Lite modulis ir kompaktāks nekā iepriekšējā versija, kas atvieglo tā lietošanu uz lodēšanas plātnes.

Pirms lodēšanas tapas uz moduļa veiciet sākotnējo WEMOS ESP32 moduļa pārbaudi.

Iestatiet ESP32 atbalsta pakotni Arduino IDE.

Sadaļā Rīki> tāfele noteikti atlasiet “WeMos LOLIN32”

Ielādējiet parauga kodu sadaļā Faili> Piemēri> Pamati> Mirgot un ieprogrammējiet to WeMos LOLIN32

Programmas paraugam vajadzētu izraisīt moduļa gaismas diodes mirgošanu. Eksperimentējiet, mainot aizkaves parametrus, lai gaismas diode mirgo ar dažādiem modeļiem. Tas vienmēr ir labs uzdevums, lai radītu pārliecību par jauna mikrokontrollera moduļa programmēšanu.

Kad esat apmierināts ar moduļa darbību un tā programmēšanu, uzmanīgi pielodējiet abas rindas galvenes tapas un vēlreiz pārbaudiet ielādes programmas.

7. darbība: ESP32 video ģenerēšana

Šis video demonstrē ESP32 VGA bibliotēku un ļoti jauku, vienkāršu apmācību no bitluni laboratorijas.

Demonstrētā 3 bitu ieviešana (8 krāsas) izmanto tiešus vadu džemperus starp ESP32 moduli un VGA savienotāju. Šo savienojumu izveidošana MCU Lab VGA galvenē ir diezgan vienkārša, jo nav iesaistīti papildu komponenti.

Atkarībā no izmantotā MCU, tā sprieguma līmeņa, pikseļu izšķirtspējas un vēlamajiem krāsu dziļumiem starp MCU un VGA galveni var būt dažādas kombinēto rezistoru un rezistoru tīklu kombinācijas. Ja jūs nolemjat pastāvīgi izmantot iekšējos rezistorus, tos var pielodēt uz MCU Lab PCB. Ja vēlaties saglabāt elastību un it īpaši, ja vēlaties izmantot sarežģītākus risinājumus, tad ieteicams nelodēt nevienu rezistoru vietā un vienkārši izmantot, izmantojot lodēšanas plāksnes un VGA galveni, lai savienotu nepieciešamos rezistorus.

Piemēram, lai īstenotu bituni 14 bitu krāsu režīmu, kas parādīts video beigās, ESP32 moduli var novietot uz vienas no lodēšanas lodziņiem, bet otru-bez lodēšanas, lai savienotu rezistoru kāpnes.

Šeit ir daži citi piemēri:

HackerBox 0047 Arduino Nano darbina vienkāršu VGA izeju ar 4 rezistoriem.

VIC20 emulators ir ieviests uz ESP32, izmantojot FabGL un 6 rezistorus.

Īstenojiet BASIC datoru, izmantojot ESP32 un 3 rezistorus.

Spēlējiet Space Invaders uz ESP32, izmantojot FabGL un 6 rezistorus.

Izveidojiet VGA izeju uz STM32 ar 6 rezistoriem.

Vienlaicīgs teksta un grafikas slānis STM32 ar video demonstrāciju.

8. darbība: STM32F103C8T6 melno tablešu MCU modulis

Melnās tabletes ir uz STM32 balstīts MCU modulis. Tas ir uzlabots variants parastajai zilajai tabletei un retāk izmantotajai sarkanajai tabletei.

Melnajā tabletē ir STM32F103C8T6 32 bitu ARM M3 mikrokontrolleris (datu lapa), četru kontaktu ST-Link galvene, MicroUSB ports un PB12 lietotāja gaismas diode. Lai pareizi darbotos USB ports, ir uzstādīts pareizais PA12 pievilkšanas rezistors. Šai izvilkšanai parasti bija nepieciešama paneļa modifikācija citos tablešu dēļos.

Lai gan pēc izskata līdzīgs Arduino Nano, Melnās tabletes ir daudz jaudīgākas. 32 bitu STM32F103C8T6 ARM mikrokontrolleris var darboties ar frekvenci 72 MHz. Tas var veikt viena cikla reizināšanu un aparatūras sadalīšanu. Tam ir 64 KB zibatmiņa un 20 KB SRAM.

STM32 programmēšana no Arduino IDE.

9. darbība: TXS0108E 8 bitu loģikas līmeņa pārslēdzējs

TXS0108E (datu lapa) ir 8 bitu divvirzienu loģikas līmeņa pārslēdzējs. Modulis ir iestatīts līmeņa maiņas signāliem starp 3.3V un 5V.

Tā kā signāla līmeņa kanāli ir divvirzienu, peldošās ieejas var izraisīt nejaušu atbilstošo izeju darbību. Šādos gadījumos ir paredzēta izejas iespējošanas (OE) vadība, lai aizsargātu. Jābūt uzmanīgiem atkarībā no tā, kā pārslēdzējs ir pievienots, lai pārliecinātos, ka pārslēgšanas ierīces izeja (vai nu "tīša", vai peldošas ievades dēļ no otras puses) nekad nav atļauta, lai pārslēgtu izeju no citas ierīces.

OE tapa ir atvienota PCB pēdās. Zem moduļa ir divu kontaktu galvene OE un 3V3 savienošanai. Divu kontaktu galvenes saīsināšana (izmantojot stieples gabalu vai džemperu bloku) savieno OE ar 3V3, kas ļauj IC vadīt izejas. OE tapai var pievienot arī nolaižamo rezistoru un loģisko vadību.

10. solis: HackLife

Mēs ceram, ka jums patīk šī mēneša HackerBox piedzīvojums elektronikā un datortehnoloģijās. Sazinieties un dalieties savos panākumos zemāk esošajos komentāros vai HackerBoxes Facebook grupā. Atcerieties arī to, ka jebkurā laikā varat sūtīt e -pastu uz [email protected], ja jums ir jautājums vai nepieciešama palīdzība.

Ko tālāk? Pievienojieties revolūcijai. Dzīvojiet HackLife. Katru mēnesi saņemiet vēsu uzlaužamu rīku kastīti tieši jūsu pastkastē. Pārlūkojiet vietni HackerBoxes.com un reģistrējieties ikmēneša HackerBox abonementam.