Arduino PC: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Lai gan mikrokontrolleris ir dators mikroshēmā ar integrētu procesoru, atmiņu un I/O perifērijas ierīcēm, tomēr studentam tas šķiet gandrīz neatšķiras no citām DIP integrālajām shēmām. Tāpēc mēs izstrādājām projektu "Arduino PC" kā uzdevumu vidusskolēniem, kuri apmeklē "Digitālās elektronikas" kursu. Tas prasa viņiem izstrādāt un simulēt elektronisko shēmu Tinkercad, lai sasniegtu noteiktās projekta prasības (aplūkotas turpmāk). Mērķis ir dot iespēju studentiem redzēt mikrokontrollerus kā pilnvērtīgu datoru (lai gan ierobežotas iespējas), ko var izmantot ar pielāgotu tastatūru un LCD (šķidro kristālu displeju). Tas arī ļauj mums pārbaudīt viņu prasmi, izmantojot klasē apgūtos jēdzienus.

Šim uzdevumu projektam mēs iesakām Tinkercad, lai skolēniem nebūtu jāpaliek apkārt digitālajai elektronikas laboratorijai, lai meklētu komponentus, un viņi varētu strādāt sev ērtā laikā. Turklāt instruktoriem ir viegli izsekot katra studenta projekta statusam, izmantojot Tinkercad, kad tas ir kopīgots.

Projekts prasa studentiem:

1. Izstrādājiet pielāgotu tastatūru ar 15 ievades taustiņiem (10 taustiņi cipariem 0-9 un 5 instrukcijām +, -, x, / un =) un ne vairāk kā 4 savienojošās (datu) tapas (izņemot 2 tapas, ko izmanto barošanas avota nodrošināšanai) ievades nosūtīšanai uz Arduino Uno.
2. Saskarne ar LCD ar Arduino Uno.
3. Ierakstiet vienkāršu kodu Arduino Uno, lai interpretētu nospiesto taustiņu un parādītu to LCD.
4. Lai veiktu vienkāršas matemātiskas darbības (vairāk nekā veselu skaitļu ievades), pieņemot, ka visas ievades un rezultāti vienmēr ir veseli skaitļi diapazonā no -32, 768 līdz 32, 767.

Šis projekts palīdz skolēniem mācīties

1. Kodējiet dažādas ievades bināros kodos.
2. Izstrādājiet bināro kodētāju, izmantojot digitālo shēmu (šī ir tastatūras shēmas dizaina pamatā).
3. Identificējiet (atšifrējiet) atsevišķās ievades no to binārajiem kodējumiem.
4. Uzrakstiet Arduino kodus.

Piegādes

Projektam nepieciešams:

1. Piekļuve personālajam datoram ar stabilu interneta savienojumu.
2. Mūsdienīga pārlūkprogramma, kas var atbalstīt Tinkercad.
3. Tinkercad konts.

1. darbība. Tastatūras shēmas projektēšana

Tastatūras shēmas projektēšana ir viena no galvenajām projekta sastāvdaļām, kas prasa studentiem katru no 15 galvenajām ievadēm kodēt dažādos 4 bitu modeļos. Lai gan ir 16 atšķirīgi 4 bitu modeļi, viens 4 bitu modelis ir nepieciešams tikai noklusējuma stāvokļa attēlošanai, t.i., kad netiek nospiests neviens taustiņš. Tāpēc, īstenojot, mēs piešķīrām 0000 (ti, 0b0000), lai attēlotu noklusējuma stāvokli. Pēc tam mēs kodējām decimālos ciparus 1-9 pēc to faktiskā 4 bitu binārā attēlojuma (ti, attiecīgi 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 un 1001) un decimālo ciparu 0 ar 1010 (ti, 0b1010). Matemātiskās operācijas '+', '-', 'x', '/' un '=' tika kodētas attiecīgi kā 1011, 1100, 1101, 1110 un 1111.

Nosakot kodējumu, mēs izveidojām ķēdi, kā parādīts attēlā, kur taustiņi ir attēloti ar slēdžiem (spiedpogām).

2. darbība: saskarne ar LCD

Lai apskatītu Arduino Uno izvadi, tiek izmantots 16x2 LCD. Shēma LCD savienošanai ar Arduino ir diezgan standarta. Faktiski Tinkercad nodrošina iepriekš izveidotu Arduino Uno ķēdi, kas savienota ar 16x2 LCD. Tomēr var mainīt dažas Arduino Uno tapas, kas savienotas ar LCD, lai labāk pielāgotu citas perifērijas ierīces, piemēram, mūsu izstrādāto pielāgoto tastatūru. Īstenojot, mēs izmantojām shēmu, kas parādīta attēlā.

3. darbība: Arduino Uno koda rakstīšana

Lai interpretētu ievadi, kas nāk no tastatūras, un lai parādītu rezultātu LCD, mums ir jāielādē instrukcijas Arduino Uno. Arduino koda rakstīšana ir atkarīga no paša radošuma. Atcerieties, ka Arduino Uno esošais Atmega328p ir 8 bitu mikrokontrolleris. Tāpēc ir nepieciešams improvizēt, lai tas atklātu pārplūdi un darbotos lielam skaitam. Tomēr mēs tikai vēlamies pārbaudīt, vai Arduino Uno var atšifrēt ievadi un atšķirt ciparus (0–9) un matemātiskos norādījumus. Tāpēc mēs ierobežojam savu ievadi ar maziem veseliem skaitļiem (no -32, 768 līdz 32, 767), vienlaikus nodrošinot, ka izlaide arī ietilpst tajā pašā diapazonā. Turklāt var pārbaudīt citas problēmas, piemēram, pogu atcelšanu.

Pievienots vienkāršs kods, ko izmantojām, īstenojot projektu. To var nokopēt un ielīmēt koda redaktorā Tinkercad.

4. solis: visu salieciet kopā

Visbeidzot, mēs sasaistījām tastatūras barošanas tapas ar Arduino un pievienojām datu tapas (kas satur 4 bitu datus) ar ciparu tapām 10, 11, 12 un 13 (tādā secībā, kā minēts Arduino kods). Mēs arī pievienojām gaismas diodi (izmantojot 330 omu rezistoru) katrai datu tapai, lai apskatītu tastatūras katra taustiņa bināro kodējumu. Visbeidzot, mēs nospiežam pogu "Sākt simulāciju", lai pārbaudītu sistēmu.