Iesācēju rokasgrāmata mikrokontrolleriem: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Kas kopīgs tālvadības pultīm, maršrutētājiem un robotiem? Mikrokontrolleri! Mūsdienās iesācējiem piemērotus mikrokontrollerus ir viegli lietot un programmēt, izmantojot tikai klēpjdatoru, USB kabeli un kādu (bezmaksas) atvērtā pirmkoda programmatūru. Woohoo !! Visi projekti, šeit mēs nākam!

Loms? Ir, piemēram, 4324302* dažādi mikrokontrolleri, un tas var būt biedējoši, lai sāktu darbu, it īpaši, ja jūs tikai sākat nodarboties ar elektroniku. Kur pie velna tu sāc ?!

Tieši šeit, bbies, es saņēmu chu. Neatkarīgi no tā, vai vēlaties veidot atdzist elektroniskus projektus, apgūt programmēšanu/tehnoloģijas vai vēlaties mācīt citiem par elektroniku, šī apmācība palīdzēs jums saprast, kāds mikrokontrolleris ir piemērots jūsu vajadzībām, mērķiem un budžetam. Yay! Sāksim!

Lasīšanas laiks: ~ 20 min

*Labi, labi, varbūt ne *tik daudz, bet noteikti daži desmiti!

1. darbība: pagaidiet…. Kas ir mikrokontrolleris?

Varbūt jūs esat redzējis šo vārdu un bijāt kā “wtf”, bet nejutāties pietiekami ērti, lai pajautātu*. Pilnīgi labi, šeit ir īss pārskats:

Mikrokontrolleris ir "vienkāršs dators", kas cilpā palaiž vienu programmu. Tie ir paredzēti viena konkrēta uzdevuma veikšanai.

Šajā rokasgrāmatā mēs koncentrēsimies uz mikrokontrolleriem, kuriem ir sadalīšanas plates, vai uz plates, kas atvieglo savienošanu ar mikrokontrolleri un to ieprogrammē.

Izlaušanas panelī mikrokontrollera tapas ir pielodētas iespiedshēmas plates ("PCB"), PCB tiek pievienotas galvenes vai citi savienotāji, un tiek ielādēta kāda pamata programmaparatūra vai pastāvīga programmatūra, lai sagatavotu mikrokontrolleru signālu saņemšanai.

*Jautājumi vienmēr ir labi, pat ja tie ir “mēmi” vai “n00by”, vienkārši atrodiet drošu vietu - piemēram, Instructables!

2. darbība. Kāda ir atšķirība starp Raspberry Pi un mikrokontrolleri?

Raspberry Pi ir ne tikai mazs un burvīgs, bet arī pilnvērtīgs dators!: D

Datoriem ir mikroprocesori UN mikrokontrolleri, kas strādā kopā, lai vienlaikus veiktu daudzus uzdevumus.

Mikroprocesors ir tas, ko datorā veic “smagā celšana”. Tas veic norādījumus un aprēķinus, kas liek datoram darboties. Mikroprocesori ir daudz ātrāki nekā mikrokontrolleri, taču tiem ir nepieciešami ārēji resursi, piemēram, RAM, ievades/izvades porti utt., Savukārt mikrokontrolleris parasti ir autonoms.

Datori (kuriem ir ieejas un izejas, uzglabāšana un apstrāde) var vienlaikus darbināt vairākas programmas - jūs varat sērfot internetā, atcerēties ar vecām fotogrāfijām, rakstīt papīru un vienlaikus atvērt visas 1000 cilnes! Mikrokontrolleri … ne tik daudz. Jūs varat darīt vienu no šīm lietām, bet ne visas.

Lai uzzinātu vairāk par Raspberry Pi, iepazīstieties ar šīs apmācības pēdējo sadaļu!

3. darbība: Arduino (Uno)

Izturīgs, atvērtā pirmkoda mikrokontrolleris un programmēšanas vide, kas paredzēta iesācējiem ar zināšanām par shēmām.

Ieteicamie vecumi: 12+ (vai bērniem ir ērti ar programmēšanu un algebru)

Grūtības: vidējs

Vidējās izmaksas: ~ 35 USD

Ir daudz dažādu Arduino dēļu veidu. Šis ir Arduino Uno, vislabāk piemērots iesācējiem! Ir dēļi, kas ir lielāki, mazāki, valkājami un paredzēti īpašiem lietojumiem, piemēram, robotikai.

Labi pārzināt Arduino dēļus un programmēšanas kartes projektiem un karjerai datorzinātnēs, inženierzinātnēs un dizainā.

Aparatūras funkcijas

• Arduino Uno ir 14 digitālās ieejas un izejas ("I/O") tapas, 6 analogās I/O tapas, 2 strāvas padeves tapas (3,3 V un 5 V) un 3 zemējuma (GND) tapas.
• Ieejas jauda var būt no 5 līdz 12 VDC

• ICSP galvenes ļauj savienot tonnu dažādu papildplātņu, ko sauc par "vairogiem".

  Piemēram, varat pievienot WiFi vairogu, lai savienotu savu Arduino ar tīklu

Programmēšanas valoda: vadi (C ++ kombinācija/apstrāde)

Projekta paraugs: kustība-reaktīva Kratiet labirinta spēli!

Pērciet/uzziniet vairāk: Arduino vietne

4. solis: mikro: bits

Draudzīgs lil’mikrokontrolleris, kas ir ērts bērniem un cilvēkiem, kuri tikai sāk darbu ar kodēšanu un aparatūru.

Ieteicamie vecumi: 8+ (vai bērni var ērti izmantot ķēdes un vienkāršus instrumentus)

Grūtības: iesācējs

Vidējās izmaksas: ~ 15 ASV dolāri

Micro: Bit ir lielisks rīks, lai sāktu mācīties kodēt, iemācītu citiem, īpaši sākumskolas skolēniem, kodēt un izveidotu vienkāršus un ātrus elektroniskos prototipus.

Micro: Bit ir Microsoft un BBC sadarbība, lai mācību datorus ievestu klasēs visā pasaulē.

Aparatūras funkcijas:

• Micro: Bit ir 3 digitālās un analogās I/O tapas, 1 strāvas padeves tapa (3,3 V) un 1 zemējuma (GND) tapa
• Barošanas avotam jābūt 3–5 VDC, izmantojot mikro USB kabeli vai akumulatora bloka savienotāju.

• Tam ir arī daudz ieeju, izeju un sensoru!

  • 5x5 (25) LED matrica
  • Divas (2) spiedpogas (A, B)
  • Radio raidītājs un uztvērējs
  • Akselerometrs
  • Kompass
  • Gaismas un temperatūras sensori
• Lai iegūtu vairāk I/O tapas, paņemiet Micro: Bit breakout!

Programmēšanas valoda: uz blokiem vai Javascript (www. MakeCode.org); var izmantot arī CircuitPython

Projekta paraugs: īsziņu sūtīšanas lelle!

Pirkšana/Uzziniet vairāk: Micro: Bit vietne

5. solis: Circuit Playground Express

Universāls mikrokontrolleris, kas lieliski piemērots bērniem un cilvēkiem, kas tikai sāk darbu ar kodēšanu un aparatūru.

Piezīme: Ir arī Circuit Playground Classic - aparatūra ir gandrīz identiska, taču šī tāfele ir ieprogrammēta Arduino IDE.

Ieteicamie vecumi: 8+ (vai bērni var ērti izmantot ķēdes un vienkāršus instrumentus)

Grūtības: iesācējs

Vidējās izmaksas: ~ 25 ASV dolāri

Circuit Playground Express jeb CPX ir noderīgs rīks, lai uzzinātu, kā kodēt, iemācītu citiem kodēt un izveidotu ātrus prototipus iesācējiem, gan ekspertiem.

Circuit Playground Express ir jaudīgs un daudzpusīgs mikrokontrolleris, ko radījis uzņēmums Adafruit Industries.

Aparatūras funkcijas

• CPX ir 7 digitālās/analogās ieejas un izejas ("I/O") gredzeni, kas ir arī kapacitatīvs pieskāriens!

  • 1 "īsts" analogs I/O gredzens
  • 2 izslēgšanas gredzens (3.3V)
  • 3 Zemes (GND) tapas
• Barošanas avotam jābūt 3–5 VDC, izmantojot mikro USB kabeli vai akumulatora bloka savienotāju.

• Ir arī daudzas ieejas, izejas un sensori!

  • 10 mini neopikseļi (var būt visās krāsās)
  • 2 spiedpogas (A, B)
  • 1 Bīdīšanas slēdzis

  • Infrasarkanais raidītājs un uztvērējs

    Var saņemt/pārsūtīt tālvadības pults kodus, nosūtīt ziņojumu starp CPX un darboties kā attāluma sensors

  • Akselerometrs
  • Skaņas sensors un mini skaļrunis
  • Gaismas un temperatūras sensori

Programmēšanas valoda: uz blokiem vai Javascript (www. MakeCode.org); var izmantot arī CircuitPython un Wiring (Arduino IDE)

Projekta piemērs: Minecraft žestu kontrolieris!

Pirkšana/Uzziniet vairāk: Adafruit Industries

6. solis: Makey Makey

Interaktīvs ievada mikrokontrolleris, kas lieliski piemērots maziem bērniem un cilvēkiem, kuri vēl nav iepazinušies ar elektroniku un kodēšanu, īpaši tiem, kas vēlas spēlēties ar tehnoloģijām, neizveidojot shēmas un kodu.

Ieteicamais vecums: 5+ (vai bērniem ērti, izmantojot vienkāršus instrumentus)

Grūtības: iesācējs

Vidējās izmaksas: ~ 50 ASV dolāri

Makey Makey ir lielisks pirmais solis elektronikas un tehnoloģiju jomā - nav nepieciešama programmēšana! Pievienojiet aligatora skavas spilventiņiem un pēc tam pievienojiet jebkuru nedaudz vadošu materiālu, piemēram, rokas, augļus vai metāla priekšmetus, lai iedarbinātu noteiktus tastatūras un peles taustiņus.

Makey Makey ir ar Arduino saderīga tāfele, kas nozīmē, ka to var arī pārprogrammēt, izmantojot Arduino integrēto attīstības vidi ("IDE").

Aparatūras funkcijas

• Makey Makey ir seši (6) kapacitatīvi skārienpaliktņi tāfeles priekšpusē:

  • Četri kontrolē tastatūras bulttaustiņus,
  • Viens kontrolē atstarpes taustiņu un
  • Viens kontrolē peles kreiso klikšķi.

• Dēļa aizmugurē ir galvenes tapas, lai iegūtu vairāk vadības (arī kapacitatīvs pieskāriens):

  • Sešas (6) tapas, kas sakrīt ar burtiem,
  • Četras (4) tapas, kas sakrīt ar bultiņām,
  • Divas (2) tapas, kas kartē ar peles taustiņiem, un
  • Viena (1) tapa, kas tiek piesaistīta atstarpes taustiņam.
  • Ir arī trīs (3) vispārējas I/O tapas, 5 V strāvas tapa un zemējuma tapa.

Programmēšanas valoda: nav piemērots iesācējiem; prot rakstīt Scratch programmas (balstītas uz blokiem); var pārprogrammēt vadu sistēmā (Arduino IDE)

Projektu piemēri

Iesācējs: grīdas klavieres

Starpposms: interaktīvā aptaujas spēle!

Pirkšana/Uzziniet vairāk: Makey Makey vietne

7. darbība. Citi izplatītie dēļi

Ir pārāk daudz mikrokontrolleru, lai tos iekļautu vienā apmācībā. Ja jums ir īpaši īpaša specialitāte, iespējams, tam ir mikrokontrolleris (tāpat kā lietotnes!). Lai sajustu dažas citas šajā pamācībā neminētās plates, iepazīstieties ar SparkFun Electronics un Adafruit Industries inventāru un/vai jautājiet cilvēkiem šajā jomā!

Šeit ir daži no maniem favorītiem:

Daļiņu fotons

Līdzīgi kā Arduino Nano, Photon ir ar WiFi savienots mikrokontrolleris, ko var ieprogrammēt bezvadu režīmā. Vienkāršākā iestatīšana izmanto (bezmaksas) viedtālruņa lietotni, bet, ja to var arī ieprogrammēt tieši, izmantojot USB, gandrīz tādā pašā valodā kā Arduino*.

Ieteicamie vecumi: 12+ (vai bērniem ērti ar shēmām un kodēšanu)

Grūtības: vidējs

Izmaksas: ~ 20 USD

Lai iegūtu vairāk informācijas un iegūtu fotonu iestatījumus, apmeklējiet Daļiņu tiešsaistes veikalu šeit.

Programmēšanas valoda: vadi (vairāk vai mazāk)

Projekta piemērs

IoT rūpnieciskais mērogs

*Elektroinstalācija ir koda ietvars, tāpēc lielākā daļa Arduino koda darbosies bez izmaiņām. Var rakstīt arī C/C ++ vai ARM montāžā

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Super mazs, super lēts (un šobrīd ļoti populārs IoT* kopienā) WiFi mikrokontrolleris. Jums būs nepieciešams FTDI vai konsoles kabelis. Jūs varat izmantot Arduino IDE, lai ieprogrammētu šo dēli vai NodeMCU Lua tulku.

Ieteicamie vecumi: 14+ (vai bērniem ērti ar aparatūru un programmatūru)

Grūtības pakāpe: vidējā ++

Izmaksas: ~ 10 USD

Lai iegūtu vairāk informācijas, apmeklējiet HUZZAH Adafruit produktu lapu.

(SparkFun ir arī līdzīga tāfele "ESP8266 Thing", kuru varat atrast šeit par ~ 15 USD.)

Programmēšanas valoda: Lua (piemēram, Python) vai vadu savienojums (Arduino IDE)

*IoT nozīmē "lietu internets", kas ir termins, kas attiecas uz dažādu aparatūras ierīču, piemēram, sensoru un sadzīves elektronikas, pieslēgšanu un kontroli ar internetu.

Adafruit piekariņš M0

Neliels, bet jaudīgs mikrokontrolleris, kas izplūst līnijas starp datoru un mikrokontrolleri (tam ir ATSAMD21E18 32 bitu Cortex M0 procesors). To var ieprogrammēt, izmantojot Circuit Python vai Arudino IDE.

Ieteicamie vecumi: 14+ (vai bērniem ērti ar aparatūru un programmatūru)

Grūtības: vidējs

Izmaksas: ~ 9 USD

Lai iegūtu vairāk informācijas, apmeklējiet Adafruit produktu lapu Trinket M0.

Programmēšanas valoda: CircuitPython vai Wiring (Arduino IDE)

Ir TON citu M0 plates, kuru apjoms ir līdzīgs Arduino Zero savienojamiem mikrokontrolleriem. Ja tas neatbilst jūsu vajadzībām vai jūsu vēlmēm, meklējiet Adafruit un SparkFun vietnēs!

8. darbība: valkājami mikrokontrolleri

Ir arī nedaudz mikrokontrolleru, kas paredzēti valkājamiem projektiem!

Tas padara tos īpašus ar to, ka tos var mazgāt, tāpēc jums tie nav jāizrauj no jūsu izveidotā lieliskā projekta (bet izņemiet akumulatoru!).

Valkājamiem mikrokontrolleriem ir arī īpašas I/O tapas, kas atvieglo šūšanu apģērbā un dūrienu ķēdēs ar vadošu diegu. Šeit ir daži no maniem favorītiem:

Adafruit FLORA

Apļveida šujams mikrokontrolleris ar 14 ieejām un izejām. Var mazgāt (bet noteikti izņemiet akumulatoru).

Ieteicamie vecumi: 12+ (vai bērniem ērti ar shēmām un kodēšanu)

Grūtības: vidējs

Izmaksas: 15 ASV dolāri

Programmēšanas valoda: vadi (Arduino IDE)

Lai iegūtu vairāk informācijas, apmeklējiet Adafruit FLORA produktu lapu.

Arduino Džemma

Neliels šujams mikrokontrolleris ar 3 ieejām un izejām. Lieliski piemērots slēpšanai, savienošanai ar maziem priekšmetiem un rotaslietu radīšanai.

Ieteicamie vecumi: 12+

Grūtības: vidējs

Izmaksas: ~ 5 USD

Programmēšanas valoda: vadi (Arduino IDE)

Lai iegūtu vairāk informācijas, apmeklējiet Arduino Gemma produktu lapu.

Arduino Lilypad

Apļveida šujams mikrokontrolleris ar 14 pieejamām ieejām un izejām.

Ieteicamie vecumi: 12+

Grūtības: vidējs

Izmaksas: ~ 25 USD

Programmēšanas valoda: vadi (Arduino IDE)

Lai iegūtu vairāk informācijas, apmeklējiet SparkFun produkta lapu Lilypad.

9. darbība: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi jeb saīsināti Pi ir dators ar kredītkarti*, kurā darbojas īpaša Linux versija un kuru var ieprogrammēt aparatūras vadībai.

Ieteicamie vecumi: 12+ Vai arī bērniem ir ērti ar kodēšanu un algebru

Grūtības: vidējs (viegli kā dators)

Vidējās izmaksas: ~ 35 USD

Raspberry Pi datoru vai īsumā Pi var izmantot kā “standarta” datoru vai kā kontrolieri visa veida aparatūras projektiem. Tas ir lielisks pirmais dators, ko bērni var izmantot un iemācīties kodēt, un aparatūras eksperti to plaši izmanto, lai izveidotu visu veidu elektroniskos projektus, sākot no robotiem līdz 3D printeriem un beidzot ar mājas automatizācijas sistēmām!

Raspberry Pi ir mainījis veidu, kā mēs veidojam elektroniku! Ir dažas dažādas versijas, jaunākā ir Raspberry Pi 3 un Pi Zero, Pi 3 miniatūra versija tikai par 10 USD.

Aparatūras pārskats

• Ieteicamā operētājsistēma (“OS”) ir īpaša Linux versija ar nosaukumu Raspbian.

• Pi ir 40 vispārējas nozīmes ievades un izvades (“GPIO”) tapas.

  • 26 digitālās I/O tapas (nav analogās I/O)
  • 4 izejas tapas (divas 3.3V un divas 5V)
  • 8 Zemes (GND) tapas
  • 2 speciālas tapas (I2C ID EEPROM, tikai progresīvai lietošanai)

• Pi ir arī lielākā daļa standarta datora funkciju:

  • 4 USB porti
  • 1 Ethernet ports
  • 1 HDMI ports
  • 1 Audio ligzda
  • 1 kameras moduļa ports

Programmēšanas valoda (GPIO tapām): Python vai C ++

Tā kā šis ir pilns dators, jūs varat programmēt jebkurā vēlamajā valodā, ieskaitot citu mikrokontrolleru programmēšanu!

Projektu piemēri

IoT mājdzīvnieku monitors!

Trieciena spēka monitors

Pirkums/vairāk informācijas: Raspberry Pi Foundation

*Pi var izmantot līdzīgi standarta mikrokontrolleram UN var arī kontrolēt mikrokontrollerus! Būtībā Pi ir ļoti satriecošs, un man * tas ir jāiekļauj, pat ja tas tehniski ir dators:)

10. solis: pēdējās domas

Ja jūs tikai sākat darbu un vēlaties veidot visu veidu projektus, es ieteiktu Circuit Playground Express. Ir ļoti viegli sākt darboties, un tajā ir daudz ierīču.

Ja jūs ļoti interesē datortīkli, mākslīgais intelekts vai lietu savienošana ar internetu (piemēram, viedās mājas izveide), es ieteiktu Raspberry Pi.

Ja vēlaties izturīgu, stabilu un uzticamu dēli, lai izveidotu dažādus projektus, izmantojiet Arduino.

Ja jums joprojām nav ne jausmas, ar ko sākt un esat pilnīgi iebiedēts, sāciet ar Micro: Bit - tas ir tikai 15 USD, un tajā ir daudz jautru lietu, ar kurām spēlēties. Turklāt, ja jūs to saņemat savam draugam, varat sūtīt lil ziņojumus turp un atpakaļ:)

Labākais padoms, ko varu jums dot, ir atrast aizrautīgu projektu un to izveidot! Tiešsaistē ir daudz pamācību, tāpēc meklējiet kādu, kurš ir izveidojis tādu pašu vai līdzīgu projektu. Izveidojiet to secinājumus un pielāgojiet, kā vēlaties!

Un, protams, atstājiet visus saistītos jautājumus komentāros, un es darīšu visu iespējamo, lai palīdzētu!

Laimīgu hakeru!