HackerBox 0051: MCU labor: 10 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Tervitused HackerBoxi häkkeritele kogu maailmas! HackerBox 0051 esitleb HackerBox MCU labori. MCU Lab on arendusplatvorm mikrokontrollerite ja mikrokontrollerimoodulite testimiseks, arendamiseks ja prototüüpide loomiseks. MCU labori funktsiooniplokkide uurimiseks kasutatakse Arduino Nano, ESP32 moodulit ja SMT32 musta pilli. MCU Labi funktsiooniplokkide hulka kuuluvad lülitid, nupud, LED -id, OLED -ekraan, sumin, potentsiomeeter, RGB -piksel, loogika taseme nihutaja, VGA -väljund, PS/2 klaviatuuri sisend, USB -jadaliides ja kaks jooteta prototüüpimisala.

See juhend sisaldab teavet HackerBox 0051 kasutamise alustamiseks, mida saab siit osta, kuni kaupa jätkub. Kui soovite saada sellist HackerBoxi iga kuu otse oma postkasti, tellige see aadressil HackerBoxes.com ja liituge revolutsiooniga!

HackerBoxes on igakuine abonentkasti teenus riistvarahäkkeritele ning elektroonika- ja arvutitehnoloogiahuvilistele. Liituge meiega HACK LIFE elus.

Samm: HackerBox 0051 sisu loend

• MCU moodul 1: Arduino Nano 5V, 16MHz
• MCU moodul 2: WEMOS ESP32 Lite
• MCU moodul 3: STM32F103C8T6 must pill
• Eksklusiivne MCU labori trükkplaat
• FT232RL USB jadaadapter
• OLED 128x64 ekraan I2C 0,96 tolli
• Kahesuunaline 8-bitine loogika taseme nihutaja
• WS2812B RGB SMD LED
• Neli puutetundlikku pinnale kinnitatavat nuppu
• Neli punast hajutatud 5 mm LED -i
• Pietsosummer
• HD15 VGA pistik
• Mini-DIN PS/2 klaviatuuri pistik
• 100K oomi potentsiomeeter
• 8 Asendage DIP -lüliti
• AMS1117 3.3V lineaarne regulaator SOT223
• Kaks 22uF tantaalkondensaatorit 1206 SMD
• Kümme 680 oomi takistit
• Neli kleepuvat kummist PCB -jalga
• Kaks 170 -punkti Mini Solderless -leiba
• Üksteist 8 kontaktiga naissoost pistikupesa
• 40 kontaktiga katkestuspäis
• 65 meessoost hüppajajuhtme komplekt
• Tõstetud rusikaga trükkplaadi kleebis
• Hack The Planet Smiley piraatide kleebis
• Eksklusiivne HackerBox võtmehoidja "Eemalda enne lendu"

Mõned muud asjad, mis aitavad:

• Jootekolb, joodis ja põhilised jootetööriistad
• Arvuti tarkvara tööriistade käitamiseks

Kõige tähtsam on see, et vajate seiklustunnet, häkkerivaimu, kannatlikkust ja uudishimu. Kuigi elektroonika ehitamine ja katsetamine on väga tasuv, võib see olla keeruline, väljakutsuv ja kohati isegi masendav. Eesmärk on progress, mitte täiuslikkus. Kui te jätkate ja naudite seiklust, võib sellest hobist saada palju rahulolu. Tehke iga samm aeglaselt, arvestage üksikasjadega ja ärge kartke abi küsida.

HackerBoxesi KKK -s on palju teavet praeguste ja tulevaste liikmete kohta. Peaaegu kõik meile saadetud mittetehnilise toe e-kirjad on seal juba vastatud, seega hindame teid väga, kui võtate KKK lugemiseks mõne minuti.

2. samm: HackerBoxes MCU Lab

MCU Lab on kompaktne, poleeritud versioon arendusplatvormist, mida kasutame erinevate mikrokontrolleritel (MCU) põhinevate disainilahenduste prototüüpimiseks ja testimiseks. See on väga kasulik MCU moodulitega (nt Arduino Nano, ESP32 DevKit jne) või üksikute MCU seadmepakettidega (nt ATMEGA328, ATtiny85s, PIC jne) töötamiseks. Siht -MCU saab paigutada ükskõik millisesse jootmata leivaplaati. Kaks MCU -d saab liidestada mõlema leivalaua abil või ühte leivaplaadi ruumi saab kasutada muude vooluringide jaoks.

MCU labori "funktsiooniplokid" on jaotatud naiste päisteks, mis on sarnased Arduino UNO -st leitud päistega. Naissoost päised ühilduvad isaste hüppajate nööpnõeltega.

Samm: pange kokku HackerBoxes MCU labor

SMD KOMPONENDID PAARDI TAGA

Alustage lineaarse regulaatori AMS1117 (SOT 233 pakett) ja kahe 22uF filtrikondensaatori paigaldamisega trükkplaadi tagaküljele. Pange tähele, et iga kondensaatori siiditrüki üks külg on ristkülikukujuline ja teine pool kaheksanurkne. Kondensaatorid peaksid olema suunatud nii, et pakendil olev tumejoon joonduks kaheksanurkse siiditrükiga.

JÄTKAKSE KOMPONENTIDEGA LAUA ESIL

Jootke WS2812B RGB LED. Suunake iga LED -i valge märgistatud nurk vastavalt sakkidega nurgale, nagu on näidatud PCB siiditrükil.

Neli SMD puutetundlikku nuppu

Neli punast LED -i nelja takistiga

Taseme nihutaja, mille VA tihvt on lähim 3V3 märgistusele ja VB tihvt 5V märgistusele. Level Shifter moodulit saab paigaldada PCB -sse tasapinnale, jootades päised moodulile ja seejärel libistades mustad plastist vahepead päistelt maha enne mooduli paigaldamist MCU Lab PCB -le. Ka vahekauguste sisse jätmine on hea.

FT232 mooduli ühendamiseks saab päise kaks riba ära murda. Väiksemat 4-kontaktilist päiseosa saab kasutada ka 5V/GND päise jaoks vahetult FT232 mooduli kõrval.

Täitke praegu naissoost VGA -päis, mis on HD15 VGA -pistikule ja klaviatuuri pesale kõige lähemal. ÄRGE siiski asustage täiendavat päist ühe või viie takistiga nende kahe päise vahele. Videosignaali liidese konkreetseid võimalusi arutatakse hiljem.

Täida ülejäänud üheksa naispealkirja.

Eemaldage liimita mõlema jootmiseta leivalaua tagaküljelt, et need MCU Lab PCB külge kinnitada.

Asetage liimitavad kummijalad MCU Lab PCB põhja, et kaitsta töölauda kriimustuste eest.

VÕIMESISENDITE KÄSITLEMINE

MCU laborisse võib jõuda vähemalt kaks ja tõenäolisemalt neli kohta. See võib põhjustada probleeme, seega kaaluge alati hoolikalt järgmisi näpunäiteid:

Kõik päisepunktid märgistusega 5V on ühendatud. 5V rööp ühendatakse ka klaviatuuri pesa, taseme nihutaja ja WS2812B RGB LED -iga. 5V rööpale saab toite anda, kui ühendate FT232 USB -ga, ühendate nelja kontaktiga toitepistiku välise toiteallikaga või ühendate hüppaja ühest PCB 5V -nööbist toitega 5V -mooduliga (tavaliselt USB -toitega)).

Sarnaselt on kõik GND tihvtid ühendatud. Nad ühenduvad FT232 USB GND -ga (eeldusel, et USB on ühendatud FT232 -ga). Neid saab ühendada ka maaga, kasutades nende vahel olevat hüppajat ja toiteallikaga moodulit, nagu on kirjeldatud 5 V võrgu puhul.

3V3 rööpa juhib PCB tagaküljel asuv regulaator. See on ainult allikas ja (erinevalt 5 V rööbast) ei tohiks seda juhtida ükski moodul ega muu vooluahel, kuna seda juhitakse otse 5 V rööpa regulaatorist.

Samm: Arduino Nano MCU moodul

Tänapäeval on üks levinumaid MCU mooduleid Arduino Nano. Kaasasoleval Arduino Nano plaadil on päisepoldid, kuid need ei ole mooduli külge joodetud. Jätke tihvtid praegu välja. Tehke need esmased testid Arduino Nano moodulil enne jootmist päise tihvtidele. Vaja on ainult microUSB -kaablit ja Arduino Nano plaati, nagu see kotist välja tuleb.

Arduino Nano on pinnale paigaldatav leivaplaadisõbralik miniatuurselt ehitatud Arduino plaat, millel on integreeritud USB. See on hämmastavalt täisfunktsionaalne ja seda on lihtne häkkida.

Funktsioonid:

• Mikrokontroller: Atmel ATmega328P
• Pinge: 5V
• Digitaalsed I/O kontaktid: 14 (6 PWM)
• Analoogsisendi tihvtid: 8
• Alalisvool I/O kontakti kohta: 40 mA
• Välkmälu: 32 KB (2 KB alglaaduri jaoks)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Kella kiirus: 16 MHz
• Mõõdud: 17 x 43 mm

See konkreetne Arduino Nano variant on must Robotdyn Nano. Sisaldab sisseehitatud MicroUSB-porti, mis on ühendatud CH340G USB/Serial Bridge kiibiga. Üksikasjalikku teavet CH340 (ja vajadusel draiverite) kohta leiate siit.

Kui ühendate Arduino Nano esmakordselt arvuti USB -porti, peaks roheline toitetuli süttima ja varsti pärast seda, kui sinine LED hakkab aeglaselt vilkuma. See juhtub seetõttu, et Nano on eellaaditud programmiga BLINK, mis töötab uhiuuel Arduino Nano peal.

TARKVARA: Kui teil pole veel Arduino IDE installitud, saate selle alla laadida saidilt Arduino.cc

Ühendage Nano MicroUSB -kaabliga ja kaabli teine ots arvuti USB -porti. Käivitage Arduino IDE tarkvara. Valige IDE -s tööriistade> tahvli alt "Arduino Nano" ja tööriistade> protsessori alt "ATmega328P (vana alglaadur)". Valige tööriistade> pordi alt sobiv USB -port (tõenäoliselt on see nimi nimega "wchusb").

Lõpuks laadige üles mõni näidiskood: File-> Examples-> Basics-> Blink

Vilkumine on tegelikult kood, mis laaditi nanole ja see peaks praegu töötama, et sinine LED aeglaselt vilkuda. Seega, kui laadime selle näidiskoodi, ei muutu midagi. Selle asemel muudame koodi veidi.

Vaadates tähelepanelikult, näete, et programm lülitab LED -i sisse, ootab 1000 millisekundit (üks sekund), lülitab LED -i välja, ootab veel sekundit ja teeb siis kõik uuesti - igavesti.

Muutke koodi, muutes mõlemad laused "delay (1000)" väärtuseks "delay (100)". See muudatus paneb LED -i vilkuma kümme korda kiiremini, eks?

Laadime muudetud koodi nanosse, klõpsates nuppu UPLOAD (nooleikoon) vahetult muudetud koodi kohal. Vaadake allpool olekuteabe koodi: "kompileerimine" ja seejärel "üleslaadimine". Lõpuks peaks IDE näitama "Üleslaadimine lõpetatud" ja teie LED peaks vilkuma kiiremini.

Kui jah, siis palju õnne! Häkkisite just oma esimese manustatud koodi.

Kui teie kiire vilkumise versioon on laaditud ja töötab, siis miks mitte vaadata, kas saate koodi uuesti muuta, nii et LED hakkab kaks korda kiiresti vilkuma ja seejärel oodake paar sekundit enne kordamist? Proovi! Kuidas oleks mõne muu mustriga? Kui teil on soovitud tulemuse visualiseerimine, selle kodeerimine ja plaanipärase toimimise jälgimine õnnestunud, olete astunud tohutu sammu pädeva riistvarahäkkeriks saamise suunas.

Nüüd, kui olete Nano mooduli toimimise kinnitanud, jätkake ja jootke päise tihvtid sellele. Kui päised on ühendatud, saab moodulit hõlpsasti kasutada mõnes MCU Labi jootevabas leivalauas. See MCU mooduli testimise protsess lihtsa testkoodi allalaadimise, muutmise ja uuesti allalaadimise teel on hea tava uue või erinevat tüüpi MCU mooduli kasutamisel.

Kui soovite lisateavet Arduino ökosüsteemis töötamise kohta, soovitame tutvuda HackerBoxes Starter Workshopi juhendiga, mis sisaldab mitmeid näiteid ja linki PDF -i Arduino õpikule.

Samm: avastage Arduino Nano abil MCU labor

POTENTIOMEETER

Ühendage potentsiomeetri keskmine tihvt Nano Pin A0 -ga.

Laadige ja käivitage: näited> Analoog> AnalogInput

Näite vaikeseade on Nano sisseehitatud LED. Vilgumiskiiruse muutmiseks keerake potentsiomeetrit.

Muutma:

Muutke koodis LedPin = 13 kuni 4

Hüppaja Nano Pin 4 (ja GND) juurest ühe MCU labori punase LED -i juurde.

BUZZER

Hüppaja helisignaalilt nanoühendusele 8. Veenduge, et plaadi GND on ühendatud toitega Nano GND -ga, kuna sumisti maandus on plaadi GND -võrguga kõvasti ühendatud.

Laadige ja käivitage: näited> Digitaalne> toneMelody

OLED -Ekraan

Kasutage Arduino IDE -s teegihaldurit, et installida Alexey Dyna "ssd1306".

Ühendage OLED: GND GND -ga, VCC 5V -ga, SCL Nano A5 -ga, SDA Nano A4 -ga

Laadige ja käivitage: näited> ssd1306> demod> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

Kasutage Arduino IDE -s FastLED -i installimiseks teegihaldurit

Ühendage WS2812 päise tihvt Nano tihvtiga 5.

Laadimine: näited> FastLED> ColorPalette

Muutke NUM_LEDS väärtuseks 1 ja LED_TYPE väärtuseks WS2812B

Koosta ja käivita

NUPPIDE JA LÜLITIJATE HARJUTAMISEKS KIRJUTAGE KOODI

Ärge unustage kasutada nuppu pinMode (INPUT_PULLUP) nupu lugemiseks ilma takistit lisamata.

KOMBINEERIGE KOGU NENDE NÄITEID

Näiteks tsüklige väljundeid mõnel huvitaval viisil ja näidake olekuid või sisendväärtusi OLED- või jadamonitoril.

Samm: WEMOS ESP32 Lite

ESP32 mikrokontroller (MCU) on odav ja väikese energiatarbega süsteem kiibil (SOC), millel on integreeritud WiFi ja kaherežiimiline Bluetooth. ESP32 kasutab Tensilica Xtensa LX6 tuuma ja sisaldab sisseehitatud antennilüliteid, raadiosagedusbalunit, võimsusvõimendit, madala müratasemega vastuvõtuvõimendit, filtreid ja toitehaldusmooduleid. (wikipedia)

WEMOS ESP32 Lite moodul on eelmisest versioonist kompaktsem, mis muudab selle kasutamise lihtsamaks jootmiseta leivaplaadil.

Tehke esmane WEMOS ESP32 mooduli test enne päise tihvtide jootmist moodulile.

Seadistage ESP32 tugipakett Arduino IDE -s.

Valige tööriistade ja tahvli alt kindlasti „WeMos LOLIN32”

Laadige näidiskood menüüst Failid> Näited> Põhitõed> Blink ja programmeerige see WeMos LOLIN32

Näidisprogramm peaks põhjustama mooduli LED -i vilkumise. Katsetage viivitusparameetrite muutmisega, et LED vilguks erinevate mustritega. See on alati hea harjutus enesekindluse suurendamiseks uue mikrokontrollerimooduli programmeerimisel.

Kui olete mooduli töö ja selle programmeerimisega rahul, jootke ettevaatlikult kaks rida päisepoldid oma kohale ja katsetage uuesti laadimisprogramme.

Samm: ESP32 video genereerimine

See video näitab ESP32 VGA raamatukogu ja väga kena ja lihtsat õpetust bitluni laborist.

Demonstreeritud 3-bitises teostuses (8 värvi) kasutatakse otsejuhtmete hüppajaid ESP32 mooduli ja VGA-pistiku vahel. Nende ühenduste loomine MCU Labi VGA päises on üsna lihtne, kuna lisakomponente pole.

Sõltuvalt kasutatavast MCU-st, selle pingetasemest, pikslite eraldusvõimest ja soovitud värvisügavustest on MCU ja VGA päise vahele paigutatavad mitmesugused sisseehitatud takistite ja takistusvõrkude kombinatsioonid. Kui otsustate püsivalt kasutada sisetakistusi, saab need joota MCU lab PCB -le. Kui soovite säilitada paindlikkust ja eriti kui soovite kasutada keerulisemaid lahendusi, on soovitatav mitte takisteid oma kohale jootma hakata ja kasutada lihtsalt vajalike takistite ühendamiseks jooteta plaate ja VGA -päist.

Näiteks bituni 14-bitise värvirežiimi rakendamiseks, mis on näidatud video lõpus, saab ESP32 mooduli paigutada ühele jootmata mini-tahvlile ja teise joodeta plaadi abil takistusredelid ühendada.

Siin on veel mõned näited:

HackerBox 0047 -s juhib Arduino Nano lihtsat VGA -väljundit, millel on 4 takistit.

VIC20 emulaator on rakendatud ESP32 -l, kasutades FabGL -i ja 6 takistit.

Rakendage BASIC PC, kasutades ESP32 ja 3 takistit.

Mängige Space Invadersit ESP32 -l, kasutades FabGL -i ja 6 takistit.

Looge STM32 VGA väljund 6 takistiga.

Samaaegne teksti- ja graafikakiht STM32 -l koos video demonstratsiooniga.

8. samm: STM32F103C8T6 musta pilliga MCU moodul

Must pill on STM32-põhine MCU-moodul. See on täiustatud variant tavalisel sinisel pillil ja vähem levinud punasel pillil.

Mustal pillil on 32-bitine ARM M3 mikrokontroller (andmeleht) STM32F103C8T6 (andmeleht), nelja kontaktiga ST-Linki päis, MicroUSB-port ja PB12 kasutaja LED. USB-pordi õigeks toimimiseks on paigaldatud PA12-le õige tõmbetakisti. See tõmbamine nõudis tavaliselt plaadi muutmist teistel pilliplaatidel.

Kuigi välimuselt sarnaneb Arduino Nano, on Black Pill palju võimsam. 32 -bitine STM32F103C8T6 ARM mikrokontroller võib töötada sagedusel 72 MHz. See võib teostada ühe tsükli korrutamist ja riistvara jagamist. Sellel on 64 kbyte Flash -mälu ja 20 KB SRAM -i.

STM32 programmeerimine Arduino IDE -st.

9. samm: TXS0108E 8-bitine loogikataseme nihutaja

TXS0108E (andmeleht) on 8-bitine kahesuunaline loogika taseme nihutaja. Moodul on seadistatud nihke signaalidele vahemikus 3,3 V kuni 5 V.

Kuna signaalitaseme kanalid on kahesuunalised, võivad ujuvad sisendid põhjustada vastavate väljundite tahtmatut käivitamist. Selliste stsenaariumide korral on olemas väljundi lubamise (OE) juhtelement. Sõltuvalt sellest, kuidas käiguvahetaja on ühendatud, tuleb olla ettevaatlik, et veenduda, et käiguvahetaja väljund (kas "tahtlik" või teisel pool ujuva sisendi tõttu) ei tohi kunagi teisest seadmest väljuda.

OE tihvt on PCB jälgedes lahti ühendatud. Kahe kontaktiga päis on mooduli all OE ja 3V3 ühendamiseks. Kahe kontaktiga päise lühistamine (kasutades juhtmetükki või hüppajaplokki) ühendab OE 3V3-ga, mis võimaldab IC-l oma väljundeid juhtida. OE -tihvtiga saab ühendada ka väljatõmmatava takisti ja loogikakontrolli.

10. samm: HackLife

Loodame, et naudite selle kuu HackerBoxi seiklust elektroonika ja arvutitehnoloogia vallas. Võtke ühendust ja jagage oma edu allolevates kommentaarides või HackerBoxesi Facebooki grupis. Samuti pidage meeles, et kui teil on küsimusi või vajate abi, võite igal ajal saata e -posti aadressile [email protected].

Mis järgmiseks? Liituge revolutsiooniga. Elage HackLife'i. Saate iga kuu laheda häkkimisvarustuse kasti otse teie postkasti. Sirvige veebisaiti HackerBoxes.com ja registreeruge oma igakuiseks HackerBoxi tellimuseks.