Algaja juhend mikrokontrollerite jaoks: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Mis on ühist kaugjuhtimispuldidel, ruuteritel ja robotitel? Mikrokontrollerid! Tänapäeval on algajatele sobivaid mikrokontrollereid lihtne kasutada ja programmeerida, kasutades ainult sülearvutit, USB-kaablit ja mõnda (tasuta) avatud lähtekoodiga tarkvara. Woohoo !! Kõik projektid, siit me tuleme!

Saak? Seal on umbes 4324302* erinevat mikrokontrollerit ja alustamine võib olla hirmutav, eriti kui hakkate alles elektroonikasse jõudma. Kust kurat sa alustad ?!

Siin, bbies, sain chu. Ükskõik, kas soovite luua lahedaid elektroonilisi projekte, õppida programmeerimist/tehnoloogiat või soovite õpetada teistele elektroonikat, see õpetus aitab teil välja selgitada, milline mikrokontroller sobib teie vajadustele, eesmärkidele ja eelarvetele. Jaa! Alustame!

Lugemisaeg: ~ 20 min

*Ok, ok, võib -olla mitte *nii palju, aga kindlasti mõnikümmend!

Samm: oodake…. Mis on mikrokontroller?

Võib -olla olete seda sõna näinud ja olite nagu "wtf", kuid ei tundnud end piisavalt mugavalt, et küsida*. Täiesti korras, siin on lühike ülevaade:

Mikrokontroller on "lihtne arvuti", mis käivitab ühe programmi silmusena. Need on loodud ühe kindla ülesande täitmiseks.

Selles juhendis keskendume mikrokontrolleritele, millel on purunemisplaadid, või plaadile, mis lihtsustab mikrokontrolleriga ühenduse loomist ja programmeerimist.

Läbimurdeplaadil joodetakse mikrokontrolleri tihvtid trükkplaadile ("PCB"), PCB -le lisatakse päised või muud pistikud ning laaditakse mõni põhiline püsivara või püsitarkvara, et mikrokontrollerit signaalide vastuvõtmiseks ette valmistada.

*Küsimused on alati head, isegi kui need on "lollid" või "n00by", leidke lihtsalt turvaline ruum - näiteks Instructables!

Samm: mis vahe on Raspberry Pi ja mikrokontrolleri vahel?

Raspberry Pi pole mitte ainult väike ja jumalik, vaid ka täisväärtuslik arvuti!: D

Arvutitel on mikroprotsessorid JA mikrokontrollerid, mis töötavad koos paljude ülesannete täitmiseks korraga.

Mikroprotsessor on see, mida arvutis “raske tõstmine” teeb. See täidab juhiseid ja arvutusi, mis panevad arvuti tööle. Mikroprotsessorid on palju kiiremad kui mikrokontrollerid, kuid nad vajavad väliseid ressursse, nagu RAM, sisend-/väljundpordid jne, samas kui mikrokontroller on tavaliselt iseseisev.

Arvutid (millel on sisendid ja väljundid, salvestusruum ja töötlemine) võivad korraga käivitada mitut programmi - saate surfata Internetis, meenutada vanade fotodega, kirjutada paberit ja teil on korraga avatud umbes 1000 vahelehte! Mikrokontrollerid … mitte nii palju. Saate teha ühte neist asjadest, kuid mitte kõiki.

Raspberry Pi kohta lisateabe saamiseks vaadake selle õpetuse viimast osa!

3. samm: Arduino (Uno)

Tugev, avatud lähtekoodiga mikrokontroller ja programmeerimiskeskkond, mis on mõeldud algajatele, kellel on teatud teadmised vooluringidest.

Soovitatav vanus: 12+ (või lastele on mugav programmeerimine ja algebra)

Raskusaste: keskmine

Keskmine maksumus: ~ 35 dollarit

Arduino plaate on palju erinevaid. See on Arduino Uno, mis sobib kõige paremini algajatele! On tahvleid, mis on suuremad, väiksemad, kantavad ja spetsiaalseteks kasutamiseks, näiteks robootika.

Arduino tahvlite ja programmeerimiskaartide tundmine arvutiteaduse, inseneriteaduse ja disaini projektide ja karjääri jaoks.

Riistvara omadused

• Arduino Unol on 14 digitaalse sisendi ja väljundi ("I/O") tihvti, 6 analoog -sisend-/väljundpistikut, 2 väljalülitusnuppu (3,3 V ja 5 V) ja 3 maandusnõela (GND).
• Sisendvõimsus võib olla vahemikus 5 kuni 12 VDC

• ICSP päised võimaldavad ühendada hulgaliselt erinevaid lisaplaate, mida nimetatakse "kilpideks".

  Näiteks saate lisada Arduino võrguga ühendamiseks WiFi -kilbi

Programmeerimiskeel: juhtmestik (kombinatsioon C ++/töötlemine)

Näidisprojekt: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Ostmine/lisateave: Arduino veebisait

4. samm: mikro: bit

Sõbralik lil’mikrokontroller on mugav lastele ja inimestele, kes alles alustavad kodeerimist ja riistvara.

Soovitatav vanus: 8+ (või lapsed mugavad vooluringide ja lihtsate tööriistadega)

Raskusaste: algaja

Keskmine maksumus: ~ 15 dollarit

Micro: Bit on suurepärane tööriist kodeerimise õppimiseks, teiste, eriti põhikooliõpilaste kodeerimise õpetamiseks ning lihtsate ja kiirete elektrooniliste prototüüpide tegemiseks.

Micro: Bit on Microsofti ja BBC koostöö, mille eesmärk on tuua haridusarvutid klassiruumidesse üle maailma.

Riistvara omadused:

• Micro: Bitil on 3 digitaalset ja analoogset sisend-/väljundpistikut, 1 väljalülituspistik (3,3 V) ja 1 maandus (GND)
• Toitepinge peaks olema 3–5 VDC mikro -USB -kaabli või aku pistiku kaudu.

• Sellel on ka palju sisseehitatud sisendeid, väljundeid ja andureid!

  • 5x5 (25) LED -maatriks
  • Kaks (2) nuppu (A, B)
  • Raadiosaatja ja vastuvõtja
  • Kiirendusmõõtur
  • Kompass
  • Valguse ja temperatuuri andurid
• Rohkem I/O kontakte, haara Micro: Bit breakout!

Programmeerimiskeel: plokipõhine või Javascript (www. MakeCode.org); saab kasutada ka CircuitPythonit

Näidisprojekt: tekstisõnumi nukk!

Ostmine/lisateave: Micro: Bit veebisait

5. samm: Circuit Playground Express

Mitmekülgne mikrokontroller, mis sobib suurepäraselt lastele ja inimestele, kes alles alustavad kodeerimist ja riistvara.

Märkus. Seal on ka Circuit Playground Classic - riistvara on peaaegu identne, kuid see plaat on programmeeritud Arduino IDE -s.

Soovitatav vanus: 8+ (või lapsed mugavad vooluringide ja lihtsate tööriistadega)

Raskusaste: algaja

Keskmine maksumus: ~ 25 dollarit

Circuit Playground Express ehk CPX on abivahend, mis aitab õppida kodeerima, õpetab teisi kodeerima ja teeb kiireid prototüüpe nii algajatele kui ka ekspertidele.

Circuit Playground Express on võimas ja mitmekülgne mikrokontroller, mille on loonud Adafruit Industries.

Riistvara omadused

• CPX -l on 7 digitaalse/analoog sisendi ja väljundi ("I/O") rõngast, mis on samuti mahtuvuslikud!

  • 1 "õige" analoog -I/O rõngas
  • 2 väljalülitusrõngas (3,3 V)
  • 3 maandatud (GND) tihvti
• Toitepinge peaks olema 3–5 VDC mikro -USB -kaabli või aku pistiku kaudu.

• Pardal on ka palju sisendeid, väljundeid ja andureid!

  • 10 mini neopikslit (võib olla kõiki värve)
  • 2 nuppu (A, B)
  • 1 Lükandlüliti
  • Infrapuna saatja ja vastuvõtja

    Oskab vastu võtta/edastada kaugjuhtimispuldi koode, saata sõnumeid CPX -ide vahel ja toimida kaugusandurina

  • Kiirendusmõõtur
  • Heliandur ja minikõlar
  • Valgus- ja temperatuuriandurid

Programmeerimiskeel: plokipõhine või Javascript (www. MakeCode.org); saab kasutada ka CircuitPythoni ja juhtmestikku (Arduino IDE)

Näidisprojekt: Minecrafti žestikontroller!

Ost/Lisateave: Adafruit Industries

6. samm: Makey Makey

Interaktiivne sissejuhatav mikrokontroller, mis sobib suurepäraselt väikestele lastele ning elektroonika ja kodeerimisega tegelevatele inimestele, eriti neile, kes soovivad tehnoloogiaga mängida ilma vooluahelaid ja koodi koostamata.

Soovitatav vanus: 5+ (või lapsed mugavad lihtsate tööriistadega)

Raskusaste: algaja

Keskmine maksumus: ~ 50 dollarit

Makey Makey on suurepärane esimene samm elektroonika ja tehnoloogia poole - programmeerimine pole vajalik! Ühendage alligaatoriklambrid padjakestega ja ühendage seejärel mõnevõrra juhtiv materjal, näiteks käed, puuviljad või metallist esemed, et käivitada teatud klaviatuuri ja hiire klahvid.

Makey Makey on Arduinoga ühilduv tahvel, mis tähendab, et saate selle ümber programmeerida ka Arduino integreeritud arenduskeskkonna (IDE) abil.

Riistvara omadused

• Makey Makeyl on tahvli esiküljel kuus (6) mahtuvuslikku puuteplaati:

  • Neli juhivad klaviatuuri nooleklahve,
  • Üks juhib tühikut ja
  • Üks kontrollib hiire vasakut nuppu.

• Tahvli tagaküljel on päise tihvtid rohkemate juhtimisseadmete jaoks (ka mahtuvuslik puudutus):

  • Kuus (6) tihvti, mis kaardistatakse tähtedega,
  • Neli (4) tihvti, mis kaardistavad nooled
  • Kaks (2) nööpnõela, mis vastavad hiireklahvidele ja
  • Üks (1) nööpnõel, mis kaardistab tühikuklahvi.
  • Samuti on kolm (3) üldist sisend-/väljundpistikut, 5 V toitepistik ja maandusnõel.

Programmeerimiskeel: ei kehti algajatele; oskab kirjutada Scratchi programme (plokipõhised); saab juhtmestikus ümber programmeerida (Arduino IDE)

Näidisprojektid

Algaja: põrandaklaver

Vahepealne: interaktiivne küsitlusmäng!

Ostmine/lisateave: Makey Makey veebisait

Samm 7: Muud tavalised tahvlid

Mikrokontrollereid on ühes õpetuses kajastamiseks liiga palju. Kui teil on superspetsiifiline erivajadus, on selle jaoks tõenäoliselt olemas mikrokontroller (täpselt nagu rakendused!). Mõne muu selles õppetükis mainimata tahvli tundmaõppimiseks tutvuge SparkFun Electronics ja Adafruit Industriesi varudega ja/või küsige selle ala inimestelt!

Siin on mõned minu lemmikud:

Osakeste footon

Sarnaselt Arduino Nanoga on ka Photon WiFi -ga ühendatud mikrokontroller, mida saab juhtmevabalt programmeerida. Lihtsaim seadistus kasutab (tasuta) nutitelefonirakendust, kuid kui seda saab programmeerida ka otse USB kaudu peaaegu samas keeles kui Arduino*.

Soovitatav vanus: 12+ (või lastele mugav ahelate ja kodeerimisega)

Raskusaste: keskmine

Maksumus: ~ 20 dollarit

Lisateabe saamiseks ja fotonite seadistamiseks külastage osakeste veebipoodi siin.

Programmeerimiskeel: juhtmestik (enam -vähem)

Näidisprojekt

IoT tööstusskaala

*Juhtmestik on koodi raamistik, nii et enamik Arduino koodi töötab ilma muudatusteta. Saab kirjutada ka C/C ++ või ARM koostes

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Super väike, ülimalt odav (ja praegu IoT* kogukonnas väga populaarne) WiFi mikrokontroller. Teil on vaja FTDI- või konsoolikaablit. Selle plaadi või NodeMCU Lua tõlgi programmeerimiseks saate kasutada Arduino IDE -d.

Soovitatav vanus: 14+ (või lastele mugav riistvara ja tarkvaraga)

Raskusaste: keskmine ++

Maksumus: ~ 10 dollarit

Lisateabe saamiseks külastage HUZZAH Adafruit tootelehte.

(SparkFunil on ka sarnane plaat "ESP8266 Thing", mille leiate siit ~ 15 dollari eest.)

Programmeerimiskeel: Lua (selline nagu Python) või juhtmestik (Arduino IDE)

*IoT tähistab asjade Internetti, mis tähistab erinevate riistvaraseadmete (nt andurid ja koduelektroonika) ühendamist ja juhtimist Internetiga.

Adafruit nipsasja M0

Väike, kuid võimas mikrokontroller, mis hägustab jooni arvuti ja mikrokontrolleri vahel (sellel on ATSAMD21E18 32-bitine Cortex M0 protsessor). Seda saab programmeerida Circuit Pythoniga või Arudino IDE -ga.

Soovitatav vanus: 14+ (või lastele mugav riistvara ja tarkvaraga)

Raskusaste: keskmine

Maksumus: ~ 9 dollarit

Lisateabe saamiseks külastage Trinket M0 Adafruit'i tootelehte.

Programmeerimiskeel: CircuitPython või juhtmestik (Arduino IDE)

Seal on TON teisi M0 plaate, mis on ulatuses sarnased Arduino Zero ühendatavate mikrokontrolleritega. Kui see ei sobi teie vajadustele või soovidele, otsige Adafruit'i ja SparkFuni veebisaitidelt!

8. samm: kantavad mikrokontrollerid

Samuti on käputäis mikrokontrollereid, mis on mõeldud kantavate projektide jaoks!

Nende teeb eriliseks see, et neid saab pesta, nii et te ei pea neid oma tehtud vingest projektist välja rebima (kuid eemaldage aku!).

Kantavatel mikrokontrolleritel on ka spetsiaalsed sisend-/väljundnõelad, mis hõlbustavad juhtiva niidiga riiete sisse õmblemist ja ahelate õmblemist. Siin on mõned minu lemmikud:

Adafruit FLORA

Ümmargune õmmeldav mikrokontroller, millel on 14 sisendit ja väljundit. Võib pesta (kuid eemaldage aku).

Soovitatav vanus: 12+ (või lastele mugav ahelate ja kodeerimisega)

Raskusaste: keskmine

Maksumus: 15 dollarit

Programmeerimiskeel: juhtmestik (Arduino IDE)

Lisateabe saamiseks külastage Adafruit FLORA tootelehte.

Arduino Gemma

Väike õmmeldav mikrokontroller, millel on 3 sisendit ja väljundit. Ideaalne varjamiseks, väikeste esemetega ühendamiseks ja ehete loomiseks.

Soovitatav vanus: 12+

Raskusaste: keskmine

Maksumus: ~ 5 dollarit

Programmeerimiskeel: juhtmestik (Arduino IDE)

Lisateabe saamiseks külastage Arduino Gemma tootelehte.

Arduino Lilypad

Ümmargune õmmeldav mikrokontroller, millel on 14 saadaolevat sisendit ja väljundit.

Soovitatav vanus: 12+

Raskusaste: keskmine

Maksumus: ~ 25 dollarit

Programmeerimiskeel: juhtmestik (Arduino IDE)

Lisateabe saamiseks külastage Lilypadi SparkFuni tootelehte.

9. samm: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi või lühendatult Pi on krediitkaardisuurune arvuti*, mis käitab Linuxi eriversiooni ja mida saab programmeerida riistvara juhtimiseks.

Soovitatavad vanused: 12+ või lapsed mugavad kodeerimise ja algebraga

Raskusaste: keskmine (lihtne nagu arvuti)

Keskmine maksumus: ~ 35 dollarit

Raspberry Pi arvutit või lühidalt Pi saab kasutada tavalise arvutina või igasuguste riistvaraprojektide kontrollerina. See on suurepärane esimene arvuti, mida lapsed saavad kasutada ja kodeerimist õppida, ning riistvaraeksperdid kasutavad seda laialdaselt igasuguste elektrooniliste projektide loomiseks, alates robotitest kuni 3D -printeriteni ja lõpetades koduautomaatikasüsteemidega!

Raspberry Pi on muutnud elektroonika ehitamise viisi! Seal on paar erinevat versiooni, kõige uuemad on Raspberry Pi 3 ja Pi Zero, Pi 3 miniatuurne versioon vaid 10 dollariga.

Riistvara ülevaade

• Soovitatav operatsioonisüsteem (OS) on Linuxi eriversioon nimega Raspbian.

• Pi -l on 40 üldotstarbelist sisend- ja väljundnuppu (“GPIO”).

  • 26 digitaalset I/O kontakti (analoog -I/O puudub)
  • 4 toitelülitit (kaks 3.3V ja kaks 5V)
  • 8 maandatud (GND) tihvti
  • 2 spetsiaalset tihvti (I2C ID EEPROM, ainult täiustatud kasutamiseks)

• Pi -l on ka enamik standardseid arvuti funktsioone:

  • 4 USB -porti
  • 1 Etherneti port
  • 1 HDMI -port
  • 1 Helipistik
  • 1 Kaamera mooduli port

Programmeerimiskeel (GPIO tihvtide jaoks): Python või C ++

Kuna see on täisarvuti, saate programmeerida soovitud keeles, sealhulgas teiste mikrokontrollerite programmeerimisel!

Näidisprojektid

IoT lemmiklooma monitor!

Löögijõu jälgija

Ost/Lisainfo: Raspberry Pi Foundation

*Pi saab kasutada sarnaselt tavalisele mikrokontrollerile JA saab juhtida ka mikrokontrollereid! Põhimõtteliselt on Pi super vinge ja ma * pean * selle lisama, isegi kui see on tehniliselt arvuti:)

10. samm: lõplikud mõtted

Kui te alles alustate ja soovite igasuguseid projekte ehitada, soovitan Circuit Playground Expressi. See on ülilihtne püsti tõusta ja sellel on palju vidinaid.

Kui olete väga huvitatud arvutivõrkudest, tehisintellektist või Interneti -ühendamisest (nt nutika kodu loomine), soovitan ma Raspberry Pi.

Kui soovite tugevat, stabiilset ja usaldusväärset plaati mitmesuguste projektide ehitamiseks, kasutage Arduino.

Kui teil pole veel õrna aimugi, kust alustada ja olete täiesti hirmul, alustage Micro: Bitiga - see on vaid 15 dollarit ja sellel on palju mängulisi asju. Lisaks, kui saate selle oma sõbrale, saate lil -sõnumeid edasi -tagasi saata:)

Parim nõuanne, mida saan teile anda, on leida kirglik projekt ja see üles ehitada! Internetis on palju õpetusi, nii et otsige kedagi, kes on ehitanud sama või sarnase projekti. Kasutage nende avastusi ja kohandage oma soovi järgi!

Ja muidugi jätke kõik seotud küsimused kommentaaridesse ja ma annan endast parima, et aidata!

Head häkkimist!