Жаңадан бастаушыларға арналған микроконтроллерге арналған нұсқаулық: 10 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Қашықтан басқару пульттері, маршрутизаторлар мен роботтардың ортақ не бар? Микроконтроллерлер! Бұл күндері жаңадан жұмыс жасайтын микроконтроллерлерді ноутбукпен, USB кабелімен және кейбір (ақысыз) ашық бастапқы бағдарламалық жасақтамамен қолдану оңай. Уууу !! Барлық жобалар, міне келдік!

Ұстау? 4324302* сияқты әр түрлі микроконтроллерлер бар, және сіз электроникаға енді кірсеңіз, бұл қиын болуы мүмкін. Сіз неден бастайсыз ?!

Дәл осы жерде, биби, менде Чу бар. Сіз керемет электронды жобалар құрғыңыз келе ме, бағдарламалауды/техниканы үйренгіңіз келе ме, әлде басқаларға электроника туралы үйреткіңіз келе ме, бұл оқулық сізге микроконтроллердің сіздің қажеттіліктеріңізге, мақсаттарыңызға және бюджеттеріңізге сәйкес келетінін анықтауға көмектеседі. Алақай! Бастайық!

Оқу уақыты: ~ 20 мин

*Жарайды, мүмкін, *онша емес, бірақ бірнеше ондаған!

1 -қадам: Күте тұрыңыз … Микроконтроллер дегеніміз не?

Мүмкін сіз бұл сөзді көрген боларсыз және «wtf» сияқты болған шығарсыз, бірақ сұрауға ыңғайлы емес сияқты*. Жақсы, мұнда қысқаша қорытынды:

Микроконтроллер - бұл бір бағдарламаны циклмен басқаратын «қарапайым компьютер». Олар белгілі бір тапсырманы орындауға арналған.

Бұл нұсқаулықта біз сыну тақталары бар микроконтроллерлерге немесе микроконтроллерге қосылуды және бағдарламалауды жеңілдететін тақтаға назар аударамыз.

Ажыратқыш тақтада микроконтроллердің түйреуіштері баспа платасына («ПХД») дәнекерленеді, ПХД -ге тақырыптар немесе басқа қосқыштар қосылады, ал микроконтроллерді сигналдарды қабылдауға дайындау үшін кейбір негізгі микробағдарлама немесе тұрақты бағдарламалық қамтамасыз ету жүктеледі.

*Сұрақтар әрқашан жақсы, тіпті егер олар «мылқау» немесе «n00by» болса да, қауіпсіз кеңістікті табыңыз, мысалы, Instructables!

2 -қадам: Raspberry Pi мен микроконтроллердің айырмашылығы неде?

Raspberry Pi-бұл кішкентай және керемет ғана емес, ол толыққанды компьютер!: D

Компьютерлерде микропроцессорлар мен микроконтроллерлер бар, олар бір уақытта көптеген тапсырмаларды орындайды.

Микропроцессор - бұл компьютердегі «ауыр жүктеме». Ол компьютердің жұмысын қамтамасыз ететін нұсқаулар мен есептеулерді орындайды. Микропроцессорлар микроконтроллерлерге қарағанда әлдеқайда жылдам, бірақ оларға жедел жады, кіріс/шығыс порттары және т.б. сияқты сыртқы ресурстар қажет, ал микроконтроллер әдетте дербес болады.

Компьютерлер (кірісі мен шығысы, сақталуы және өңделуі бар) бір уақытта бірнеше бағдарламаны орындай алады - сіз Интернетті аралай аласыз, ескі фотоларды еске түсіре аласыз, қағаз жаза аласыз және бір уақытта 1000 қойынды ашуға болады! Микроконтроллерлер … онша емес. Сіз мұның бірін жасай аласыз, бірақ бәрін емес.

Raspberry Pi туралы көбірек білу үшін осы оқулықтың соңғы бөлімін қараңыз!

3 -қадам: Arduino (Uno)

Микроконтроллер мен ашық бастапқы коды бар, микросхемалар туралы жаңадан білетіндерге арналған.

Ұсынылатын жастары: 12+ (балалар бағдарламалау мен алгебраға ыңғайлы)

Қиындық: орташа

Орташа құны: ~ 35 доллар

Arduino тақталарының көптеген түрлері бар. Бұл Arduino Uno, жаңадан бастағандар үшін ең қолайлы! Үлкенірек, кішірек, киюге болатын және робототехника сияқты арнайы жағдайларда қолданылатын тақталар бар.

Arduino тақталарымен және бағдарламалау карталарымен информатика, инженерия және дизайн саласындағы жобалар мен мансаптарды жақсы білу.

Аппараттық құралдардың ерекшеліктері

• Arduino Uno -да 14 сандық кіріс және шығыс («енгізу -шығару») түйреуіші, 6 аналогтық енгізу -шығару түйреуі, 2 шығыс істікшесі (3,3В және 5В) және 3 жер (GND) түйреуіші бар.
• Қуат кернеуі 5 -тен 12 VDC -ге дейін болуы мүмкін

• ICSP тақырыптары сізге «қалқандар» деп аталатын әр түрлі қосымша тақталарды қосуға мүмкіндік береді.

  Мысалы, Arduino -ны желіге қосу үшін WiFi қалқанын қосуға болады

Бағдарламалау тілі: сымдар (C ++ комбинациясы/өңдеу)

Мысал жоба: Қозғалыс-реактивті лабиринт ойыны!

Сатып алу/Толығырақ білу: Arduino веб -сайты

4 -қадам: Микро: бит

Балалар мен адамдарға кодты және аппараттық құралдарды жаңадан бастаған ыңғайлы микроэлемент.

Ұсынылатын жастары: 8+ (немесе балалар тізбектермен және қарапайым құралдармен ыңғайлы)

Қиындық: бастаушы

Орташа құны: ~ 15 доллар

Micro: Bit - бұл кодтауды үйренуге, басқаларға, әсіресе бастауыш сынып оқушыларына, кодтауды үйретуге, қарапайым және жылдам электронды прототиптерді жасауға көмектесетін тамаша құрал.

Micro: Bit - бұл білім беру компьютерлерін бүкіл әлемдегі сыныптарға енгізу үшін Microsoft пен BBC арасындағы ынтымақтастық.

Аппараттық құралдардың ерекшеліктері:

• Micro: Bit -те 3 цифрлық және аналогтық енгізу -шығару түйреуіші, 1 сөндіру түйреуі (3.3В) және 1 жерге тұйықтау (GND) бар.
• Қуат көзі микро USB кабелі немесе батарея жинағының қосқышы арқылы 3-5 VDC болуы керек.

• Сондай -ақ, оның көптеген кірістері, шығыстары мен сенсорлары бар!

  • 5х5 (25) жарықдиодты матрица
  • Екі (2) түймелер (A, B)
  • Радио таратқыш және қабылдағыш
  • Акселерометр
  • Компас
  • Жарық пен температура сенсорлары
• Қосымша енгізу -шығару түйреуіштері үшін Micro: Bit breakout алыңыз!

Бағдарламалау тілі: Блокқа негізделген немесе Javascript (www. MakeCode.org); сонымен қатар CircuitPython қолдана алады

Мысал жоба: Мәтіндік хабаршы қуыршақ!

Сатып алу/Толығырақ: Micro: Bit веб -сайты

5 -қадам: Ойын алаңының экспресс

Балалар мен адамдар үшін кодтау мен аппараттық құралдарды жаңадан бастаған әмбебап микроконтроллер.

Ескерту: Сондай -ақ, Circuit Playground Classic бар - жабдық бірдей, бірақ бұл тақта Arduino IDE -де бағдарламаланған.

Ұсынылатын жастары: 8+ (немесе балалар тізбектермен және қарапайым құралдармен ыңғайлы)

Қиындық: бастаушы

Орташа құны: ~ 25 доллар

Circuit Playground Express немесе CPX - бұл кодтауды үйренуге, басқаларға кодты үйретуге және жаңадан бастаушыларға сарапшыларға жылдам прототиптер жасауға көмектесетін құрал.

Circuit Playground Express - бұл Adafruit Industries жасаған қуатты және әмбебап микроконтроллер.

Аппараттық құралдардың ерекшеліктері

• CPX -те сыйымдылығы бар 7 сандық/аналогтық кіріс және шығыс («енгізу -шығару») сақиналары бар!

  • 1 «шынайы» аналогты енгізу -шығару сақинасы
  • 2 шығыс сақинасы (3,3 В)
  • 3 Жер (GND) түйреуіштері
• Қуат көзі микро USB кабелі немесе батарея жинағының қосқышы арқылы 3-5 VDC болуы керек.

• Сондай -ақ, ондаған борттық кірістер, шығулар мен сенсорлар бар!

  • 10 шағын неопиксель (барлық түстер болуы мүмкін)
  • 2 түйме (A, B)
  • 1 Слайд ауыстырғыш

  • Инфрақызыл таратқыш және қабылдағыш

    Қашықтан басқару кодтарын қабылдай алады/жібере алады, CPX арасында хабар жібереді және қашықтық сенсоры ретінде әрекет етеді

  • Акселерометр
  • Дыбыс сенсоры мен шағын динамик
  • Жарық пен температура сенсорлары

Бағдарламалау тілі: Блокқа негізделген немесе Javascript (www. MakeCode.org); сонымен қатар CircuitPython және Wiring (Arduino IDE) қолдана алады

Мысал жоба: Minecraft қимылы контроллері!

Сатып алу/Толығырақ білу: Adafruit Industries

6 -қадам: Макей Макей

Интерактивті кіріспе микроконтроллер электроника мен кодтауды жаңа бастаған балаларға, әсіресе схемалар мен кодтарды құрмай технологиямен ойнағысы келетіндерге өте ыңғайлы.

Ұсынылатын жастары: 5+ (немесе балалар қарапайым құралдармен ыңғайлы)

Қиындық: бастаушы

Орташа құны: ~ 50 доллар

Makey Makey - бұл электроника мен технологияға үлкен қадам - бағдарламалау қажет емес! Аллигатор қысқыштарын жастықшаларға қосыңыз, содан кейін пернетақта мен тінтуірдің кейбір пернелерін іске қосу үшін қолдар, жемістер немесе металл заттар сияқты кез келген өткізгіш материалды қосыңыз.

Makey Makey-бұл Arduino-мен үйлесімді тақта, сондықтан оны Arduino интеграцияланған даму ортасы («IDE») арқылы қайта бағдарламалауға болады.

Аппараттық құралдардың ерекшеліктері

• Макей Макейде тақтаның алдыңғы жағында сыйымдылыққа арналған алты (6) жастықша бар:

  • Төрт пернетақта көрсеткі пернелерін басқарады,
  • Біреуі бос орынды басқарады және
  • Біреуі тышқанның сол жақ батырмасын басады.

• Тақтаның артқы жағында қосымша басқару элементтеріне арналған штепсельдік түйреуіштер бар (сонымен қатар сыйымдылықпен жанасу):

  • Әріптерге сәйкес келетін алты (6) түйреуіш,
  • Көрсеткілермен салыстырылатын төрт (4) түйреуіш,
  • Тінтуір пернелерімен салыстырылатын екі (2) түйреуіш және
  • Бос орын пернесіне сәйкес келетін бір (1) түйреуіш.
  • Сондай -ақ, үш (3) жалпы енгізу -шығару түйреуіші, 5В қуат штыры және жерге тұйықтау штыры бар.

Бағдарламалау тілі: жаңадан бастаушыларға қолданылмайды; Scratch бағдарламаларын жаза алады (блокқа негізделген); сымдарды қайта бағдарламалауға болады (Arduino IDE)

Мысал жобалар

Бастаушы: едендік фортепиано

Аралық: Интерактивті сауалнама ойыны!

Сатып алу/Толығырақ: Makey Makey веб -сайты

7 -қадам: Басқа ортақ тақталар

Бір оқулықта қамтылатын микроконтроллерлер тым көп. Егер сізге арнайы мамандық қажет болса, онда бұл үшін микроконтроллер бар шығар (дәл қосымшалар сияқты!). Бұл оқулықта айтылмаған басқа тақталар туралы түсінік алу үшін SparkFun Electronics және Adafruit Industries қорларымен танысыңыз және/немесе осы саладағы адамдардан сұраңыз!

Міне, менің таңдаулыларымның бірнешеуі:

Фотон бөлшектері

Arduino Nano сияқты, Photon - бұл сымсыз бағдарламаланатын WiFi қосылған микроконтроллер. Ең қарапайым орнату смартфонның ақысыз қосымшасын қолданады, бірақ егер оны USB арқылы Arduino*тілінде дерлік бағдарламалауға болады.

Ұсынылатын жас кезеңі: 12+ (немесе балалар тізбектер мен кодтаумен ыңғайлы)

Қиындық: орташа

Құны: ~ 20 доллар

Қосымша ақпарат алу үшін және Photon қондырғысын алу үшін мына жерде Particle интернет -дүкеніне кіріңіз.

Бағдарламалау тілі: сымдар (көп немесе аз)

Мысал жоба

IoT өнеркәсіптік шкаласы

*Сымдар - бұл кодтық негіз, сондықтан Arduino кодының көпшілігі өзгертусіз жұмыс істейді. Сондай -ақ C/C ++ немесе ARM құрастыруда жаза алады

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Шағын, супер арзан (және қазіргі уақытта IoT* қауымдастығында өте танымал) WiFi микроконтроллері. Сізге FTDI немесе консоль кабелі қажет. Сіз Arduino IDE бағдарламасын осы тақтаны немесе NodeMCU Lua Interpreter бағдарламалау үшін пайдалана аласыз.

Ұсынылатын жастары: 14+ (немесе балалар аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуге ыңғайлы)

Қиындық: Орташа ++

Құны: ~ 10 доллар

Қосымша ақпарат алу үшін HUZZAH Adafruit өнімінің бетіне кіріңіз.

(SparkFun -да сондай тақта бар, оны «ESP8266 Thing», ол жерден ~ 15 долларға таба аласыз.)

Бағдарламалау тілі: Lua (Python сияқты) немесе Wiring (Arduino IDE)

*IoT «Интернет заттары» дегенді білдіреді, бұл терминал сенсорлар мен тұрмыстық электроника сияқты әртүрлі аппараттық құралдарды Интернетке қосуды және басқаруды білдіреді.

Adafruit Trinket M0

Кішкентай, бірақ қуатты микроконтроллер компьютер мен микроконтроллер арасындағы сызықты бұлдыратады (ATSAMD21E18 32 биттік Cortex M0 процессоры бар). Оны Circuit Python көмегімен немесе Arudino IDE бағдарламалауға болады.

Ұсынылатын жастары: 14+ (немесе балалар аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуге ыңғайлы)

Қиындық: орташа

Құны: ~ 9 доллар

Қосымша ақпарат алу үшін Trinket M0 үшін Adafruit өнім бетіне кіріңіз.

Бағдарламалау тілі: CircuitPython немесе Wiring (Arduino IDE)

Басқа M0 тақталары бар, олардың көлемі Arduino Zero қосылатын микроконтроллерлерге ұқсас. Егер бұл сіздің қажеттіліктеріңізге немесе қалауыңызға сәйкес келмесе, Adafruit және SparkFun веб -сайттарынан іздеңіз!

8 -қадам: киюге болатын микроконтроллер

Сондай -ақ киюге болатын жобаларға арналған бірнеше микроконтроллер бар!

Мұның ерекшелігі - оларды жууға болады, сондықтан оларды сіз жасаған керемет жобадан жұлып алудың қажеті жоқ (бірақ батареяны алып тастаңыз!).

Киюге болатын микроконтроллерлерде арнайы енгізу -шығару түйреуіштері бар, олар киімді тігуді және өткізгіш жіппен тізбектерді тігуді жеңілдетеді. Міне, менің таңдаулыларымның бірнешеуі:

Adafruit FLORA

14 кірісі мен шығысы бар дөңгелек тігілетін микроконтроллер. Жууға болады (бірақ батареяны алып тастаңыз).

Ұсынылатын жас кезеңі: 12+ (немесе балалар тізбектер мен кодтаумен ыңғайлы)

Қиындық: орташа

Құны: $ 15

Бағдарламалау тілі: сымдар (Arduino IDE)

Қосымша ақпарат алу үшін Adafruit FLORA өнім бетіне кіріңіз.

Ардуино Джемма

3 кірісі мен шығысы бар шағын тігілетін микроконтроллер. Жасыру, ұсақ заттарға қосылу және зергерлік бұйымдар жасау үшін өте қолайлы.

Ұсынылатын жасы: 12+

Қиындық: орташа

Құны: ~ 5 доллар

Бағдарламалау тілі: сымдар (Arduino IDE)

Қосымша ақпарат алу үшін Arduino Gemma өнім бетіне кіріңіз.

Ардуино Лилипад

14 қол жетімді кірісі мен шығысы бар дөңгелек тігілетін микроконтроллер.

Ұсынылатын жасы: 12+

Қиындық: орташа

Құны: ~ 25 доллар

Бағдарламалау тілі: сымдар (Arduino IDE)

Қосымша ақпарат алу үшін Lilypad үшін SparkFun өнім бетіне кіріңіз.

9 -қадам: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi немесе қысқаша Pi-бұл несиелік картаның өлшемді компьютері*, ол Linux-тың арнайы нұсқасын басқарады және аппараттық құралдарды басқаруға бағдарламалануы мүмкін.

Ұсынылатын жастары: 12+Немесе балалар кодтау мен алгебраға ыңғайлы

Қиындық: Орташа (компьютер сияқты оңай)

Орташа құны: ~ 35 доллар

Raspberry Pi компьютері немесе қысқаша Pi - бұл «стандартты» компьютер немесе аппараттық жобалардың барлық түрлерінің контроллері ретінде қолданыла алады. Бұл балалар үшін кодты қолдануға және үйренуге арналған ең жақсы компьютер және оны роботтардан бастап 3D принтерлерден бастап үйдегі автоматтандыру жүйелеріне дейін электронды жобалардың барлық түрлерін жасау үшін аппараттық мамандар кеңінен қолданады!

Raspberry Pi электрониканы құрастыру тәсілін өзгертті! Бірнеше түрлі нұсқалар бар, олардың соңғысы - Raspberry Pi 3 және Pi Zero, Pi 3 -тің миниатюралық нұсқасы бар болғаны 10 доллар.

Аппараттық құралдарға шолу

• Ұсынылатын операциялық жүйе («ОЖ») - бұл Linux -тің Raspbian деп аталатын арнайы нұсқасы.

• Pi -де 40 жалпы мақсаттағы кіріс және шығыс («GPIO») түйреуіштері бар.

  • 26 сандық енгізу -шығару түйреуіштері (аналогтық енгізу/шығару жоқ)
  • 4 қуат шығысы (екі 3.3V және екі 5V)
  • 8 Жер (GND) түйреуіштері
  • 2 арнайы түйреуіш (I2C ID EEPROM, тек кеңейтілген қолдану үшін)

• Pi сонымен қатар компьютердің стандартты мүмкіндіктеріне ие:

  • 4 USB порты
  • 1 Ethernet порты
  • 1 HDMI порты
  • 1 аудио ұясы
  • 1 Камералық модуль порты

Бағдарламалау тілі (GPIO түйреуіштері үшін): Python немесе C ++

Бұл толық компьютер болғандықтан, сіз қалаған тілде бағдарламалай аласыз, оның ішінде басқа микроконтроллерлерді программалай аласыз!

Мысал жобалар

IoT Pet Monitor!

Соққы күшінің мониторы

Сатып алу/Қосымша ақпарат: Raspberry Pi Foundation

*Pi стандартты микроконтроллерге ұқсас қолданылуы мүмкін, сонымен қатар микроконтроллерлерді басқара алады! Негізінде, Пи өте керемет, мен оны техникалық жағынан компьютер болса да қосуым керек *

10 -қадам: Қорытынды ойлар

Егер сіз жаңадан бастасаңыз және әр түрлі жобалар жасағыңыз келсе, мен Circuit Playground Express ұсынамын. Орнынан тұру өте оңай және көптеген гаджеттер бар.

Егер сіз компьютерлік желіге, интеллектке немесе Интернетке қосылуға қызығушылық танытсаңыз (мысалы, «Ақылды үй» жасау), мен Raspberry Pi ұсынамын.

Егер сіз берік, тұрақты және сенімді тақтаның әр түрлі жобалар жасауын қаласаңыз, Arduino -мен бірге жүріңіз.

Егер сіз әлі де неден бастау керектігін білмесеңіз және мүлде қорқатын болсаңыз, Micro: Bit -тен бастаңыз - бұл бар болғаны 15 доллар және онда ойнауға болатын көптеген қызықты нәрселер бар. Сонымен қатар, егер сіз досыңыз үшін біреуін алсаңыз, сіз lil хабарламаларын алға -артқа жібере аласыз:)

Сізге бере алатын ең жақсы кеңес - бұл сізге ұнайтын жобаны тауып, оны құру! Интернетте көптеген оқулықтар бар, сондықтан сол немесе ұқсас жобаны жасаған адамды іздеңіз. Олардың нәтижелерін негіздеңіз және қалағаныңызша реттеңіз!

Және, әрине, сұрақтарға түсініктемелерде қалдырыңыз, мен қолымнан келгенше көмектесемін!

Бақытты хакерлік!