HackerBox 0051: MCU Lab: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Pozdrav HackerBox hakerima širom svijeta! HackerBox 0051 predstavlja HackerBox MCU Lab. MCU Lab je razvojna platforma za testiranje, razvoj i prototip sa mikrokontrolerima i modulima mikrokontrolera. Arduino Nano, ESP32 modul i SMT32 crna pilula koriste se za istraživanje blokova karakteristika MCU laboratorije. Blokovi značajki MCU Lab uključuju prekidače, gumbe, LED diode, OLED zaslon, zujalicu, potenciometar, RGB piksel, mjenjač logičkog nivoa, VGA izlaz, ulaz za PS/2 tipkovnicu, USB serijsko sučelje i dvostruka područja za izradu prototipa bez lemljenja.

Ovaj vodič sadrži informacije za početak rada s HackerBox -om 0051, koji se može kupiti ovdje dok traju zalihe. Ako želite svakog mjeseca primati ovakav HackerBox u svoje poštansko sanduče, pretplatite se na HackerBoxes.com i pridružite se revoluciji!

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za hardverske hakere i ljubitelje elektronike i računarske tehnologije. Pridružite nam se u životu HACK LIFE -a.

Korak 1: Lista sadržaja za HackerBox 0051

• MCU modul 1: Arduino Nano 5V, 16MHz
• MCU modul 2: WEMOS ESP32 Lite
• MCU modul 3: crna pilula STM32F103C8T6
• Ekskluzivna MCU laboratorijska štampana ploča
• FT232RL USB serijski adapter
• OLED 128x64 ekran I2C 0,96 inča
• Dvosmjerni 8-bitni logički pomak nivoa
• WS2812B RGB SMD LED
• Četiri taktilna dugmeta za površinsko montiranje
• Četiri difuzne crvene LED diode od 5 mm
• Piezo Buzzer
• HD15 VGA konektor
• Mini-DIN PS/2 priključak za tastaturu
• Potenciometar 100K Ohm
• 8 DIP prekidač
• AMS1117 3.3V Linearni regulator SOT223
• Dva 22uF tantal kondenzatora 1206 SMD
• Deset 680 ohmskih otpornika
• Četiri ljepljive gumene PCB noge
• Dve mini pločice za lemljenje sa 170 tačaka
• Jedanaest 8 -polnih ženskih utičnica
• 40 pin Breakaway Header
• Paket od 65 muških kratkospojnih žica
• Naljepnica podignuta šaka
• Hack The Planet Smiley Pirate Sticker
• Ekskluzivni HackerBox privjesak "Ukloni prije leta"

Još neke stvari koje će vam biti od pomoći:

• Lemilica, lemljenje i osnovni alati za lemljenje
• Računar za pokretanje softverskih alata

Ono što je najvažnije, trebat će vam osjećaj avanture, hakerski duh, strpljenje i znatiželja. Izgradnja i eksperimentiranje s elektronikom, iako vrlo isplativo, ponekad može biti zeznuto, izazovno, pa čak i frustrirajuće. Cilj je napredak, a ne savršenstvo. Kad ustrajete i uživate u avanturi, iz ovog hobija može se steći veliko zadovoljstvo. Polako poduzimajte svaki korak, pazite na detalje i ne bojte se zatražiti pomoć.

U FAQ -u o HackerBoxima postoji mnogo informacija za sadašnje i buduće članove. Gotovo na sve e-poruke o tehničkoj podršci koje primamo već je odgovoreno, stoga zaista cijenimo što ste odvojili nekoliko minuta da pročitate FAQ.

Korak 2: HackerBoxes MCU Lab

MCU Lab je kompaktna, polirana verzija razvojne platforme koju koristimo za prototipiranje i testiranje različitih dizajna zasnovanih na mikrokontrolerima (MCU). Izuzetno je koristan za rad sa MCU modulima (poput Arduino Nano, ESP32 DevKit, itd.) Ili pojedinačnim paketima MCU uređaja (poput ATMEGA328, ATtiny85, PIC itd.). Ciljni MCU može se postaviti u bilo koju od mini lemnih ploča. Dva MCU -a mogu se međusobno povezati pomoću obje matične ploče ili se jedan od prostora za matičnu ploču može koristiti za druga kola.

"Blokovi značajki" MCU Lab -a raščlanjeni su na ženska zaglavlja slična onima koja se nalaze na Arduino UNO -u. Ženska zaglavlja kompatibilna su sa muškim kratkospojnicima.

Korak 3: Sastavite HackerBoxes MCU Lab

SMD KOMPONENTE NA ZADNJICI

Počnite postavljanjem linearnog regulatora AMS1117 (paket SOT 233) i dva kondenzatora filtera od 22 uF na poleđini štampane ploče. Imajte na umu da je jedna strana svakog sitotiska kondenzatora pravokutna, a druga strana osmerokutna. Kondenzatori bi trebali biti orijentirani tako da se tamna linija na pakiranju poravna sa osmerokutnom stranom svilene mreže.

NASTAVITE SA KOMPONENTAMA PRED DONOM

Lemite WS2812B RGB LED. Orijentirajte bijeli označeni ugao svake LED diode tako da odgovara uglu sa karticama kako je prikazano na sitotisku na PCB -u.

Četiri SMD taktilna dugmeta

Četiri crvene LED diode sa četiri otpornika

Menjač nivoa sa VA pin najbližim oznakama 3V3 i VB pin najbližim oznakama 5V. Modul Level Shifter može se montirati u ravnini s PCB -om lemljenjem zaglavlja na modul, a zatim klizanjem crnih plastičnih odstojnika s zaglavlja prije postavljanja modula na MCB Lab PCB. Ostaviti odstojnike je takođe dobro.

Dvije trake zaglavlja mogu se odlomiti za povezivanje FT232 modula. Manji 4-pinski dio zaglavlja može se koristiti i za 5V/GND zaglavlje odmah do FT232 modula.

Za sada popunite žensko VGA zaglavlje najbliže HD15 VGA konektoru i utičnici za tastaturu. Međutim, NE POPULIRAJTE dodatno zaglavlje uz taj jedan ili pet otpornika između ta dva zaglavlja. Posebne opcije za povezivanje video signala raspravljat će se kasnije.

Napuni ostalih devet ženskih zaglavlja.

Uklonite ljepilo sa stražnje strane obje lemljene ploče kako biste ih pričvrstili na MCU Lab PCB.

Postavite ljepljive gumene nožice na dno MCU Lab PCB -a kako biste zaštitili svoj radni stol od ogrebotina.

RUKOVANJE ULAGIMA SNAGE

Postoje najmanje dva, a vjerojatnije čak četiri mjesta na koja bi napajanje moglo doći u MCU Lab. To može uzrokovati probleme, stoga uvijek pažljivo razmotrite sljedeće upute:

Tačke zaglavlja označene sa 5V su sve spojene. 5V šina se takođe povezuje sa utičnicom za tastaturu, menjačem nivoa i WS2812B RGB LED diodom. Napajanje se može napajati na 5V šinu priključivanjem FT232 na USB, povezivanjem četveropolnog napajanja na vanjsko napajanje ili spajanjem kratkospojnika s jednog od 5V pina na PCB -u na napajani 5V modul (obično napaja USB).

Slično, svi GND pinovi su povezani. Spajaju se na USB GND na FT232 (pod pretpostavkom da je USB priključen na FT232). Također se mogu spojiti na masu pomoću kratkospojnika između jednog od njih i napajanog modula, kako je objašnjeno za 5V mrežu.

Šinu 3V3 pokreće regulator sa stražnje strane PCB -a. To je samo izvor i (za razliku od 5V šine) ne bi ga trebali pokretati nikakvi moduli ili drugi krugovi jer se napaja izravno iz regulatora na 5V šini.

Korak 4: Arduino Nano MCU modul

Jedan od najčešćih MCU modula ovih dana je Arduino Nano. Uključena Arduino Nano ploča dolazi sa zaglavljima, ali ne dolaze lemljene na modul. Za sada ostavite iglice isključene. Obavite ova početna ispitivanja na Arduino Nano modulu prije lemljenja na zaglavlje zaglavlja. Sve što je potrebno je microUSB kabel i Arduino Nano ploča baš onako kako izlazi iz vrećice.

Arduino Nano je površinska montaža, minijaturna Arduino ploča prilagođena matičnoj ploči, s integriranim USB-om. Nevjerojatno je pun funkcija i lako se hakira.

Karakteristike:

• Mikrokontroler: Atmel ATmega328P
• Napon: 5V
• Digitalni I/O pinovi: 14 (6 PWM)
• Igle za analogni ulaz: 8
• DC struja po U/I pinu: 40 mA
• Flash memorija: 32 KB (2KB za pokretački program)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Takt: 16 MHz
• Dimenzije: 17 mm x 43 mm

Ova posebna varijanta Arduino Nanoa je crni Robotdyn Nano. In uključuje ugrađeni MicroUSB port povezan na CH340G USB/serijski most čip. Detaljne informacije o CH340 (i upravljačkim programima, ako je potrebno) možete pronaći ovdje.

Kada prvi put priključite Arduino Nano u USB priključak vašeg računala, trebala bi se upaliti zelena lampica napajanja i ubrzo nakon toga plava LED lampica trebala bi početi polako treptati. To se događa jer je Nano unaprijed učitan BLINK programom, koji radi na potpuno novom Arduino Nano.

SOFTVER: Ako još nemate instaliran Arduino IDE, možete ga preuzeti sa Arduino.cc

Priključite Nano u MicroUSB kabl, a drugi kraj kabla u USB port na računaru. Pokrenite Arduino IDE softver. Odaberite "Arduino Nano" u IDE -u pod alati> ploča i "ATmega328P (stari pokretač za podizanje sustava)" pod alati> procesor. Odaberite odgovarajući USB port pod Tools> port (vjerovatno je to ime sa "wchusb" u njemu).

Konačno, učitajte dio primjera koda: Datoteka-> Primjeri-> Osnove-> Treptanje

Blink je zapravo kôd koji je unaprijed učitan na Nano i trebao bi se pokrenuti upravo sada kako bi polako trepnuo plavu LED diodu. U skladu s tim, ako učitamo ovaj primjer koda, ništa se neće promijeniti. Umjesto toga, hajde da malo promijenimo kod.

Ako pažljivo pogledate, možete vidjeti da program uključuje LED diodu, čeka 1000 milisekundi (jednu sekundu), isključuje LED, čeka još jednu sekundu, a zatim sve to radi - zauvijek.

Izmijenite kôd promjenom oba izraza "delay (1000)" u "delay (100)". Ova izmjena će uzrokovati da LED trepće deset puta brže, zar ne?

Učitajmo izmijenjeni kôd u Nano klikom na dugme UPLOAD (ikona strelice) neposredno iznad vašeg izmijenjenog koda. Informacije ispod o statusu pogledajte ispod koda: "sastavljanje", a zatim "postavljanje". Na kraju, IDE bi trebao pokazati "Uploading Complete" i vaša LED dioda bi trebala brže treptati.

Ako je tako, čestitam! Upravo ste hakirali svoj prvi komad ugrađenog koda.

Nakon što se vaša verzija sa brzim treptajem učita i pokrene, zašto ne biste provjerili možete li ponovo promijeniti kôd kako bi LED dioda brzo trepnula dvaput, a zatim pričekati nekoliko sekundi prije nego što ponovite? Pokušati! Šta kažete na neke druge obrasce? Jednom kada uspijete vizualizirati željeni ishod, kodirati ga i promatrati kako radi kako je planirano, napravili ste ogroman korak ka tome da postanete kompetentan haker hardvera.

Sada kada ste potvrdili rad Nano modula, nastavite i lemite iglice zaglavlja na njega. Nakon što su zaglavlja spojena, modul se može lako koristiti u jednoj od lemljenih ploča MCU Lab. Ovaj proces testiranja MCU modula preuzimanjem jednostavnog testnog koda, izmjenom i ponovnim preuzimanjem najbolja je praksa kad god koristite novi ili drugačiji tip MCU modula.

Ako želite dodatne uvodne informacije za rad u Arduino ekosustavu, predlažemo da pogledate Vodič za početnu radionicu HackerBoxes, koji uključuje nekoliko primjera i vezu do PDF Arduino udžbenika.

Korak 5: Istražite MCU laboratorij s Arduino Nano

POTENTIOMETER

Spojite središnji pin potenciometra na Nano Pin A0.

Učitaj i pokreni: Primjeri> Analogni> Analogni ulaz

Primjer prema zadanim postavkama je ugrađena LED dioda Nano. Okrenite potenciometar da promijenite brzinu treptanja.

Izmijeni:

U kodu promijenite LedPin = 13 na 4

Kratkospojnik s Nano Pin 4 (i GND) na jednu od crvenih LED dioda MCU laboratorije.

BUZZER

Kratkospojnik sa zujalice na Nano pin 8. Uvjerite se da je GND ploče spojen na GND napajanog Nano -a jer je uzemljenje zujalice čvrsto spojeno na GND mrežu ploče.

Učitaj i pokreni: Primjeri> Digitalno> toneMelody

OLED EKRAN

U Arduino IDE -u upotrijebite upravitelja biblioteke za instaliranje "ssd1306" iz Alexey Dyna.

Spojite OLED: GND na GND, VCC na 5V, SCL na Nano A5, SDA na Nano A4

Učitaj i pokreni: Primjeri> ssd1306> demo> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

U Arduino IDE -u upotrijebite upravitelja biblioteke za instaliranje FastLED -a

Spojite pin zaglavlja WS2812 na Nano pin 5.

Učitaj: Primjeri> FastLED> Paleta boja

Promijenite NUM_LEDS u 1 i LED_TYPE u WS2812B

Prevedite i pokrenite

NAPIŠITE NEKE KODE ZA VJEŽBANJE DUGMICA I PREKIDAČA

Ne zaboravite koristiti pinMode (INPUT_PULLUP) za čitanje gumba bez dodavanja otpornika.

KOMBINUJTE ZAJEDNO NEKE OD OVIH PRIMERA

Na primjer, ciklusirajte izlaze na neki zanimljiv način i prikazujte stanja ili ulazne vrijednosti na OLED -u ili serijskom monitoru.

Korak 6: WEMOS ESP32 Lite

ESP32 mikrokontroler (MCU) je jeftin sistem male snage na čipu (SOC) sa integriranim Wi-Fi-jem i dual-mode Bluetooth-om. ESP32 koristi jezgro Tensilica Xtensa LX6 i uključuje ugrađene antenske prekidače, RF balun, pojačalo snage, prijemno pojačalo sa niskim šumom, filtere i module za upravljanje napajanjem. (wikipedia)

WEMOS ESP32 Lite modul je kompaktniji od prethodne verzije što ga čini lakšim za upotrebu na ploči za lemljenje.

Napravite početno ispitivanje WEMOS ESP32 modula prije nego što zalemite zaglavlje na modulu.

Postavite paket podrške ESP32 u Arduino IDE.

U odjeljku alati> ploča svakako odaberite "WeMos LOLIN32"

Učitajte primjer koda na Datoteke> Primjeri> Osnove> Blink i programirajte ga na WeMos LOLIN32

Primjer programa trebao bi uzrokovati da LED na modulu treperi. Eksperimentirajte s promjenom parametara kašnjenja kako bi LED dioda trepnula s različitim uzorcima. Ovo je uvijek dobra vježba za izgradnju povjerenja u programiranje novog modula mikrokontrolera.

Nakon što se upoznate s radom modula i načinom na koji ga programirate, pažljivo zalemite dva reda pinova zaglavlja na mjesto i još jednom testirajte programe za učitavanje.

Korak 7: Generisanje video zapisa ESP32

Ovaj video prikazuje ESP32 VGA biblioteku i vrlo lijep, jednostavan vodič iz bitlunijeve laboratorije.

Demonstrirana 3-bitna implementacija (8 boja) koristi direktne žične kratkospojnike između ESP32 modula i VGA konektora. Uspostavljanje ovih veza na VGA zaglavlju MCU Lab laboratorije prilično je jednostavno jer nisu uključene dodatne komponente.

Ovisno o tome koji MCU se koristi, njegovom naponskom nivou, rezoluciji piksela i željenoj dubini boje, postoje različite kombinacije ugrađenih otpornika i otporničkih mreža koje se mogu postaviti između MCU-a i VGA zaglavlja. Ako se odlučite za trajnu upotrebu ugrađenih otpornika, oni se mogu lemiti na MCU Lab PCB. Ako želite zadržati fleksibilnost, a posebno ako želite koristiti složenija rješenja, preporučuje se da ne lemite otpornike na svoje mjesto i jednostavno koristite ploče bez lemljenja i VGA zaglavlje za povezivanje potrebnih otpornika.

Na primjer, za implementaciju bitunijevog 14-bitnog načina boje prikazanog na kraju videa, ESP32 modul se može postaviti na jednu od mini ploča bez lemljenja, a druga ploča bez lemljenja može se koristiti za povezivanje ljestvi otpornika.

Evo još nekih primjera:

U HackerBox -u 0047 Arduino Nano pokreće jednostavan VGA izlaz sa 4 otpornika.

VIC20 Emulator implementiran je na ESP32 koristeći FabGL i 6 otpornika.

Implementirajte BASIC računar koristeći ESP32 i 3 otpornika.

Igrajte Space Invaders na ESP32 koristeći FabGL i 6 otpornika.

Generirajte VGA izlaz na STM32 sa 6 otpornika.

Simultani slojevi teksta i grafike na STM32 sa video demonstracijom.

Korak 8: STM32F103C8T6 MCU modul sa crnom pilulom

Black Pill je MCU modul zasnovan na STM32. To je poboljšana varijanta uobičajene plave pilule i rjeđe crvene pilule.

Black Pill sadrži STM32F103C8T6 32-bitni ARM M3 mikrokontroler (tehnički list), četveroiglično ST-Link zaglavlje, MicroUSB port i korisničku LED diodu na PB12. Ispravan pull-up otpornik na PA12 dolazi instaliran za ispravan rad USB priključka. Ovo povlačenje je obično zahtijevalo izmjenu ploče na drugim pločama za tablete.

Iako je po izgledu slična Arduino Nano -u, Crna pilula je daleko moćnija. 32 -bitni STM32F103C8T6 ARM mikrokontroler može raditi na 72 MHz. Može izvesti množenje u jednom ciklusu i hardversku podjelu. Ima 64 Kbajta flash memorije i 20 Kbajta SRAM -a.

Programiranje STM32 iz Arduino IDE -a.

Korak 9: TXS0108E 8-bitni logički pomak razine

TXS0108E (podatkovni list) je 8-bitni dvosmjerni logički pomak razine. Modul je podešen na signale za promjenu nivoa između 3.3V i 5V.

Budući da su kanali na nivou signala dvosmjerni, plutajući ulazi mogu uzrokovati nenamjerno pokretanje odgovarajućih izlaza. Kontrola izlaznog omogućavanja (OE) osigurana je za zaštitu u takvim scenarijima. Ovisno o tome kako je mjenjač spojen, treba paziti da se osigura da izlaz iz mjenjača (bilo "namjeran" ili zbog plutajućeg ulaza s druge strane) nikada ne smije ukrštati izlaz s drugog uređaja.

OE pin ostaje isključen u tragovima na PCB -u. Ispod modula nalazi se dvopolni zaglavlje za povezivanje OE i 3V3. Skraćivanje dvopolnog zaglavlja (pomoću komada žice ili kratkospojnog bloka) povezuje OE na 3V3 što omogućuje IC-u da upravlja svojim izlazima. Otpornik za spuštanje i logička kontrola također se mogu spojiti na OE pin.

Korak 10: HackLife

Nadamo se da ćete uživati u ovomjesečnoj HackerBox avanturi u elektronici i računarskoj tehnologiji. Javite se i podijelite svoj uspjeh u komentarima ispod ili na Facebook grupi HackerBoxes. Također zapamtite da u bilo kojem trenutku možete poslati e -poruku na [email protected] ako imate pitanje ili vam je potrebna pomoć.

Šta je sledeće? Pridružite se revoluciji. Živite HackLife. Nabavite hladnu kutiju opreme za hakiranje koja se isporučuje svakog mjeseca direktno u vaše poštansko sanduče. Pređite na stranicu HackerBoxes.com i prijavite se za mjesečnu pretplatu na HackerBox.