Vodič za početnike u mikrokontrolerima: 10 koraka (sa slikama)

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

Šta daljinski upravljači, usmjerivači i roboti imaju zajedničko? Mikrokontroleri! Ovih dana mikrokontroleri prilagođeni početnicima jednostavni su za upotrebu i programiranje samo s prijenosnim računarom, USB kablom i nekim (besplatnim) softverom otvorenog koda. Woohoo !! Svi projekti, evo nas!

Ulov? Postoje slični, 4324302* različiti mikrokontroleri i početak je zastrašujući, pogotovo ako se tek bavite elektronikom. Dođavola, odakle počinješ ?!

Evo, djeco, imam chu. Bilo da želite izgraditi neke sjajne elektroničke projekte, naučiti programiranje/tehnologiju ili želite naučiti druge o elektronici, ovaj će vam vodič pomoći da shvatite koji mikrokontroler odgovara vašim potrebama, ciljevima i budžetu. Jej! Hajde da počnemo!

Vrijeme čitanja: ~ 20 min

*U redu, u redu, možda ne *toliko *, ali definitivno nekoliko desetina!

Korak 1: Sačekajte…. Šta je mikrokontroler?

Možda ste vidjeli ovu riječ i bili ste poput "wtf", ali niste se osjećali dovoljno udobno da pitate*. Potpuno u redu, evo kratkog pregleda:

Mikrokontroler je "jednostavan računar" koji pokreće jedan program u petlji. Dizajnirani su za obavljanje jednog, posebnog zadatka.

U ovom vodiču ćemo se fokusirati na mikrokontrolere koji imaju ploče za razbijanje ili ploču koja olakšava povezivanje i programiranje mikrokontrolera.

Na razvodnoj ploči, pinovi mikrokontrolera su lemljeni na štampanoj ploči ("PCB"), zaglavlja ili drugi konektori se dodaju na PCB, a neki osnovni firmver ili trajni softver se učitava da pripremi mikrokontroler za prijem signala.

*Pitanja su uvijek dobra, čak i ako su "glupa" ili "n00by", samo pronađite siguran prostor - poput uputa!

Korak 2: Koja je razlika između Raspberry Pi i mikrokontrolera?

Raspberry Pi nije samo mali i simpatičan, već je i punopravni računar!: D

Računari imaju mikroprocesore I mikrokontrolere koji rade zajedno za obavljanje mnogih zadataka odjednom.

Mikroprocesor je ono što "težak posao" čini u računaru. Izvodi upute i proračune koji omogućuju rad računara. Mikroprocesori su mnogo brži od mikrokontrolera, ali trebaju vanjske resurse poput RAM-a, ulazno/izlaznih portova itd., Dok je mikrokontroler obično samostalan.

Računari (koji imaju ulaze i izlaze, pohranu i obradu) mogu pokretati više programa odjednom - možete surfati internetom, prisjećati se starih fotografija, pisati rad i imati otprilike 1000 kartica otvorenih u isto vrijeme! Mikrokontroleri … ne toliko. Možete učiniti jednu od tih stvari, ali ne sve.

Da biste saznali više o Raspberry Pi, pogledajte zadnji odjeljak ovog vodiča!

Korak 3: Arduino (Uno)

Robustan mikrokontroler otvorenog koda i programsko okruženje dizajnirano za početnike s određenim znanjem o krugovima.

Preporučeni uzrast: 12+ (ili su djeca udobna u programiranju i algebri)

Teškoća: Srednja

Prosječna cijena: ~ 35 USD

Postoji mnogo različitih vrsta Arduino ploča. Ovo je Arduino Uno, koji najbolje odgovara početnicima! Postoje veće ploče, manje, nosive i za posebne namjene, poput robotike.

Poznavanje Arduino ploča i programskih mapa dobro za projekte i karijere u računarstvu, inženjeringu i dizajnu.

Hardverske karakteristike

• Arduino Uno ima 14 pinova za digitalni ulaz i izlaz ("I/O"), 6 analognih I/O pinova, 2 pina za isključivanje (3.3V i 5V) i 3 uzemljenja (GND).
• Ulazna snaga može biti od 5 do 12 VDC

• ICSP zaglavlja omogućuju vam povezivanje tona različitih dodatnih ploča koje se nazivaju "štitovi".

  Na primjer, možete dodati WiFi štit za povezivanje vašeg Arduina na mrežu

Programski jezik: Ožičenje (Kombinacija C ++/obrada)

Primjer projekta: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Kupite/saznajte više: Arduino web stranica

Korak 4: Mikro: Bit

Ljubazan mali mikrokontroler zgodan za djecu i ljude koji tek počinju s kodiranjem i hardverom.

Preporučeni uzrast: 8+ (ili djeca udobna sa sklopovima i jednostavnim alatima)

Teškoća: Početnik

Prosječna cijena: ~ 15 USD

Micro: Bit je odličan alat za početak učenja kodiranja, podučavanje drugih, posebno učenika osnovnih škola, kodiranju i izradu jednostavnih i brzih elektronskih prototipova.

Micro: Bit je saradnja između Microsofta i BBC -a kako bi obrazovni računari ušli u učionice širom svijeta.

Hardverske karakteristike:

• Micro: Bit ima 3 digitalna i analogna I/O pina, 1 pin za izlaz (3.3V) i 1 uzemljenje (GND)
• Ulaz napajanja trebao bi biti 3 - 5 VDC putem mikro USB kabela ili konektora za bateriju.

• Takođe ima puno ugrađenih ulaza, izlaza i senzora!

  • 5x5 (25) LED matrica
  • Dva (2) tastera (A, B)
  • Radio predajnik i prijemnik
  • Akcelerometar
  • Kompas
  • Senzori svjetla i temperature
• Za više I/O pinova, uzmite Micro: Bit proboj!

Programski jezik: Blok ili Javascript (www. MakeCode.org); može koristiti i CircuitPython

Primjer projekta: Lutka SMS -a!

Kupite/saznajte više: Micro: Bit web stranica

Korak 5: Spojite Playground Express

Svestrani mikrokontroler odličan za djecu i ljude koji tek počinju s kodiranjem i hardverom.

Napomena: Postoji i Circuit Playground Classic - hardver je gotovo identičan, ali ova ploča je programirana u Arduino IDE -u.

Preporučeni uzrast: 8+ (ili djeca udobna sa sklopovima i jednostavnim alatima)

Teškoća: Početnik

Prosječna cijena: ~ 25 USD

Circuit Playground Express, ili CPX, koristan je alat za učenje kodiranja, podučavanje drugih kako kodiranju i izradu brzih prototipova za početnike i stručnjacima.

Circuit Playground Express je moćan i svestran mikrokontroler koji je stvorila Adafruit Industries.

Hardverske karakteristike

• CPX ima 7 prstenova za digitalne/analogne ulaze i izlaze ("I/O") koji su također kapacitivni na dodir!

  • 1 "pravi" analogni I/O prsten
  • 2 Prsten za isključivanje (3,3 V)
  • 3 igle za uzemljenje (GND)
• Ulaz napajanja trebao bi biti 3 - 5 VDC putem mikro USB kabela ili konektora za bateriju.

• Tu su i tone ugrađenih ulaza, izlaza i senzora!

  • 10 mini neopiksela (mogu biti svih boja)
  • 2 tastera (A, B)
  • 1 Klizni prekidač

  • Infracrveni odašiljač i prijemnik

    Može primati/prenositi kodove daljinskog upravljanja, slati poruke između CPX -ova i djelovati kao senzor udaljenosti

  • Akcelerometar
  • Senzor zvuka i mini zvučnik
  • Senzori svjetla i temperature

Programski jezik: Blok ili Javascript (www. MakeCode.org); može koristiti i CircuitPython i ožičenje (Arduino IDE)

Primjer projekta: Minecraft kontrolor pokreta!

Kupite/saznajte više: Adafruit Industries

Korak 6: Makey Makey

Interaktivni uvodni mikrokontroler odličan za malu djecu i ljude tek upoznate s elektronikom i kodiranjem, posebno za one koji se žele igrati s tehnologijom bez potrebe za izgradnjom sklopova i koda.

Preporučeni uzrast: 5+ (ili djeca udobna uz jednostavne alate)

Teškoća: Početnik

Prosječna cijena: ~ 50 USD

Makey Makey je odličan prvi korak u elektronici i tehnologiji - nije potrebno programiranje! Spojite kopče od aligatora s jastučićima, a zatim povežite bilo koji donekle provodljiv materijal, poput ruku, voća ili metalnih predmeta, kako biste aktivirali određene tipke na tipkovnici i mišu.

Makey Makey je ploča kompatibilna s Arduinom, što znači da je možete i reprogramirati pomoću Arduino integriranog razvojnog okruženja ("IDE").

Hardverske karakteristike

• Makey Makey ima šest (6) kapacitivnih touch padova na prednjoj strani ploče:

  • Četiri kontrole tastera sa strelicama na tastaturi,
  • Jedan kontrolira razmaknicu i
  • Jedan kontrolira lijevi klik mišem.

• Na stražnjoj strani ploče nalaze se igle zaglavlja za više kontrola (također kapacitivni dodir):

  • Šest (6) pinova koji se mapiraju u slova,
  • Četiri (4) igle koje se preslikavaju u strelice,
  • Dva (2) pina koji se preslikavaju na tipke miša i
  • Jedan (1) pin koji se preslikava na taster razmaknice.
  • Postoje i tri (3) općenita I/O pina, pin za napajanje od 5V i pin za uzemljenje.

Programski jezik: Ne primjenjuje se na početnike; može pisati Scratch programe (zasnovane na blokovima); može reprogramirati u ožičenju (Arduino IDE)

Primjeri projekata

Početnik: Floor Piano

Srednji nivo: Interaktivna anketna igra!

Kupite/saznajte više: web stranica Makey Makey

Korak 7: Ostale uobičajene ploče

Postoji previše mikrokontrolera koje možete pokriti u jednom vodiču. Ako imate super specifične potrebe, vjerojatno za to postoji mikrokontroler (baš kao i aplikacije!). Da biste stekli dojam o nekim drugim pločama koje nisu spomenute u ovom vodiču, proučite popise SparkFun Electronics i Adafruit Industries i/ili pitajte ljude na terenu!

Evo nekoliko mojih favorita:

Foton čestica

Slično kao i Arduino Nano, Photon je mikrokontroler povezan s WiFi -jem koji se može programirati bežično. Najjednostavnije postavljanje koristi (besplatnu) aplikaciju za pametni telefon, ali ako se može programirati i izravno putem USB -a na gotovo istom jeziku kao Arduino*.

Preporučeni uzrast: 12+ (ili djeci udobno sa kolima i kodiranjem)

Teškoća: Srednja

Cijena: ~ 20 USD

Za više informacija i postavljanje Photona posjetite internetsku trgovinu Particle ovdje.

Programski jezik: Ožičenje (manje ili više)

Primjer projekta

IoT industrijska vaga

*Ožičenje je okvir koda, pa će većina Arduino koda raditi bez izmjena. Takođe može pisati u C/C ++ ili ARM sklopu

Adafruit HUZZAH ESP8266 Prekid

Izuzetno mali, super jeftin (i trenutno vrlo popularan u IoT* zajednici) WiFi mikrokontroler. Trebat će vam FTDI ili konzolni kabel. Možete koristiti Arduino IDE za programiranje ove ploče ili NodeMCU -ovog tumača Lua.

Preporučeni uzrast: 14+ (ili djeci udobno sa hardverom i softverom)

Teškoća: Srednji ++

Cijena: ~ 10 USD

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda HUZZAH Adafruit.

(SparkFun također ima sličnu ploču, "ESP8266 Thing", koju ovdje možete pronaći za ~ 15 USD.)

Programski jezik: Lua (otprilike kao Python) ili ožičenje (Arduino IDE)

*IoT znači "Internet stvari", izraz koji se odnosi na povezivanje i kontrolu različitih hardverskih uređaja, poput senzora i kućne elektronike, na Internet.

Adafruit Trinket M0

Mali, ali moćan mikrokontroler koji briše granice između računara i mikrokontrolera (ima ATSAMD21E18 32-bitni Cortex M0 procesor). Može se programirati sa Circuit Python -om ili u Arudino IDE -u.

Preporučeni uzrast: 14+ (ili djeci udobno sa hardverom i softverom)

Teškoća: Srednja

Cijena: ~ 9 USD

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda Adafruit za Trinket M0.

Programski jezik: CircuitPython ili ožičenje (Arduino IDE)

Postoji TON drugih M0 ploča, sličnog opsega kao Arduino Zero spojivi mikrokontroleri. Ako ovo ne odgovara vašim potrebama ili vašim željama, pretražite na web stranicama Adafruit i SparkFun!

Korak 8: Nosivi mikrokontroleri

Postoji i pregršt mikrokontrolera dizajniranih za noseće projekte!

Ono što ih čini posebnim je to što se mogu prati, pa ih ne morate istrgnuti iz sjajnog projekta koji ste napravili (ali uklonite bateriju!).

Nosivi mikrokontroleri također imaju posebne U/I pinove koji olakšavaju ušivanje u odjeću i povezivanje krugova s provodljivim navojem. Evo nekoliko mojih favorita:

Adafruit FLORA

Kružni mikrokontroler za kanalizaciju sa 14 ulaza i izlaza. Može se prati (ali izvadite bateriju).

Preporučeni uzrast: 12+ (ili djeci udobno sa kolima i kodiranjem)

Teškoća: Srednja

Cijena: 15 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Mali mali mikrokontroler za kanalizaciju sa 3 ulaza i izlaza. Savršeno za skrivanje, povezivanje s malim predmetima i izradu nakita.

Preporučeni uzrast: 12+

Teškoća: Srednja

Cijena: ~ 5 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Kružni kanalizacijski mikrokontroler sa 14 dostupnih ulaza i izlaza.

Preporučeni uzrast: 12+

Teškoća: Srednja

Cijena: ~ 25 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda SparkFun za Lilypad.

Korak 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi ili skraćeno Pi je računalo veličine kreditne kartice* koje pokreće posebnu verziju Linuxa i može se programirati za kontrolu hardvera.

Preporučeni uzrast: 12+ Ili djeci udobno kodiranje i algebra

Teškoća: Srednja (lako kao računar)

Prosječna cijena: ~ 35 USD

Računar Raspberry Pi ili skraćeno Pi može se koristiti kao „standardni“računar ili kao kontroler za sve vrste hardverskih projekata. To je odličan prvi računar za djecu koji mogu koristiti i naučiti kodirati, a stručnjaci za hardver ga naširoko koriste za izradu svih vrsta elektroničkih projekata, od robota do 3D štampača do sistema za kućnu automatizaciju!

Raspberry Pi je promijenio način na koji gradimo elektroniku! Postoji nekoliko različitih verzija, a najnovija je Raspberry Pi 3 i Pi Zero, minijaturna verzija Pi 3 za samo 10 USD.

Pregled hardvera

• Preporučeni operativni sistem (“OS”) je posebna verzija Linuxa pod nazivom Raspbian.

• Pi ima 40 ulaza i izlaza opšte namjene („GPIO“).

  • 26 digitalnih I/O pinova (nema analognih I/O)
  • 4 pina za izlaz napajanja (dva 3.3V i dva 5V)
  • 8 Igle za uzemljenje (GND)
  • 2 specijalna pina (I2C ID EEPROM, samo napredna upotreba)

• Pi takođe ima većinu standardnih računarskih funkcija:

  • 4 USB porta
  • 1 Ethernet port
  • 1 HDMI port
  • 1 Audio priključak
  • 1 port modula kamere

Programski jezik (za GPIO pinove): Python ili C ++

Budući da je ovo potpuno računalo, možete programirati na bilo kojem jeziku, uključujući programiranje drugih mikrokontrolera!

Primjeri projekata

IoT Monitor za kućne ljubimce!

Monitor sile udara

Kupovina/više informacija: Raspberry Pi Foundation

*Pi se može koristiti slično standardnom mikrokontroleru, a može i kontrolirati mikrokontrolere! U osnovi, Pi je super i moram ga * uključiti čak i ako je tehnički računar:)

Korak 10: Završne misli

Ako tek počinjete i želite graditi sve vrste projekata, preporučio bih Circuit Playground Express. Izuzetno je jednostavno pokrenuti i ima puno gadžeta.

Ako ste jako zainteresirani za računalno umrežavanje, umjetnu inteligenciju ili povezivanje stvari s internetom (npr. Stvaranje "pametne kuće"), predlažem Raspberry Pi.

Ako želite čvrstu, stabilnu i pouzdanu ploču za izradu raznih projekata, idite s Arduinom.

Ako još uvijek nemate pojma odakle početi i potpuno ste zastrašeni, počnite s Micro: Bitom - to je samo 15 USD i ima mnogo zanimljivih stvari za igranje. Osim toga, ako dobijete jednu za svog prijatelja, možete slati male poruke naprijed -nazad:)

Najbolji savjet koji vam mogu dati je da pronađete projekt za koji ste strastveni i da ga izgradite! Na internetu postoji mnogo tutorijala pa potražite nekoga tko je napravio isti ili sličan projekt. Nadogradite njihove nalaze i prilagodite se kako želite!

I naravno, ostavite bilo koja povezana pitanja u komentarima i potrudit ću se pomoći!

Sretno hakiranje!