Isang Gabay ng Baguhan sa Mga Microcontroller: 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ano ang pagkakatulad ng mga remote control, router, at robot? Mga Microcontroller! Sa mga araw na ito, madaling gamitin ang mga baguhan na microcontroller at programa ng isang laptop, USB cable, at ilang (libre) open-source na software. Woohoo !! Lahat ng mga proyekto, narito kami!

Ang paghuli? Mayroong tulad, 4324302 * iba't ibang mga microcontroller at maaaring maging nakakatakot upang magsimula, lalo na kung papasok ka lang sa electronics. Saan ka ba nagsisimula ?!

Dito mismo, mga bbies, nakuha ko ang chu. Kung naghahanap ka man upang bumuo ng ilang mga cool na proyekto sa elektronikong, alamin ang programa / tech, o nais na turuan ang iba tungkol sa electronics, tutulungan ka ng tutorial na ito na malaman kung ano ang tama ng microcontroller para sa iyong mga pangangailangan, layunin, at badyet. Yay! Magsimula na tayo!

Basahin ang Oras: ~ 20 min

* Ok, ok, marahil hindi * ganon karami, ngunit tiyak na ilang dosenang!

Hakbang 1: Maghintay…. Ano ang isang Microcontroller?

Siguro nakita mo ang salitang ito at tulad ng "wtf" ngunit hindi komportable na magtanong *. Ganap na pagmultahin, narito ang isang mabilis na rundown:

Ang isang microcontroller ay isang "simpleng computer" na nagpapatakbo ng isang programa sa isang loop. Dinisenyo ang mga ito upang maisagawa ang isang solong, tiyak na gawain.

Sa gabay na ito, magtutuon kami sa mga microcontroller na mayroong mga breakout board, o isang board na ginagawang mas madaling kumonekta at mai-program ang microcontroller.

Sa isang breakout board, ang mga microcontroller pin ay solder sa isang naka-print na circuit board ("PCB"), ang mga header o iba pang mga konektor ay idinagdag sa PCB, at ang ilang pangunahing firmware, o permanenteng software, ay na-load upang ihanda ang microcontroller upang makatanggap ng mga signal.

* Ang mga katanungan ay laging mabuti kahit na sila ay "pipi" o "n00by", hanapin lamang ang isang ligtas na puwang - tulad ng Mga Instructable!

Hakbang 2: Ano ang Pagkakaiba sa Pagitan ng Raspberry Pi at isang Microcontroller?

Ang Raspberry Pi ay hindi lamang maliit at kaibig-ibig, ito rin ay isang ganap na computer!: D

Ang mga computer ay may mga microprocessor AT microcontroller na nagtutulungan upang maisagawa ang maraming mga gawain nang sabay-sabay.

Ang microprocessor ay kung ano ang ginagawa ng "mabibigat na pag-aangat" sa isang computer. Ginagawa nito ang mga tagubilin at kalkulasyon na nagpapagana sa computer. Ang mga microprocessor ay mas mabilis kaysa sa mga microcontroller, ngunit kailangan nila ng mga panlabas na mapagkukunan tulad ng RAM, Mga Input / Output port, atbp, samantalang ang isang microcontroller ay karaniwang may sarili.

Ang mga computer (na may mga input at output, imbakan, at pagproseso) ay maaaring magpatakbo ng maraming mga programa nang paisa-isa - maaari kang mag-surf sa Internet, gunitain ang mga dating larawan, magsulat ng isang papel, at magkaroon ng tulad ng 1000 mga tab na buksan lahat nang sabay-sabay! Microcontrollers … hindi gaanong karami. Maaari mong gawin ang isa sa mga bagay na iyon, ngunit hindi lahat.

Upang matuto nang higit pa tungkol sa Raspberry Pi, suriin ang huling seksyon ng tutorial na ito!

Hakbang 3: Arduino (Uno)

Ang isang matatag, open-source microcontroller at kapaligiran sa pag-program na dinisenyo para sa mga nagsisimula na may ilang kaalaman sa mga circuit.

Mga Inirekumendang Edad: 12+ (o mga bata na komportable sa pag-program at algebra)

Pinagkakahirapan: Magitna

Average na Gastos: ~ $ 35

Mayroong maraming iba't ibang mga uri ng mga board ng Arduino. Ito ang Arduino Uno, ang pinakamahusay na akma para sa mga nagsisimula! Mayroong mga board na mas malaki, maliit, naisusuot, at para sa mga kaso ng paggamit ng specialty tulad ng robotics.

Ang pagiging pamilyar sa Arduino boards at mga mapa ng programa ng maayos sa mga proyekto at karera sa computer science, engineering, at disenyo.

Mga Tampok ng Hardware

• Ang Arduino Uno ay mayroong 14 Digital Input & Output ("I / O") na mga pin, 6 Analog I / O pin, 2 Power Out pin (3.3V at 5V), at 3 pin ng Ground (GND).
• Ang pag-input ng kuryente ay maaaring kahit saan mula 5 hanggang 12 VDC

• Pinapayagan ka ng mga header ng ICSP na ikonekta ang isang tonelada ng iba't ibang mga add-on board na tinatawag na "kalasag".

  Halimbawa, maaari kang magdagdag ng isang kalasag sa WiFi upang ikonekta ang iyong Arduino sa 'net

Wika sa Programming: Mga Kable (Combo ng C ++ / Pagproseso)

Halimbawa ng Proyekto: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Bumili / Matuto Nang Higit Pa: Arduino Website

Hakbang 4: Micro: Bit

Ang isang friendly lil 'microcontroller madaling gamitin para sa mga bata at mga kamag-anak na nagsisimula pa lang sa pag-coding at hardware.

Mga Inirekumendang Edad: 8+ (o mga bata na komportable sa mga circuit at simpleng tool)

Pinagkakahirapan: Nagsisimula

Average na Gastos: ~ $ 15

Ang Micro: Bit ay isang mahusay na tool upang simulang malaman kung paano mag-code, magturo sa iba, partikular ang mga mag-aaral sa elementarya, kung paano mag-code, at gumawa ng simple at mabilis na mga elektronikong prototype.

Ang Micro: Bit ay isang pakikipagtulungan sa pagitan ng Microsoft at ng BBC upang magdala ng mga computer na pang-edukasyon sa mga silid-aralan sa buong mundo.

Mga Tampok ng Hardware:

• Ang Micro: Bit ay may 3 Digital at Analog I / O pin, 1 Power Out pin (3.3V), at 1 Ground (GND) pin
• Ang pag-input ng kuryente ay dapat na 3 - 5 VDC sa pamamagitan ng micro USB cable o konektor ng pack ng baterya.

• Mayroon din itong maraming mga onboard input, output, at sensor!

  • 5x5 (25) LED matrix
  • Dalawang (2) Mga Pushbuttons (A, B)
  • Radio Transmitter at Receiver
  • Accelerometer
  • Compass
  • Mga Sensor ng Magaan at Temperatura
• Para sa higit pang mga I / O pin, kumuha ng isang Micro: Bit breakout!

Wika sa Programming: Block-Base o Javascript (www. MakeCode.org); maaari ring gumamit ng CircuitPython

Halimbawa ng Proyekto: Text Messenger Puppet!

Bumili / Matuto Nang Higit Pa: Micro: Bit Website

Hakbang 5: Circuit Playground Express

Ang isang maraming nalalaman microcontroller na mahusay para sa mga bata at mga tao na nagsisimula pa lamang sa pag-coding at hardware.

Tandaan: Mayroon ding Circuit Playground Classic - ang hardware ay halos magkapareho, ngunit ang board na ito ay na-program sa Arduino IDE.

Mga Inirekumendang Edad: 8+ (o mga bata na komportable sa mga circuit at simpleng tool)

Pinagkakahirapan: Nagsisimula

Average na Gastos: ~ $ 25

Ang Circuit Playground Express, o CPX, ay isang kapaki-pakinabang na tool upang malaman kung paano mag-code, turuan ang iba kung paano mag-code, at gumawa ng mabilis na mga prototype para sa mga nagsisimula sa mga eksperto.

Ang Circuit Playground Express ay isang malakas at maraming nalalaman microcontroller nilikha ng Adafruit Industries.

Mga Tampok ng Hardware

• Ang CPX ay mayroong 7 Digital / Analog Input & Output ("I / O") na mga singsing na capacitive touch din!

  • 1 "totoo" Analog I / O singsing
  • 2 Power out ring (3.3V)
  • 3 Mga pin ng Ground (GND)
• Ang pag-input ng kuryente ay dapat na 3 - 5 VDC sa pamamagitan ng micro USB cable o konektor ng pack ng baterya.

• Mayroon ding mga tone-toneladang onboard input, output, at sensor!

  • 10 Mini Neopixels (maaaring maging lahat ng mga kulay)
  • 2 Mga Pushbutton (A, B)
  • 1 Slide Switch

  • Infrared Transmitter at Receiver

    Maaaring makatanggap / magpadala ng mga remote control code, magpadala ng mensahe sa pagitan ng mga CPX, at kumilos bilang isang distansya na sensor

  • Accelerometer
  • Sound sensor at mini speaker
  • Mga Sensor ng Magaan at Temperatura

Wika sa Programming: Block-Base o Javascript (www. MakeCode.org); maaari ring gumamit ng CircuitPython at Mga Kable (Arduino IDE)

Halimbawa ng Proyekto: Minecraft Gesture Controller!

Bumili / Matuto Nang Higit Pa: Mga Industriya ng Adafruit

Hakbang 6: Makey Makey

Ang isang interactive na panimulang microcontroller na mahusay para sa mga bata at mga tao na bago sa electronics at coding, lalo na para sa mga nais maglaro sa teknolohiya nang hindi kinakailangang bumuo ng mga circuit at code.

Mga Inirekumendang Edad: 5+ (o mga bata na komportable sa mga simpleng tool)

Pinagkakahirapan: Nagsisimula

Average na Gastos: ~ $ 50

Ang Makey Makey ay isang mahusay na unang hakbang sa electronics at teknolohiya - walang kinakailangang programa! Ikonekta ang mga clip ng buaya sa mga pad at pagkatapos ay ikonekta ang anumang medyo kondaktibong materyal, tulad ng mga kamay, prutas, o metal na bagay, upang ma-trigger ang ilang mga keyboard at mouse key.

Ang Makey Makey ay isang board na katugma sa Arduino, nangangahulugang maaari mo ring i-reprogram ito gamit ang Arduino Integrated Development Environment ("IDE").

Mga Tampok ng Hardware

• Ang Makey Makey ay may anim (6) na capacitive touch pad sa harap ng board:

  • Apat na kontrolin ang mga arrow key ng keyboard,
  • Kinokontrol ng isa ang spacebar, at
  • Kinokontrol ng isa ang kaliwang pag-click sa kaliwang mouse.

• Sa likuran ng board ay mga header pin para sa higit pang mga kontrol (capacitive touch din):

  • Anim (6) na mga pin na mapa sa mga titik,
  • Apat (4) na mga pin na mapa sa mga arrow,
  • Dalawang (2) mga pin na mapa sa mga mouse key, at
  • Isa (1) na pin ang mga mapa sa spacebar key.
  • Mayroon ding tatlong (3) pangkalahatang mga I / O pin, isang 5V power pin, at isang ground pin.

Wika sa Programming: Hindi nalalapat para sa mga nagsisimula; maaaring sumulat ng mga programa ng Scratch (block-based); maaaring muling magprogram sa Mga Kable (Arduino IDE)

Mga Halimbawang Proyekto

Nagsisimula: Floor Piano

Makitang: Interactive Survey Game!

Bumili / Matuto Nang Higit Pa: Makey Makey website

Hakbang 7: Iba Pang Mga Karaniwang Lupon

Mayroong waaaay masyadong maraming mga microcontroller upang masakop sa isang tutorial. Kung mayroon kang isang napaka-tukoy na pangangailangan sa specialty, marahil ay may isang microcontroller para doon (tulad ng mga app!). Upang makaramdam ng ilan sa iba pang mga board na hindi nabanggit sa tutorial na ito, suriin ang mga imbentaryo ng SparkFun Electronics at Adafruit Industries at / o tanungin ang mga tao sa larangan!

Narito ang ilan sa aking mga fav:

Particle Photon

Katulad ng Arduino Nano, ang Photon ay isang konektadong WiFi na microcontroller na maaaring mai-program nang wireless. Ang pinakamadaling pag-setup ay gumagamit ng isang (libre) smartphone app, ngunit kung maaari ding mai-program nang direkta sa pamamagitan ng USB sa halos kaparehong wika ng Arduino *.

Mga Inirekumendang Edad: 12+ (o mga bata comfy w / circuit at coding)

Pinagkakahirapan: Magitna

Gastos: ~ $ 20

Para sa karagdagang impormasyon at upang makuha ang pag-set up ng Photon, bisitahin ang online na tindahan ng Particle dito.

Wika sa Programming: Mga kable (higit pa o mas kaunti)

Halimbawa ng Proyekto

IoT Industrial Scale

* Ang kable ay ang balangkas ng code, kaya ang karamihan sa Arduino code ay gagana nang walang mga pagbabago. Maaari ring magsulat sa pagpupulong ng C / C ++ o ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Isang napakaliit, sobrang murang (at kasalukuyang sikat sa pamayanan ng IoT *) WiFi microcontroller. Kakailanganin mo ang isang FTDI o console cable. Maaari mong gamitin ang Arduino IDE upang i-program ang board na ito o ang NodeMCU's Lua Interpreter.

Mga Inirekumendang Edad: 14+ (o mga bata comfy w / hardware at software)

Pinagkakahirapan: Nakagitna ++

Gastos: ~ $ 10

Para sa karagdagang impormasyon, bisitahin ang pahina ng produkto ng HUZZAH Adafruit.

(Ang SparkFun ay mayroon ding isang katulad na board, ang "ESP8266 Thing", na maaari mong makita dito para sa ~ $ 15.)

Wika sa Programming: Lua (sorta tulad ng Python) o Mga Kable (Arduino IDE)

* Ang IoT ay nangangahulugang "Internet of Things", na kung saan ay ang term na tumutukoy sa pagkonekta at pagkontrol ng iba't ibang mga aparato sa hardware, tulad ng mga sensor at electronics ng sambahayan, sa Internet.

Adafruit Trinket M0

Ang isang maliit na maliit ngunit malakas na microcontroller na nagpapalabas ng mga linya sa pagitan ng computer at microcontroller (mayroon itong ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0 processor). Maaari itong mai-program sa Circuit Python o sa Arudino IDE.

Mga Inirekumendang Edad: 14+ (o mga bata comfy w / hardware at software)

Pinagkakahirapan: Magitna

Gastos: ~ $ 9

Para sa karagdagang impormasyon, bisitahin ang pahina ng produkto ng Adafruit para sa Trinket M0.

Wika sa Programming: CircuitPython o Mga Kable (Arduino IDE)

Mayroong isang tonelada ng iba pang mga board ng M0, katulad sa saklaw ng Arduino Zero na magkakonekta na mga microcontroller. Kung hindi ito naaangkop sa iyong mga pangangailangan o sa iyong magarbong, maghanap sa paligid ng mga website ng Adafruit at SparkFun!

Hakbang 8: Mga naisusuot na Microcontroller

Mayroon ding isang maliit na mga microcontroller na dinisenyo para sa naisusuot na mga proyekto!

Ang nakagagawa ng mga espesyal na ito ay maaari silang hugasan, kaya hindi mo kailangang gupitin sila mula sa kahanga-hangang proyekto na iyong ginawa (ngunit alisin ang baterya!).

Ang mga naisusuot na microcontroller ay mayroon ding mga espesyal na I / O na pin na ginagawang mas madaling manahi sa damit at manahi ng mga circuit na may kondaktibo na thread. Narito ang ilan sa aking mga fav:

Adafruit FLORA

Isang pabilog na natatahi na microcontroller na may 14 na input at output. Maaaring hugasan (ngunit tanggalin ang def ang baterya).

Mga Inirekumendang Edad: 12+ (o mga bata comfy w / circuit at coding)

Pinagkakahirapan: Magitna

Gastos: $ 15

Wika sa Programming: Mga Kable (Arduino IDE)

Para sa karagdagang impormasyon, bisitahin ang pahina ng produkto ng Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Isang maliit na maliit na sewable microcontroller na may 3 input at output. Perpekto para sa pagtatago, pagkonekta sa maliliit na bagay, at paglikha ng alahas.

Mga Inirekumendang Edad: 12+

Pinagkakahirapan: Magitna

Gastos: ~ $ 5

Wika sa Programming: Mga Kable (Arduino IDE)

Para sa karagdagang impormasyon, bisitahin ang pahina ng produkto ng Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Isang pabilog na natatahi na microcontroller na may 14 na magagamit na mga input at output.

Mga Inirekumendang Edad: 12+

Pinagkakahirapan: Magitna

Gastos: ~ $ 25

Wika sa Programming: Mga Kable (Arduino IDE)

Para sa karagdagang impormasyon, bisitahin ang pahina ng produkto ng SparkFun para sa Lilypad.

Hakbang 9: Raspberry Pi 3

Ang Raspberry Pi, o sa madaling sabi ni Pi, ay isang computer na may sukat sa credit card * na nagpapatakbo ng isang espesyal na bersyon ng Linux at maaaring mai-program upang makontrol ang hardware.

Mga Inirekumendang Edad: 12 + O mga bata na komportable sa pag-coding at algebra

Pinagkakahirapan: Magitna (madali bilang isang computer)

Average na Gastos: ~ $ 35

Ang Raspberry Pi computer, o para sa maikli na Pi, ay maaaring magamit bilang isang "pamantayan" na computer o bilang isang tagakontrol para sa lahat ng uri ng mga proyekto sa hardware. Ito ay isang mahusay na unang computer para sa mga bata upang magamit at matutong mag-code, at malawak na ginagamit ng mga eksperto sa hardware upang makabuo ng lahat ng uri ng mga elektronikong proyekto, mula sa mga robot hanggang sa mga 3D printer hanggang sa mga system ng automation ng bahay!

Binago ng Raspberry Pi ang paraan ng aming pagbuo ng electronics! Mayroong ilang iba't ibang mga bersyon, ang pinakabagong ay ang Raspberry Pi 3 at ang Pi Zero, isang maliit na bersyon ng Pi 3 sa halagang $ 10 lamang.

Pangkalahatang-ideya ng Hardware

• Ang inirekumenda na Operating System ("OS") ay isang espesyal na bersyon ng Linux na tinatawag na Raspbian.

• Ang Pi ay mayroong 40 Pangkalahatang Layunin Input at Output ("GPIO") na mga pin.

  • 26 Mga Digital I / O na pin (walang Analog I / O)
  • 4 Power Out pin (dalawang 3.3V at dalawang 5V)
  • 8 Mga pin ng Ground (GND)
  • 2 Mga Pinakamagaling na Pin (I2C ID EEPROM, advanced na paggamit lamang)

• Mayroon ding mga karaniwang pamantayan sa computer ang Pi:

  • 4 na USB Ports
  • 1 Ethernet port
  • 1 HDMI port
  • 1 Audio Jack
  • 1 Camera Module Port

Wika sa Programming (para sa mga GPIO pin): Python o C ++

Dahil ito ay isang buong computer, maaari kang mag-program sa anumang wika na nais mo, kasama ang pagprograma ng iba pang mga microcontroller!

Mga Halimbawang Proyekto

IoT Pet Monitor!

Impact Force Monitor

Pagbili / Marami pang Impormasyon: Raspberry Pi Foundation

* Ang Pi ay maaaring magamit katulad ng isang karaniwang microcontroller AT maaari ring kontrolin ang mga microcontroller! Talaga, ang Pi ay napakahusay at mayroon akong * upang isama ito kahit na ito ay isang computer na:)

Hakbang 10: Pangwakas na Mga Saloobin

Kung nagsisimula ka pa lamang at nais na bumuo ng lahat ng uri ng mga proyekto, inirerekumenda ko ang Circuit Playground Express. Napakadali nitong bumangon at tumakbo at may isang toneladang mga onboard gadget.

Kung sobrang interesado ka sa computer networking, AI, o pagkonekta ng mga bagay sa Internet (hal. Paggawa ng isang "Smart Home"), iminumungkahi ko ang Raspberry Pi.

Kung nais mo ang isang matibay, matatag, at maaasahang board upang bumuo ng isang iba't ibang mga proyekto, pumunta sa isang Arduino.

Kung wala ka pang ideya kung saan magsisimula at ganap na takot, magsimula sa Micro: Bit - $ 15 lamang ito at maraming mga snazzy na bagay dito upang mapaglaruan. Dagdag pa, kung nakakakuha ka ng isa para sa iyong kaibigan, maaari kang magpadala ng mga mensahe lil 'pabalik-balik:)

Ang pinakamahusay na payo na maibibigay ko sa iyo ay upang makahanap ng isang proyekto na masidhi mo at buuin ito! Mayroong tone-toneladang mga tutorial sa online kaya maghanap sa paligid para sa isang tao na nagtayo ng pareho o katulad na proyekto. Buuin ang kanilang mga natuklasan at ayusin ayon sa gusto mo!

At syempre, iwanan ang anumang mga kaugnay na katanungan sa mga komento at gagawin ko ang aking makakaya upang makatulong!

Maligayang pag-hack!