HackerBox 0051: MCU Lab: 10 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Lep pozdrav hekerjem HackerBox po vsem svetu! HackerBox 0051 predstavlja HackerBox MCU Lab. MCU Lab je razvojna platforma za testiranje, razvoj in prototip z mikrokrmilniki in moduli mikrokrmilnika. Arduino Nano, modul ESP32 in črna tabletka SMT32 se uporabljajo za raziskovanje funkcijskih blokov laboratorija MCU. Funkcijski bloki MCU Lab vključujejo stikala, gumbe, LED diode, zaslon OLED, zvočni signal, potenciometer, slikovno piko RGB, preklopnik logičnega nivoja, izhod VGA, vhod za tipkovnico PS/2, serijski vmesnik USB in dva območja za izdelavo prototirov brez spajkanja.

Ta priročnik vsebuje informacije za začetek uporabe HackerBox 0051, ki ga lahko kupite tukaj, dokler niso na zalogi. Če želite vsak mesec v svoj nabiralnik prejemati takšen HackerBox, se naročite na HackerBoxes.com in se pridružite revoluciji!

HackerBoxes je mesečna naročnina za hekerje strojne opreme in navdušence nad elektroniko in računalniško tehnologijo. Pridružite se nam v življenju HACK LIFE.

Korak: Seznam vsebine za HackerBox 0051

• MCU modul 1: Arduino Nano 5V, 16MHz
• Modul 2 MCU: WEMOS ESP32 Lite
• Modul MCU 3: črna tabletka STM32F103C8T6
• Ekskluzivno tiskano vezje laboratorija MCU
• Serijski adapter USB FT232RL
• OLED 128x64 zaslon I2C 0,96 palca
• Dvosmerni 8-bitni logični preklopnik ravni
• WS2812B RGB SMD LED
• Štiri taktilne tipke za površinsko montažo
• Štiri rdeče razpršene 5 mm LED diode
• Piezo Buzzer
• Priključek VGA HD15
• Mini-DIN priključek za tipkovnico PS/2
• Potenciometer 100K Ohm
• 8 Položaj DIP stikala
• AMS1117 3.3V Linearni regulator SOT223
• Dva 22uF tantal kondenzatorja 1206 SMD
• Deset uporov 680 Ohmov
• Štiri lepilne gumijaste PCB noge
• Dve 170 -točkovni mini spajkalni deski
• Enajst 8 -polnih ženskih vtičnic
• 40 -polna glava za odklop
• Paket 65 moških moških žic
• Nalepka z dvignjeno pestjo
• Hack The Planet Smiley Pirate Sticker
• Ekskluzivni obesek za ključe "Odstrani pred letom" HackerBox

Nekaj drugih stvari, ki vam bodo v pomoč:

• Spajkalnik, spajkalnik in osnovna orodja za spajkanje
• Računalnik za izvajanje programskih orodij

Najpomembneje je, da boste potrebovali občutek pustolovščine, hekerskega duha, potrpežljivost in radovednost. Gradnja in eksperimentiranje z elektroniko, čeprav zelo koristno, sta včasih lahko težavna, zahtevna in celo frustrirajoča. Cilj je napredek in ne popolnost. Ko vztrajate in uživate v pustolovščini, lahko ta hobi prinese veliko zadovoljstvo. Vsak korak naredite počasi, upoštevajte podrobnosti in ne bojte se prositi za pomoč.

V pogostih vprašanjih o HackerBoxesu je veliko informacij za sedanje in bodoče člane. Skoraj vsa e-poštna sporočila o netehnični podpori, ki jih prejmemo, so že odgovorjena, zato zelo cenimo, da ste si vzeli nekaj minut in prebrali pogosta vprašanja.

Korak: HackerBoxes MCU Lab

MCU Lab je kompaktna, polirana različica razvojne platforme, ki jo uporabljamo za izdelavo prototipov in preizkušanje različnih modelov na osnovi mikrokrmilnikov (MCU). Je zelo uporaben za delo z moduli MCU (na primer Arduino Nano, ESP32 DevKit itd.) Ali posameznimi paketi naprav MCU (kot so ATMEGA328, ATtiny85, PIC itd.). Ciljni MCU lahko postavite v eno od mini lemilnih plošč. Dva MCU -ja lahko povežete skupaj z obema ploščama ali pa enega od preskusnih mest uporabite za drugo vezje.

"Bloki funkcij" laboratorija MCU so razdeljeni na ženske naslove, podobne tistim, ki jih najdemo na Arduino UNO. Ženske glave so združljive z moškimi mostički.

3. korak: Sestavite laboratorij MCU HackerBoxes

SMD KOMPONENTE NA TALU

Začnite z namestitvijo linearnega regulatorja AMS1117 (paket SOT 233) in dveh kondenzatorjev filtra 22uF na hrbtni strani tiskanega vezja. Upoštevajte, da je ena stran vsakega kondenzatorskega sitotiska pravokotna, druga stran pa osmerokotna. Kondenzatorji morajo biti usmerjeni tako, da se temni rob na embalaži poravna z osmerokotno stranjo svilenega sita.

NADALJUJTE S KOMPONENTAMI NA SPREDNJI PLOŠČI

Spajkajte LED WS2812B RGB. Beli označeni kot vsake LED usmerite tako, da ustreza vogalu z zavihki, kot je prikazano na sitotisku tiskane plošče.

Štiri taktilne tipke SMD

Štiri rdeče LED s štirimi upori

Raven prestavnika z VA pin najbližjo oznako 3V3 in VB pin najbližjo oznako 5V. Modul Level Shifter lahko pritrdite v ravnino na tiskano vezje tako, da spajkate glave na modul in nato črne plastične distančnike potisnete z glav, preden modul namestite na MCB Lab PCB. Tudi puščanje distančnikov je v redu.

Za povezovanje modula FT232 lahko razdelite dva traka glave. Manjši 4-polni del glave lahko uporabite tudi za glavo 5V/GND tik ob modulu FT232.

Zaenkrat naselite ženski VGA glavo, ki je najbližje priključku VGA HD15 in vtičnici za tipkovnico. Vendar NE POPULIRAJTE dodatnega naslova poleg tega enega ali petih uporov med tema dvema glavoma. Posebne možnosti vmesnika video signala bodo obravnavane kasneje.

Naseli ostalih devet ženskih glav.

Odstranite lepilo z zadnje strani obeh spajkanih plošč, da ju pritrdite na tiskano vezje MCU Lab.

Lepilne gumijaste noge postavite na dno MCB Lab PCB, da zaščitite svojo delovno mizo pred praskami.

RAVNANJE Z VHODI Z MOČJO

Obstajata vsaj dva in bolj verjetno kar štiri mesta, kjer lahko pride do napajanja v laboratoriju MCU. To lahko povzroči težave, zato vedno pozorno upoštevajte naslednje napotke:

Točke glave z oznako 5V so vse povezane. 5V vodilo se poveže tudi z vtičnico za tipkovnico, prestavnikom nivoja in LED WS2812B RGB. Napajalnik lahko napajate na 5V vodilo tako, da priključite FT232 v USB, priključite štirinožni napajalnik na zunanji vir ali pa priključite mostiček z enega od 5V zatičev na tiskanem vezju na napajalni 5V modul (običajno ga napaja USB).

Podobno so vsi zatiči GND povezani. Povežejo se z USB GND na FT232 (ob predpostavki, da je USB priključen na FT232). Lahko jih priključite tudi na ozemljitev s pomočjo mostička med enim izmed njih in napajalnega modula, kot je opisano za 5V omrežje.

Tirnico 3V3 poganja regulator na zadnji strani tiskanega vezja. Je samo vir in (za razliko od tirnice 5V) ga ne smejo poganjati moduli ali drugi tokokrogi, saj se napaja neposredno iz regulatorja na tirnici 5V.

4. korak: Arduino Nano MCU modul

Eden najpogostejših modulov MCU v teh dneh je Arduino Nano. Priložena plošča Arduino Nano je opremljena z zatiči za glavo, ki pa niso spajkani na modul. Zaenkrat pustite zatiče. Pred spajkanjem na zatičih glave izvedite te začetne preizkuse na modulu Arduino Nano. Vse, kar potrebujete, je kabel microUSB in plošča Arduino Nano, tako kot prihaja iz vrečke.

Arduino Nano je površinsko nameščena, na ploščo prijazna, miniaturizirana plošča Arduino z vgrajenim USB-jem. Je neverjetno celovit in enostaven za kramp.

Lastnosti:

• Mikrokrmilnik: Atmel ATmega328P
• Napetost: 5V
• Digitalni V/I zatiči: 14 (6 PWM)
• Analogni vhodni zatiči: 8
• DC tok na V/I pin: 40 mA
• Flash pomnilnik: 32 KB (2KB za zagonski nalagalnik)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Taktna hitrost: 16 MHz
• Dimenzije: 17 x 43 mm

Ta posebna različica Arduino Nano je črni Robotdyn Nano. Vključuje vgrajena vrata MicroUSB, priključena na čip USB/serijski most CH340G. Podrobne informacije o CH340 (in gonilnikih, če je potrebno) najdete tukaj.

Ko prvič priključite Arduino Nano v vrata USB na vašem računalniku, se mora prižgati zelena lučka za vklop in kmalu zatem mora modra LED počasi utripati. To se zgodi, ker je Nano vnaprej naložen s programom BLINK, ki deluje na povsem novem Arduino Nano.

PROGRAMSKA OPREMA: Če še nimate nameščenega Arduino IDE, ga lahko prenesete s spletnega mesta Arduino.cc

Priključite Nano v kabel MicroUSB, drugi konec kabla pa v vrata USB na računalniku. Zaženite programsko opremo Arduino IDE. Izberite "Arduino Nano" v IDE pod orodja> plošča in "ATmega328P (stari zagonski nalagalnik)" pod orodja> procesor. Izberite ustrezna vrata USB pod orodji> vrata (verjetno je ime z "wchusb" v njem).

Nazadnje naložite del kode primera: Datoteka-> Primeri-> Osnove-> Utripaj

Blink je pravzaprav koda, ki je bila vnaprej naložena na Nano in bi se morala trenutno izvajati, da počasi utripa modra LED. Skladno s tem, če naložimo ta primer kode, se ne bo nič spremenilo. Namesto tega nekoliko spremenimo kodo.

Če natančno pogledate, lahko vidite, da program vklopi LED, počaka 1000 milisekund (eno sekundo), izklopi LED, počaka še eno sekundo in nato vse ponovi - za vedno.

Kodo spremenite tako, da obe izjavi "delay (1000)" spremenite v "delay (100)". Ta sprememba bo povzročila, da LED utripa desetkrat hitreje, kajne?

Naloženo kodo naložimo v Nano s klikom na gumb UPLOAD (ikona puščice) tik nad spremenjeno kodo. Pod kodo si oglejte informacije o stanju: "sestavljanje" in nato "nalaganje". Na koncu mora IDE označiti "Nalaganje je končano", LED pa naj bi utripal hitreje.

Če je tako, čestitam! Pravkar ste vdrli v svoj prvi del vdelane kode.

Ko se vaša različica s hitrim utripanjem naloži in zažene, zakaj ne bi preverili, ali lahko znova spremenite kodo, da LED utripa dvakrat hitro, nato pa počakajte nekaj sekund, preden se ponovi? Poskusi! Kaj pa drugi vzorci? Ko si uspete vizualizirati želeni rezultat, ga kodirati in opazovati, da deluje po načrtih, ste naredili ogromen korak k temu, da postanete kompetenten heker strojne opreme.

Zdaj, ko ste potrdili delovanje modula Nano, pojdite naprej in nanj prilepite zatiče glave. Ko so glave priključene, lahko modul enostavno uporabite v eni od spajkanih plošč v laboratoriju MCU. Ta postopek testiranja modula MCU s prenosom preproste preskusne kode, spreminjanjem in ponovnim nalaganjem je najboljša praksa, kadar uporabljate nov ali drugačen tip modula MCU.

Če želite dodatne uvodne informacije za delo v ekosistemu Arduino, predlagamo, da si ogledate Vodnik za začetno delavnico HackerBoxes, ki vsebuje več primerov in povezavo do učbenika Arduino v PDF -ju.

5. korak: Raziščite laboratorij MCU z Arduino Nano

POTENTIOMETER

Osrednji zatič potenciometra priključite na Nano Pin A0.

Load and Run: Primeri> Analogni> Analogni vhod

Primer je privzeto vgrajena LED -dioda Nano. Obrnite potenciometer, da spremenite hitrost utripanja.

Spremeni:

V kodi spremenite LedPin = 13 na 4

Mostiček iz Nano Pin 4 (in GND) na eno od rdečih LED v laboratoriju MCU.

BUZZER

Mostiček od zvonilca do Nano Pin 8. Prepričajte se, da je plošča GND priključena na GND napajalnika Nano, saj je ozemljitveni signal trdno povezan z mrežo GND plošče.

Load and Run: Primeri> Digital> toneMelody

OLED ZASLON

V Arduino IDE z upraviteljem knjižnice namestite »ssd1306« iz Alexey Dyna.

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

Naloži in zaženi: Primeri> ssd1306> predstavitve> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

V Arduino IDE z upraviteljem knjižnice namestite FastLED

Priključite zatič glave WS2812 na pin Nano 5.

Naloži: Primeri> FastLED> Barvna paleta

Spremenite NUM_LEDS na 1 in LED_TYPE na WS2812B

Prevedi in zaženi

NAPIŠITE NEKO KODO, DA IZVAJATE GUMBE IN STIKALCE

Ne pozabite uporabiti pinMode (INPUT_PULLUP) za branje gumba brez dodajanja upora.

ZDRUŽITE NEKAJ TIH PRIMEROV SKUPAJ

Na primer, na nek zanimiv način ciklirajte izhode in prikažite stanja ali vhodne vrednosti na OLED ali serijskem monitorju.

6. korak: WEMOS ESP32 Lite

Mikrokrmilnik ESP32 (MCU) je poceni sistem z nizko porabo energije na čipu (SOC) z vgrajenim Wi-Fi in dvojnim načinom Bluetooth. ESP32 uporablja jedro Tensilica Xtensa LX6 in vključuje vgrajena antenska stikala, RF balun, ojačevalnik moči, sprejemni ojačevalnik z nizkim šumom, filtre in module za upravljanje porabe energije. (wikipedia)

Modul WEMOS ESP32 Lite je kompaktnejši od prejšnje različice, kar olajša uporabo na lemljeni plošči.

Pred začetkom spajkanja zatičev glave na modul najprej opravite preizkus modula WEMOS ESP32.

V Arduino IDE nastavite podporni paket ESP32.

Pri orodjih> plošča izberite "WeMos LOLIN32"

Primer kode naložite v Datoteke> Primeri> Osnove> Blink in jo programirajte na WeMos LOLIN32

Primer programa naj bi utripal LED na modulu. Poskusite s spreminjanjem parametrov zakasnitve, da LED utripa z različnimi vzorci. To je vedno dobra vaja za krepitev zaupanja pri programiranju novega modula mikrokrmilnika.

Ko vam bo delo z modulom in kako ga programirati, previdno spajkajte dve vrsti zatičev glave in znova preizkusite programe za nalaganje.

7. korak: Generiranje videa ESP32

Ta videoposnetek prikazuje knjižnico ESP32 VGA in zelo lepo in preprosto vadnico iz bitlunijevega laboratorija.

Prikazana 3-bitna izvedba (8 barv) uporablja neposredne žične mostove med modulom ESP32 in priključkom VGA. Vzpostavitev teh povezav na glavi VGA MCU Lab je dokaj enostavna, saj niso vključene dodatne komponente.

Odvisno od tega, kateri MCU je v uporabi, njegove napetosti, ločljivosti slikovnih pik in želene globine barv, obstajajo različne kombinacije vgrajenih uporov in uporovnih omrežij, ki jih lahko postavite med MCU in glavo VGA. Če se odločite za stalno uporabo vgrajenih uporov, jih lahko spajkate na tiskano vezje MCU Lab. Če želite ohraniti fleksibilnost in še posebej, če želite uporabiti bolj zapletene rešitve, je priporočljivo, da ne spajkate nobenih uporov in jih preprosto uporabite z uporabo spajkalnih plošč in glave VGA za povezavo potrebnih uporov.

Na primer, za izvajanje bitunijevega 14-bitnega barvnega načina, prikazanega na koncu videoposnetka, lahko modul ESP32 namestite na eno od mini lemljenih plošč, drugo spajkano ploščo pa lahko uporabite za povezavo lestve uporov.

Tu je še nekaj primerov:

V HackerBox 0047 Arduino Nano poganja preprost VGA izhod s 4 upori.

Emulator VIC20 je implementiran na ESP32 z uporabo FabGL in 6 uporov.

Izvedite BASIC PC z uporabo uporov ESP32 in 3.

Igrajte Space Invaders na ESP32 z uporabo FabGL in 6 uporov.

Ustvarite izhod VGA na STM32 s 6 upori.

Sočasni besedilni in grafični sloji na STM32 z video predstavitvijo.

8. korak: STM32F103C8T6 modul MCU Black Pill

Black Pill je MCU modul na osnovi STM32. To je izboljšana različica običajne modre tablete in manj pogoste rdeče tablete.

Črna tabletka vsebuje STM32F103C8T6 32-bitni mikrokrmilnik ARM M3 (podatkovni list), štiri-polno glavo ST-Link, vrata MicroUSB in uporabniško LED na PB12. Za pravilno delovanje vrat USB je nameščen ustrezen vlečni upor na PA12. Ta dvig je običajno zahteval spremembo plošče na drugih tabletah.

Čeprav je po videzu podobna Arduino Nano, je črna tabletka veliko močnejša. 32 -bitni mikrokrmilnik STM32F103C8T6 ARM lahko deluje na 72 MHz. Lahko izvaja množenje v enem ciklu in strojno delitev. Ima 64 Kbajtov flash pomnilnika in 20 Kbajtov SRAM.

Programiranje STM32 iz Arduino IDE.

9. korak: TXS0108E 8-bitni logični nivojski premik

TXS0108E (podatkovni list) je 8-bitni dvosmerni logični premik ravni. Modul je nastavljen na signale za premik nivoja med 3,3 V in 5 V.

Ker so kanali na ravni signala dvosmerni, lahko plavajoči vhodi povzročijo nenamerno pogon ustreznih izhodov. Za zaščito v takšnih scenarijih je na voljo krmiljenje izhoda (OE). Glede na to, kako je stikalo priključeno, je treba paziti, da izhod iz menjalnika ("namerno" ali zaradi plavajočega vhoda na drugi strani) nikoli ne dovoli navzkrižnega pogona izhoda iz druge naprave.

OE -zatič ostane odklopljen v sledovih tiskanega vezja. Za priključitev OE in 3V3 je pod modulom na voljo dve polni glavi. S kratkim zagonom dvopolnega glavnika (z uporabo kosa žice ali mostičnega bloka) je OE priključen na 3V3, kar omogoča, da IC poganja svoje izhode. Na zatič OE lahko priključite tudi izvlečni upor in logično krmiljenje.

10. korak: HackLife

Upamo, da boste v tem mesecu uživali v HackerBoxovi pustolovščini na področju elektronike in računalniške tehnologije. Dosezite in delite svoj uspeh v spodnjih komentarjih ali na Facebook skupini HackerBoxes. Ne pozabite tudi, da lahko kadar koli pošljete e -pošto na [email protected], če imate vprašanje ali potrebujete pomoč.

Kaj je naslednje? Pridružite se revoluciji. Živi HackLife. Vsak mesec dobite kul škatlo opreme, ki jo je mogoče vdreti, in jo dostavite neposredno v nabiralnik. Pojdite na HackerBoxes.com in se prijavite za mesečno naročnino na HackerBox.