Vodnik za začetnike po mikrokontrolerjih: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Kaj imajo skupnega daljinski upravljalniki, usmerjevalniki in roboti? Mikrokrmilniki! Danes so mikrokontrolerji, prijazni začetnikom, enostavni za uporabo in programiranje le z prenosnikom, kablom USB in nekaj (brezplačno) odprtokodno programsko opremo. Woohoo !! Vsi projekti, prihajamo!

Ulov? Obstajajo podobni, 4324302* različni mikrokrmilniki in začetek je lahko zastrašujoč, še posebej, če se šele ukvarjate z elektroniko. Kje za vraga začneš ?!

Tukaj, srčki, imam chu. Ne glede na to, ali želite zgraditi nekaj kul elektronskih projektov, se naučiti programiranja/tehnologije ali želite druge poučiti o elektroniki, vam bo ta vadnica pomagala ugotoviti, kateri mikrokrmilnik je primeren za vaše potrebe, cilje in proračun. Juhu! Začnimo!

Čas branja: ~ 20 min

*Ok, ok, morda ne *tako *veliko, vsekakor pa nekaj deset!

1. korak: Počakajte…. Kaj je mikrokrmilnik?

Morda ste videli to besedo in bili kot "wtf", vendar se vam ni zdelo dovolj udobno, da bi vprašali*. Popolnoma v redu, tukaj je kratek povzetek:

Mikrokrmilnik je "preprost računalnik", ki izvaja en program v zanki. Zasnovani so za opravljanje ene same posebne naloge.

V tem priročniku se bomo osredotočili na mikrokrmilnike, ki imajo odklopne plošče, ali ploščo, ki olajša povezavo in programiranje mikrokrmilnika.

Na odklopni plošči so zatiči mikrokrmilnika spajkani na tiskano vezje ("PCB"), na tiskano vezje so dodane glave ali drugi priključki, nekaj osnovne vdelane programske opreme ali trajne programske opreme pa je naloženo za pripravo mikrokrmilnika na sprejem signalov.

*Vprašanja so vedno dobra, tudi če so "neumna" ali "n00by", le poiščite varen prostor - na primer Instructables!

2. korak: Kakšna je razlika med Raspberry Pi in mikrokrmilnikom?

Raspberry Pi ni le majhen in čudovit, ampak je tudi polnopravni računalnik!: D

Računalniki imajo mikroprocesorje IN mikrokrmilnike, ki skupaj opravljajo več nalog hkrati.

Mikroprocesor je tisto, kar "težko dviga" v računalniku. Izvaja navodila in izračune, zaradi katerih računalnik deluje. Mikroprocesorji so veliko hitrejši od mikrokrmilnikov, vendar potrebujejo zunanje vire, kot so RAM, vhodna/izhodna vrata itd., Medtem ko je mikrokrmilnik običajno samostojen.

Računalniki (ki imajo vhode in izhode, shranjevanje in obdelavo) lahko hkrati izvajajo več programov - lahko brskate po internetu, se spominjate starih fotografij, pišete papir in imate naenkrat odprtih približno 1000 zavihkov! Mikrokrmilniki … ne toliko. Lahko naredite eno od teh stvari, vendar ne vse.

Če želite izvedeti več o Raspberry Pi, si oglejte zadnji del te vadnice!

3. korak: Arduino (Uno)

Robustno odprtokodno mikrokontroler in programsko okolje, namenjeno začetnikom z nekaj znanja o vezjih.

Priporočena starost: 12+ (ali otroci udobni pri programiranju in algebri)

Težavnost: vmesna

Povprečni stroški: ~ 35 USD

Obstaja veliko različnih vrst Arduino plošč. To je Arduino Uno, ki najbolj ustreza začetnikom! Obstajajo plošče, ki so večje, manjše, nosljive in za posebne primere uporabe, kot je robotika.

Dobro poznavanje plošč Arduino in programiranja dobro prikazuje projekte in kariero na področju računalništva, inženiringa in oblikovanja.

Značilnosti strojne opreme

• Arduino Uno ima 14 zatičev za digitalni vhod in izhod ("I/O"), 6 analognih V/I zatičev, 2 zatiča za izklop (3,3 V in 5 V) in 3 ozemljitvene (GND) nožice.
• Vhodna moč je lahko od 5 do 12 V DC

• Glave ICSP vam omogočajo, da povežete tono različnih dodatnih plošč, imenovanih "ščitniki".

  Na primer, lahko dodate ščit WiFi za povezavo vašega Arduina z omrežjem

Programski jezik: Ožičenje (kombinacija C ++/obdelava)

Primer projekta: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Nakup/Več o tem: Spletno mesto Arduino

4. korak: Mikro: Bit

Prijazen lil mikrokontroler, primeren za otroke in ljudi, ki šele začenjajo s kodiranjem in strojno opremo.

Priporočena starost: 8+ (ali otroci udobno uporabljajo vezja in preprosta orodja)

Težavnost: Začetnik

Povprečni stroški: ~ 15 USD

Micro: Bit je odlično orodje za začetek učenja kodiranja, poučevanje drugih, zlasti osnovnošolcev, kodiranju in izdelavo preprostih in hitrih elektronskih prototipov.

Micro: Bit je sodelovanje med Microsoftom in BBC, da bi izobraževalne računalnike pripeljali v učilnice po vsem svetu.

Značilnosti strojne opreme:

• Micro: Bit ima 3 digitalne in analogne V/I nožice, 1 pin za izklop (3,3 V) in 1 ozemljitveni (GND) zatič
• Napajanje mora biti 3-5 VDC prek kabla mikro USB ali priključka za baterijo.

• Ima tudi veliko vgrajenih vhodov, izhodov in senzorjev!

  • 5x5 (25) LED matrika
  • Dva (2) gumba (A, B)
  • Radijski oddajnik in sprejemnik
  • Merilnik pospeška
  • Kompas
  • Senzorji svetlobe in temperature
• Za več vhodno/izhodnih zatičev vzemite Micro: Bit preboj!

Programski jezik: blok ali Javascript (www. MakeCode.org); lahko uporabite tudi CircuitPython

Primer projekta: Lutka SMS Messengerja!

Nakup/Več o tem: Micro: Bit spletno mesto

5. korak: Circuit Playground Express

Vsestranski mikrokrmilnik, odličen za otroke in ljudi, ki šele začenjajo s kodiranjem in strojno opremo.

Opomba: Obstaja tudi Circuit Playground Classic - strojna oprema je skoraj enaka, vendar je ta plošča programirana v Arduino IDE.

Priporočena starost: 8+ (ali otroci udobno uporabljajo vezja in preprosta orodja)

Težavnost: Začetnik

Povprečni stroški: ~ 25 USD

Circuit Playground Express ali CPX je koristno orodje za učenje kodiranja, poučevanje drugih o kodiranju in izdelavo hitrih prototipov za začetnike tudi strokovnjakom.

Circuit Playground Express je zmogljiv in vsestranski mikrokrmilnik, ki ga je ustvarila Adafruit Industries.

Značilnosti strojne opreme

• CPX ima 7 obročev za digitalni/analogni vhod in izhod ("I/O"), ki so tudi kapacitivni na dotik!

  • 1 "pravi" analogni V/I obroč
  • 2 Obroč za izklop (3.3V)
  • 3 ozemljitveni (GND) zatiči
• Napajanje mora biti 3-5 VDC prek kabla mikro USB ali priključka za baterijo.

• Obstaja tudi veliko vgrajenih vhodov, izhodov in senzorjev!

  • 10 mini neopiksel (lahko so vseh barv)
  • 2 gumba (A, B)
  • 1 Drsno stikalo

  • Infrardeči oddajnik in sprejemnik

    Lahko sprejema/prenaša kode za daljinsko upravljanje, pošilja sporočila med CPX -ji in deluje kot senzor razdalje

  • Merilnik pospeška
  • Senzor zvoka in mini zvočnik
  • Senzorji svetlobe in temperature

Programski jezik: blok ali Javascript (www. MakeCode.org); lahko uporablja tudi CircuitPython in ožičenje (Arduino IDE)

Primer projekta: Krmilnik gest Minecraft!

Nakup/Več o tem: Adafruit Industries

6. korak: Makey Makey

Interaktivni uvodni mikrokrmilnik je odličen za majhne otroke in ljudi, ki se šele spoznavajo na področju elektronike in kodiranja, še posebej za tiste, ki se želijo igrati s tehnologijo, ne da bi morali graditi vezja in kodo.

Priporočena starost: 5+ (ali otroci udobni s preprostimi orodji)

Težavnost: Začetnik

Povprečni stroški: ~ 50 USD

Makey Makey je odličen prvi korak v elektroniko in tehnologijo - programiranje ni potrebno! Priključite sponke iz aligatorja na blazinice in nato povežite vse nekoliko prevodne materiale, na primer roke, sadje ali kovinske predmete, da sprožite določene tipke tipkovnice in miške.

Makey Makey je plošča, združljiva z Arduinom, kar pomeni, da jo lahko znova programirate tudi z integriranim razvojnim okoljem Arduino ("IDE").

Značilnosti strojne opreme

• Makey Makey ima šest (6) kapacitivnih sledilnih ploščic na sprednji strani plošče:

  • Štiri nadzorujejo puščične tipke na tipkovnici,
  • Eden nadzoruje preslednico in
  • Eden nadzoruje levi klik miške.

• Na zadnji strani plošče so zatiči za več kontrol (tudi kapacitivni dotik):

  • Šest (6) zatičev, ki se preslikajo v črke,
  • Štirje (4) zatiči, ki preslikajo puščice,
  • Dva (2) zatiča, ki se preslikata na tipke miške, in
  • En (1) pin, ki preslika v tipko preslednice.
  • Obstajajo tudi trije (3) splošni V/I zatiči, 5V napajalni zatič in ozemljitveni zatič.

Programski jezik: Ne velja za začetnike; lahko piše programe Scratch (na osnovi blokov); lahko ponovno programirate v ožičenju (Arduino IDE)

Primeri projektov

Začetnik: Floor Piano

Vmesni: Interaktivna anketna igra!

Nakup/Več o tem: Spletno mesto Makey Makey

7. korak: Druge skupne plošče

V eni vadnici je preveč mikrokrmilnikov, ki bi jih lahko pokrili. Če potrebujete posebno posebnost, verjetno obstaja mikrokrmilnik (tako kot aplikacije!). Če želite občutiti nekatere druge plošče, ki niso omenjene v tej vadnici, si oglejte zaloge SparkFun Electronics in Adafruit Industries in/ali povprašajte ljudi na tem področju!

Tukaj je nekaj mojih priljubljenih:

Foton delcev

Podobno kot Arduino Nano je Photon mikrokrmilnik, povezan z WiFi, ki ga je mogoče brezžično programirati. Najlažja nastavitev uporablja (brezplačno) aplikacijo za pametni telefon, če pa jo je mogoče programirati tudi neposredno prek USB -ja v skoraj istem jeziku kot Arduino*.

Priporočena starost: 12+ (ali otroci udobni z vezji in kodiranjem)

Težavnost: vmesna

Cena: ~ 20 USD

Za več informacij in nastavitve Photona obiščite spletno trgovino Particle tukaj.

Programski jezik: Ožičenje (bolj ali manj)

Primer projekta

Industrijsko merilo IoT

*Ožičenje je kodni okvir, zato bo večina kode Arduino delovala brez sprememb. Lahko piše tudi v sestavi C/C ++ ali ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Odbijač

Zelo majhen, super poceni (in trenutno zelo priljubljen v skupnosti IoT*) mikrokrmilnik WiFi. Potrebovali boste FTDI ali konzolni kabel. Arduino IDE lahko uporabite za programiranje te plošče ali NodeMCU -jevega tolmača Lua.

Priporočena starost: 14+ (ali otroci udobni s strojno in programsko opremo)

Težavnost: Vmesni ++

Cena: ~ 10 USD

Za več informacij obiščite stran izdelkov HUZZAH Adafruit.

(SparkFun ima tudi podobno ploščo, "ESP8266 Thing", ki jo najdete tukaj za ~ 15 USD.)

Programski jezik: Lua (nekako kot Python) ali ožičenje (Arduino IDE)

*IoT pomeni "internet stvari", ki se nanaša na povezovanje in upravljanje različnih strojnih naprav, kot so senzorji in gospodinjska elektronika, z internetom.

Adafruit Trinket M0

Majhen majhen, a zmogljiv mikrokrmilnik, ki briše meje med računalnikom in mikrokrmilnikom (ima 32-bitni procesor Cortex M0 ATSAMD21E18). Lahko ga programirate s Circuit Pythonom ali v Arudino IDE.

Priporočena starost: 14+ (ali otroci udobni s strojno in programsko opremo)

Težavnost: vmesna

Cena: ~ 9 $

Za več informacij obiščite stran izdelka Adafruit za Trinket M0.

Programski jezik: CircuitPython ali Wiring (Arduino IDE)

Obstaja TON drugih plošč M0, podobnih po obsegu povezljivih mikrokrmilnikov Arduino Zero. Če to ne ustreza vašim potrebam ali vašim željam, poiščite na spletnih mestih Adafruit in SparkFun!

8. korak: Nosljivi mikrokrmilniki

Obstaja tudi nekaj mikrokrmilnikov, namenjenih nosljivim projektom!

Posebnost teh naprav je, da jih lahko operete, zato vam jih ni treba iztrgati iz čudovitega projekta (vendar odstranite baterijo!).

Nosljivi mikrokrmilniki imajo tudi posebne V/I zatiče, ki olajšajo šivanje v oblačila in šivanje vezij s prevodnim navojem. Tukaj je nekaj mojih priljubljenih:

Adafruit FLORA

Krožni mikrokrmilnik za kanalizacijo s 14 vhodi in izhodi. Lahko se opere (vendar odstranite baterijo).

Priporočena starost: 12+ (ali otroci udobni z vezji in kodiranjem)

Težavnost: vmesna

Cena: 15 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za več informacij obiščite stran izdelka Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Majhen mikrokrmilnik za kanalizacijo s tremi vhodi in izhodi. Idealen za skrivanje, povezovanje z majhnimi predmeti in ustvarjanje nakita.

Priporočena starost: 12+

Težavnost: vmesna

Cena: ~ 5 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za več informacij obiščite stran izdelka Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Krožni mikrokrmilnik za kanalizacijo s 14 razpoložljivimi vhodi in izhodi.

Priporočena starost: 12+

Težavnost: vmesna

Cena: ~ 25 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za več informacij obiščite stran izdelka SparkFun za Lilypad.

9. korak: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi ali na kratko Pi je računalnik velikosti kreditne kartice*, ki poganja posebno različico Linuxa in ga je mogoče programirati za nadzor strojne opreme.

Priporočena starost: 12+Ali otroci udobni s kodiranjem in algebro

Težavnost: vmesna (enostavno kot računalnik)

Povprečni stroški: ~ 35 USD

Računalnik Raspberry Pi ali na kratko Pi se lahko uporablja kot "standardni" računalnik ali kot krmilnik za vse vrste projektov strojne opreme. To je odličen prvi računalnik za otroke, ki ga uporabljajo in se učijo kodirati, strokovnjaki za strojno opremo pa ga pogosto uporabljajo za izdelavo najrazličnejših elektronskih projektov, od robotov do 3D tiskalnikov do sistemov za avtomatizacijo doma!

Raspberry Pi je spremenil način izdelave elektronike! Obstaja nekaj različnih različic, najnovejša je Raspberry Pi 3 in Pi Zero, miniaturna različica Pi 3 za samo 10 USD.

Pregled strojne opreme

• Priporočeni operacijski sistem ("OS") je posebna različica Linuxa, imenovana Raspbian.

• Pi ima 40 vhodnih in izhodnih zatičev splošnega namena ("GPIO").

  • 26 digitalnih V/I zatičev (brez analognih V/I)
  • 4 izhoda za napajanje (dva 3.3V in dva 5V)
  • 8 ozemljitvenih (GND) zatičev
  • 2 posebna zatiča (I2C ID EEPROM, samo napredna uporaba)

• Pi ima tudi večino standardnih računalniških funkcij:

  • 4 USB vhodi
  • 1 vrata Ethernet
  • 1 vrata HDMI
  • 1 avdio priključek
  • 1 vrata modula kamere

Programski jezik (za zatiče GPIO): Python ali C ++

Ker je to poln računalnik, lahko programirate v katerem koli jeziku, vključno s programiranjem drugih mikrokrmilnikov!

Primeri projektov

IoT Pet Monitor!

Monitor udarne sile

Nakup/več informacij: Raspberry Pi Foundation

*Pi se lahko uporablja podobno kot standardni mikrokrmilnik IN lahko upravlja tudi mikrokrmilnike! V bistvu je Pi super super in ga moram * vključiti, čeprav je tehnično računalnik:)

10. korak: Zadnje misli

Če šele začenjate in želite graditi vse vrste projektov, vam priporočam Circuit Playground Express. Zelo enostavno je zagnati in zagnati in ima na voljo ogromno vgrajenih pripomočkov.

Če vas zelo zanimajo računalniška omrežja, AI ali povezovanje stvari z internetom (npr. Izdelava "pametnega doma"), predlagam Raspberry Pi.

Če želite trdno, stabilno in zanesljivo ploščo za izdelavo najrazličnejših projektov, uporabite Arduino.

Če še vedno ne veste, kje začeti in ste popolnoma ustrašeni, začnite z Micro: Bit - to je samo 15 USD in na njem je veliko zanimivih stvari. Poleg tega, če ga dobite za prijatelja, lahko pošiljate lilova sporočila naprej in nazaj:)

Najboljši nasvet, ki vam ga lahko dam, je, da poiščete projekt, ki vas navdušuje, in ga zgradite! Na spletu je na voljo veliko vadnic, zato poiščite nekoga, ki je zgradil isti ali podoben projekt. Izkoristite njihove ugotovitve in se prilagodite, kot želite!

In seveda v komentarjih pustite vsa povezana vprašanja in potrudila se bom, da vam pomagam!

Veselo hekiranje!