Një udhëzues fillestar për mikrokontrolluesit: 10 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Çfarë kanë të përbashkët telekomandat, ruterat dhe robotët? Mikrokontrolluesit! Këto ditë, mikrokontrolluesit miqësorë për fillestarët janë të lehtë për t'u përdorur dhe programuar vetëm me një kompjuter portativ, një kabllo USB dhe disa programe (falas) me burim të hapur. Woohoo !! Të gjitha projektet, ja ku po vijmë!

Kapja? Ka si, 4324302* mikrokontrollues të ndryshëm dhe mund të jetë e frikshme të fillosh, veçanërisht nëse sapo po futesh në elektronikë. Ku dreqin filloni?!

Pikërisht këtu, fëmijë, kam marrë chu. Pavarësisht nëse jeni duke kërkuar të ndërtoni disa projekte elektronike të lezetshme, të mësoni programim/teknologji, ose dëshironi të mësoni të tjerët rreth elektronikës, ky tutorial do t'ju ndihmojë të kuptoni se cili mikrokontrollues është i përshtatshëm për nevojat, qëllimet dhe buxhetet tuaja. Po! Le të fillojmë!

Koha e leximit: ~ 20 min

*Ok, ok, mbase jo *aq *shumë, por patjetër disa duzina!

Hapi 1: Prisni…. Çfarë është një mikrokontrollues?

Ndoshta e keni parë këtë fjalë dhe keni qenë si "wtf", por nuk jeni ndjerë aq komod sa të pyesni*. Krejt mirë, këtu është një përmbledhje e shpejtë:

Një mikrokontrollues është një "kompjuter i thjeshtë" që drejton një program në një lak. Ato janë krijuar për të kryer një detyrë të vetme, specifike.

Në këtë udhëzues, ne do të fokusohemi në mikrokontrolluesit që kanë borde breakout, ose një bord që e bën më të lehtë lidhjen dhe programimin e mikrokontrolluesit.

Në një bord dalës, kunjat e mikrokontrolluesit ngjiten në një tabelë të qarkut të shtypur ("PCB"), titujt ose lidhësit e tjerë i shtohen PCB -së, dhe disa firmware bazë, ose softuer i përhershëm, ngarkohen për të përgatitur mikrokontrolluesin për të marrë sinjale.

*Pyetjet janë gjithmonë të mira edhe nëse janë "memece" ose "n00by", thjesht gjeni një hapësirë të sigurt - si Instructables!

Hapi 2: Cili është ndryshimi midis Raspberry Pi dhe një mikrokontrolluesi?

Raspberry Pi nuk është vetëm i vogël dhe i lezetshëm, është gjithashtu një kompjuter i plotë!: D

Kompjuterët kanë mikroprocesorë DHE mikrokontrollues që punojnë së bashku për të kryer shumë detyra njëherësh.

Mikroprocesori është ajo që bën "ngritjen e rëndë" në një kompjuter. Ai kryen udhëzimet dhe llogaritjet që e bëjnë kompjuterin të funksionojë. Mikroprocesorët janë shumë më të shpejtë se mikrokontrolluesit, por ata kanë nevojë për burime të jashtme si RAM, porta hyrëse/dalëse, etj., Ndërsa një mikrokontrollues është zakonisht i pavarur.

Kompjuterët (të cilët kanë hyrje dhe dalje, ruajtje dhe përpunim) mund të ekzekutojnë programe të shumta në të njëjtën kohë - ju mund të lundroni në internet, të kujtoni fotot e vjetra, të shkruani një letër dhe të keni 1000 skeda të hapura të gjitha në të njëjtën kohë! Mikrokontrolluesit … jo aq shumë. Ju mund të bëni një nga ato gjëra, por jo të gjitha.

Për të mësuar më shumë rreth Raspberry Pi, shikoni pjesën e fundit të këtij tutoriali!

Hapi 3: Arduino (Uno)

Një mikrokontrollues i fuqishëm, me burim të hapur dhe mjedis programimi i krijuar për fillestarët me disa njohuri për qarqet.

Moshat e rekomanduara: 12+ (fëmijët janë të kënaqur me programim dhe algjebër)

Vështirësia: e ndërmjetme

Kostoja mesatare: 35 dollarë

Ka shumë lloje të ndryshme të bordeve Arduino. Ky është Arduino Uno, përshtatja më e mirë për fillestarët! Ka tabela që janë më të mëdha, më të vogla, të veshshme dhe për raste të veçanta të përdorimit si robotika.

Njohja me bordet Arduino dhe hartimin e hartave mirë për projektet dhe karrierën në shkencën kompjuterike, inxhinierinë dhe projektimin.

Karakteristikat e harduerit

• Arduino Uno ka 14 kunja dixhitale të hyrjes dhe daljes ("I/O"), 6 kunja I/O analoge, 2 kunja Power Out (3.3V dhe 5V) dhe 3 kunja Ground (GND).
• Hyrja e energjisë mund të jetë diku nga 5 në 12 VDC

• Kokat ICSP ju lejojnë të lidhni një numër bordesh shtesë të ndryshëm të quajtur "mburoja".

  Për shembull, mund të shtoni një mburojë WiFi për të lidhur Arduino -n tuaj në 'rrjet

Gjuha e Programimit: Tela (Kombinimi i C ++/Përpunimi)

Shembull Projekti: Motivi-Reaktiv Shake the Maze Game!

Blini/Mësoni më shumë: Faqja e internetit Arduino

Hapi 4: Mikro: Bit

Një mikrokontrollues miqësor lil i dobishëm për fëmijët dhe njerëzit që sapo kanë filluar me kodimin dhe pajisjet.

Moshat e rekomanduara: 8+ (ose fëmijët të kënaqur me qarqe dhe mjete të thjeshta)

Vështirësia: Fillestare

Kostoja mesatare: 15 dollarë

Micro: Bit është një mjet i shkëlqyeshëm për të filluar të mësoni se si të kodoni, duke mësuar të tjerët, veçanërisht nxënësit e shkollave fillore, si të kodojnë, dhe duke bërë prototipe të thjeshta dhe të shpejta elektronike.

Micro: Bit është një bashkëpunim midis Microsoft dhe BBC për të sjellë kompjuterë edukativë në klasat në të gjithë botën.

Karakteristikat e harduerit:

• Mikro: Bit ka 3 kunja hyrëse/dalëse dixhitale dhe analoge, 1 kunj të energjisë (3.3V) dhe 1 kunj të Ground (GND)
• Hyrja e energjisë duhet të jetë 3 - 5 VDC përmes kabllos mikro USB ose lidhësit të paketës së baterisë.

• Ai gjithashtu ka shumë hyrje, dalje dhe sensorë në bord!

  • 5x5 (25) matricë LED
  • Dy (2) butona (A, B)
  • Radio Transmetues dhe Marrës
  • Akselerometër
  • Busull
  • Sensorë të dritës dhe temperaturës
• Për më shumë kunja I/O, kapni një Micro: Bit breakout!

Gjuha e Programimit: Bazuar në Bllok ose Javascript (www. MakeCode.org); gjithashtu mund të përdorë CircuitPython

Shembull Projekti: Kukull mesazhi teksti!

Blini/Mësoni më shumë: Mikro: Uebfaqe Bit

Hapi 5: Circuit Playground Express

Një mikrokontrollues i gjithanshëm i shkëlqyeshëm për fëmijët dhe njerëzit që sapo kanë filluar me kodimin dhe pajisjet.

Shënim: Ekziston edhe Circuit Playground Classic - pajisja është pothuajse identike, por kjo tabelë është programuar në Arduino IDE.

Moshat e rekomanduara: 8+ (ose fëmijët të kënaqur me qarqe dhe mjete të thjeshta)

Vështirësia: Fillestare

Kostoja mesatare: 25 dollarë

Circuit Playground Express, ose CPX, është një mjet i dobishëm për të mësuar se si të kodojnë, mësoni të tjerët si të kodojnë dhe bëni prototipe të shpejta si për fillestarët ashtu edhe për ekspertët.

Circuit Playground Express është një mikrokontrollues i fuqishëm dhe i gjithanshëm i krijuar nga Adafruit Industries.

Karakteristikat e harduerit

• CPX ka 7 unaza hyrëse dhe dalëse dixhitale/analoge ("I/O") të cilat janë gjithashtu prekëse kapacitore!

  • 1 unazë I/O analoge "e vërtetë"
  • 2 Unaza e fikjes (3.3V)
  • 3 kunja Ground (GND)
• Hyrja e energjisë duhet të jetë 3 - 5 VDC përmes kabllos mikro USB ose lidhësit të paketës së baterisë.

• Ka gjithashtu shumë hyrje, dalje dhe sensorë në bord!

  • 10 Mini Neopixel (mund të jenë të gjitha ngjyrat)
  • 2 butona (A, B)
  • 1 Çelës rrëshqitës

  • Transmetues dhe Marrës Infra të Kuq

    Mund të marrë/transmetojë kode të telekomandës, të dërgojë mesazhe midis CPX -ve dhe të veprojë si një sensor i distancës

  • Akselerometër
  • Sensori i zërit dhe mini altoparlanti
  • Sensorë të dritës dhe temperaturës

Gjuha e Programimit: Bazuar në Bllok ose Javascript (www. MakeCode.org); gjithashtu mund të përdorë CircuitPython dhe Wiring (Arduino IDE)

Shembull Projekti: Kontrolluesi i gjesteve të Minecraft!

Blini/Mësoni Më shumë: Industritë Adafruit

Hapi 6: Makey Makey

Një mikrokontrollues hyrës interaktiv i shkëlqyeshëm për fëmijët e vegjël dhe njerëzit e rinj në elektronikë dhe kodim, veçanërisht për ata që duan të luajnë me teknologjinë pa pasur nevojë të ndërtojnë qarqe dhe kod.

Moshat e rekomanduara: 5+ (ose fëmijët të kënaqur me mjete të thjeshta)

Vështirësia: Fillestare

Kostoja mesatare: 50 dollarë

Makey Makey është një hap i parë i madh në elektronikë dhe teknologji - nuk kërkohet programim! Lidhni kapëset e aligatorit me jastëkët dhe më pas lidhni çdo material disi përçues, si duart, frutat ose objektet metalike, për të shkaktuar tastet e caktuara të tastierës dhe miut.

Makey Makey është një bord i pajtueshëm me Arduino, që do të thotë se ju gjithashtu mund ta riprogramoni atë duke përdorur Mjedisin e Zhvillimit të Integruar Arduino ("IDE").

Karakteristikat e harduerit

• Makey Makey ka gjashtë (6) jastëkë prekës prekës në pjesën e përparme të tabelës:

  • Katër kontrollojnë shigjetat e tastierës,
  • Njëri kontrollon hapësirën hapësinore, dhe
  • Njëri kontrollon klikimin e majtë të miut.

• Në pjesën e pasme të tabelës janë kunjat e kokës për më shumë kontrolle (gjithashtu prekje kapacitive):

  • Gjashtë (6) kunja që përputhen me shkronja,
  • Katër (4) kunja që lidhen me shigjetat,
  • Dy (2) kunja që lidhen me çelësat e miut, dhe
  • Një (1) kunj që përputhet me çelësin e hapësirës.
  • Ekzistojnë gjithashtu tre (3) kunja të përgjithshme I/O, një kunj 5V të energjisë dhe një kunj terreni.

Gjuha e Programimit: Nuk zbatohet për fillestarët; mund të shkruajë programe Scratch (të bazuara në bllok); mund të riprogramohet në tela (Arduino IDE)

Shembuj Projekte

Fillestar: Kati Piano

Ndërmjetës: Lojë Anketuese Interaktive!

Blini/Mësoni më shumë: Uebfaqe Makey Makey

Hapi 7: Borde të tjera të zakonshme

Ka shumë mikrokontrollues për të mbuluar në një mësim. Nëse keni nevojë për një specialitet super specifik, ndoshta ka një mikrokontrollues për këtë (ashtu si aplikacionet!). Për të kuptuar disa nga bordet e tjera që nuk përmenden në këtë tutorial, lexoni inventarët e SparkFun Electronics dhe Adafruit Industries dhe/ose pyesni njerëzit në këtë fushë!

Këtu janë disa nga të preferuarat e mia:

Fotoni i grimcave

Ngjashëm me Arduino Nano, Photon është një mikrokontrollues i lidhur me WiFi që mund të programohet me valë. Konfigurimi më i lehtë përdor një aplikacion (falas) për smartphone, por nëse mund të programohet drejtpërdrejt përmes USB në pothuajse të njëjtën gjuhë me Arduino*.

Moshat e rekomanduara: 12+ (ose fëmijët komod me qarqe dhe kodim)

Vështirësia: e ndërmjetme

Kostoja: 20 dollarë

Për më shumë informacion dhe për të marrë konfigurimin e Photon, vizitoni dyqanin online Particle këtu.

Gjuha e Programimit: Tela (pak a shumë)

Shembull Projekti

Shkalla Industriale IoT

*Tela është korniza e kodit, kështu që shumica e kodit Arduino do të funksionojë pa modifikime. Mund të shkruajë gjithashtu në kuvendin C/C ++ ose ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Një mikrokontrollues super i vogël, super i lirë (dhe aktualisht shumë i popullarizuar në komunitetin IoT*). Do t'ju duhet një kabllo FTDI ose tastierë. Ju mund të përdorni Arduino IDE për të programuar këtë tabelë ose përkthyesin Lua të NodeMCU.

Moshat e rekomanduara: 14+ (ose fëmijët të kënaqur me harduer dhe softuer)

Vështirësia: Ndërmjetës ++

Kostoja: 10 dollarë

Për më shumë informacion, vizitoni faqen e produktit HUZZAH Adafruit.

(SparkFun gjithashtu ka një tabelë të ngjashme, "ESP8266 Thing", të cilën mund ta gjeni këtu për 15 dollarë.)

Gjuha e Programimit: Lua (lloj si Python) ose Wiring (Arduino IDE)

*IoT qëndron për "Internet of Things", i cili është termi që i referohet lidhjes dhe kontrollit të pajisjeve të ndryshme harduerike, si sensorë dhe elektronikë shtëpiake, me internetin.

Adafruit Trinket M0

Një mikrokontrollues i vogël por i fuqishëm që mjegullon linjat midis kompjuterit dhe mikrokontrolluesit (ka një procesor ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0). Mund të programohet me Circuit Python ose në Arudino IDE.

Moshat e rekomanduara: 14+ (ose fëmijët të kënaqur me harduer dhe softuer)

Vështirësia: e ndërmjetme

Kostoja: 9 dollarë

Për më shumë informacion, vizitoni faqen e produktit Adafruit për Trinket M0.

Gjuha e Programimit: CircuitPython ose Wiring (Arduino IDE)

Ekzistojnë një TON borde të tjera M0, të ngjashme në fushëveprim me mikrokontrolluesit e lidhshëm Arduino Zero. Nëse kjo nuk i përshtatet nevojave tuaja ose dëshirave tuaja, kërkoni rreth faqeve të internetit Adafruit dhe SparkFun!

Hapi 8: Mikrokontrolluesit e veshur

Ekzistojnë gjithashtu një pjesë e vogël e mikrokontrolluesve të projektuar për projekte të veshshme!

Ajo që i bën këto të veçanta është se ato mund të lahen, kështu që nuk keni pse t'i shkëputni nga projekti i mrekullueshëm që keni bërë (por hiqni baterinë!).

Mikrokontrolluesit e veshur gjithashtu kanë kunja speciale I/O që e bëjnë më të lehtë të qepësh rroba dhe qepje në qarqe me fije përçuese. Këtu janë disa nga të preferuarat e mia:

Adafruit FLORA

Një mikrokontrollues rrethor i qepshëm me 14 hyrje dhe dalje. Mund të lahet (por hiqni baterinë).

Moshat e rekomanduara: 12+ (ose fëmijët komod me qarqe dhe kodim)

Vështirësia: e ndërmjetme

Kostoja: 15 dollarë

Gjuha e Programimit: Tela (Arduino IDE)

Për më shumë informacion, vizitoni faqen e produktit Adafruit FLORA.

Arduino Gema

Një mikrokontrollues i vogël i qepshëm me 3 hyrje dhe dalje. E përkryer për t'u fshehur, lidhur me objekte të vogla dhe për të krijuar bizhuteri.

Moshat e rekomanduara: 12+

Vështirësia: e ndërmjetme

Kostoja: 5 dollarë

Gjuha e Programimit: Tela (Arduino IDE)

Për më shumë informacion, vizitoni faqen e produktit Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Një mikrokontrollues rrethor i qepshëm me 14 hyrje dhe dalje në dispozicion.

Moshat e rekomanduara: 12+

Vështirësia: e ndërmjetme

Kostoja: 25 dollarë

Gjuha e Programimit: Tela (Arduino IDE)

Për më shumë informacion, vizitoni faqen e produktit SparkFun për Lilypad.

Hapi 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, ose Pi shkurt, është një kompjuter me madhësi të kartës së kreditit* që drejton një version të veçantë të Linux dhe mund të programohet për të kontrolluar harduerin.

Moshat e rekomanduara: 12+Ose fëmijët kënaqen me kodim dhe algjebër

Vështirësia: E ndërmjetme (e lehtë si një kompjuter)

Kostoja mesatare: 35 dollarë

Kompjuteri Raspberry Pi, ose Pi shkurt, mund të përdoret si një kompjuter "standard" ose si një kontrollues për të gjitha llojet e projekteve harduerike. Computershtë një kompjuter i parë i shkëlqyeshëm për fëmijët që përdorin dhe mësojnë të kodojnë, dhe përdoret gjerësisht nga ekspertët e harduerit për të ndërtuar të gjitha llojet e projekteve elektronike, nga robotët në printerat 3D në sistemet e automatizimit të shtëpisë!

Raspberry Pi ka ndryshuar mënyrën se si ne ndërtojmë pajisje elektronike! Ka disa versione të ndryshme, më i fundit është Raspberry Pi 3 dhe Pi Zero, një version miniaturë i Pi 3 për vetëm 10 dollarë.

Vështrim i përgjithshëm i harduerit

• Sistemi Operativ i rekomanduar ("OS") është një version special i Linux i quajtur Raspbian.

• Pi ka 40 kunja për hyrje dhe dalje për qëllime të përgjithshme ("GPIO").

  • 26 kunja I/O dixhitale (pa I/O analoge)
  • 4 kunja për fikje (dy 3.3V dhe dy 5V)
  • 8 kunja Ground (GND)
  • 2 kunja specialiteti (I2C ID EEPROM, vetëm përdorim i avancuar)

• Pi gjithashtu ka karakteristikat më standarde të kompjuterit:

  • 4 porte USB
  • 1 port Ethernet
  • 1 port HDMI
  • 1 Jack Audio
  • 1 Portë e Modulit të Kameras

Gjuha e Programimit (për kunjat GPIO): Python ose C ++

Meqenëse ky është një kompjuter i plotë, mund të programoni në çfarëdo gjuhe që dëshironi, përfshirë programimin e mikrokontrolluesve të tjerë!

Shembuj Projekte

IoT Pet Monitor!

Monitori i Forcës së Ndikimit

Blerje/Më shumë informacion: Fondacioni Raspberry Pi

*Pi mund të përdoret i ngjashëm me një mikrokontrollues standard DHE gjithashtu mund të kontrollojë mikrokontrolluesit! Në thelb, Pi është super i mrekullueshëm dhe unë * duhet * ta përfshij atë edhe pse është teknikisht një kompjuter:)

Hapi 10: Mendimet përfundimtare

Nëse sapo po filloni dhe dëshironi të ndërtoni të gjitha llojet e projekteve, unë do të rekomandoja Circuit Playground Express. Supershtë super e lehtë të ngrihesh dhe të punosh dhe ka një numër të pajisjeve në bord.

Nëse jeni shumë të interesuar në rrjetet kompjuterike, AI, ose lidhjen e gjërave në internet (p.sh. bërja e një "Shtëpi të zgjuar"), unë do të sugjeroja Raspberry Pi.

Nëse doni një bord të fortë, të qëndrueshëm dhe të besueshëm për të ndërtuar një larmi të gjerë projektesh, shkoni me një Arduino.

Nëse ende nuk e keni idenë se ku të filloni dhe jeni plotësisht të frikësuar, filloni me Micro: Bit - kushton vetëm 15 dollarë dhe ka shumë gjëra tërheqëse për të luajtur. Plus, nëse merrni një për mikun tuaj, mund të dërgoni mesazhe lil 'mbrapa dhe me radhë:)

Këshilla më e mirë që mund t'ju jap është të gjeni një projekt për të cilin jeni të apasionuar dhe ta ndërtoni atë! Ka mijëra mësime në internet, kështu që kërkoni për dikë që ka ndërtuar të njëjtin projekt ose të ngjashëm. Ndërtoni nga gjetjet e tyre dhe rregulloni si të doni!

Dhe sigurisht, lini çdo pyetje të lidhur në komente dhe unë do të bëj çmos për t'ju ndihmuar!

Gëzuar hakimin!