Arduino PC: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Napriek tomu, že mikrokontrolér je počítač na čipe s integrovaným procesorom, pamäťou a periférnymi zariadeniami I/O, od študentov sa takmer nelíši od ostatných integrovaných obvodov DIP. Preto sme navrhli projekt „Arduino PC“ako zadanie pre študentov stredných škôl, ktorí navštevujú kurz „Digitálna elektronika“. Vyžaduje sa od nich, aby navrhli a simulovali elektronický obvod v Tinkercad, aby dosiahli dané požiadavky projektu (diskutované nižšie). Cieľom je umožniť študentom vidieť mikrokontroléry ako plnohodnotný počítač (aj keď s obmedzenou schopnosťou), ktorý je možné použiť s vlastnou klávesnicou a LCD (displejom z tekutých kryštálov). Umožňuje nám tiež skontrolovať ich zdatnosť pri používaní konceptov naučených v triede.

Pre tento projekt zadania odporúčame Tinkercad, aby sa študenti nemuseli zdržiavať v laboratóriu digitálnej elektroniky pre súčiastky a mohli pracovať sami. Pre inštruktorov je tiež ľahké sledovať stav každého študentského projektu na Tinkercad, akonáhle ho zdieľajú.

Projekt vyžaduje, aby študenti:

1. Navrhnite vlastnú klávesnicu s 15 vstupnými klávesmi (10 klávesov pre číslice 0-9 a 5 pre pokyny +, -, x, / a =) a maximálne 4 prepojovacími (dátovými) kolíkmi (okrem 2 pinov používaných na napájanie) na odoslanie vstupu do Arduino Uno.
2. Rozhranie LCD s Arduino Uno.
3. Napíšte jednoduchý kód pre Arduino Uno na interpretáciu stlačeného klávesu a jeho zobrazenie na LCD displeji.
4. Na vykonanie jednoduchých matematických operácií (cez celočíselné vstupy) za predpokladu, že všetky vstupy a výsledky sú vždy celé čísla v rozsahu -32, 768 až 32, 767.

Tento projekt pomáha študentom naučiť sa

1. Zakódujte rôzne vstupy do binárnych kódov.
2. Navrhnite binárny snímač pomocou digitálneho obvodu (to je jadro návrhu obvodu klávesnice).
3. Identifikujte (dekódujte) jednotlivé vstupy z ich binárnych kódovaní.
4. Napíšte kódy Arduino.

Zásoby

Projekt vyžaduje:

1. Prístup k osobnému počítaču so stabilným internetovým pripojením.
2. Moderný prehliadač, ktorý môže podporovať Tinkercad.
3. Účet Tinkercad.

Krok 1: Návrh obvodu klávesnice

Navrhovanie obvodu klávesnice je jednou z hlavných komponentov projektu, ktorý vyžaduje, aby študenti zakódovali každý z 15 kľúčových vstupov do rôznych 4-bitových vzorov. Aj keď existuje 16 odlišných 4-bitových vzorov, jeden 4-bitový vzor je výlučne potrebný na reprezentáciu predvoleného stavu, tj. Keď nie je stlačené žiadne tlačidlo. V našej implementácii sme preto priradili 0000 (t.j. 0b0000), aby reprezentovali predvolený stav. Potom sme dekódovali desatinné číslice 1-9 podľa ich skutočnej 4-bitovej binárnej reprezentácie (tj. 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 a 1001 v tomto poradí) a desatinnú číslicu 0 x 1010 (tj., 0b1010). Matematické operácie „+“, „-“, „x“, „/“a „=“boli kódované ako 1011, 1100, 1101, 1110 a 1111.

Po opravení kódovaní sme navrhli obvod podľa obrázku, kde klávesy boli reprezentované prepínačmi (tlačidlá).

Krok 2: Rozhranie LCD

Na zobrazenie výstupu Arduino Uno sa používa LCD displej 16x2. Obvody na prepojenie LCD s Arduinom sú celkom štandardné. V skutočnosti Tinkercad poskytuje vopred pripravený obvod Arduino Uno prepojený s LCD displejom 16x2. Je však možné zmeniť niektoré piny Arduino Uno prepojené s LCD, aby lepšie vyhovovali iným perifériám, ako je napríklad vlastná klávesnica, ktorú sme vyvinuli. Pri našej implementácii sme použili obvod zobrazený na obrázku.

Krok 3: Písanie kódu pre Arduino Uno

Na interpretáciu vstupu pochádzajúceho z klávesnice a zobrazenie výsledku na LCD musíme načítať pokyny do Arduino Uno. Písanie kódu pre Arduino je úplne na vlastnej kreativite. Nezabudnite, že Atmega328p v Arduino Uno je 8-bitový mikrokontrolér. Takže človek musí improvizovať, aby detekoval pretečenie a pracoval pre veľký počet. Chceme však len overiť, či Arduino Uno dokáže dekódovať vstup a rozlišovať medzi číslami (0-9) a matematickými pokynmi. Preto obmedzujeme naše vstupy na malé celé čísla (-32, 768 až 32, 767) a zároveň zaisťujeme, aby aj výstup spadal do rovnakého rozsahu. Ďalej je možné obísť sa a skontrolovať ďalšie problémy, ako napríklad odskakovanie tlačidiel.

V prílohe je jednoduchý kód, ktorý sme použili pri implementácii projektu. Toto je možné skopírovať a vložiť do editora kódu v Tinkercad.

Krok 4: Spojte všetko dohromady

Nakoniec sme prepojili kolíky napájacieho zdroja klávesnice s Arduinom a prepojili dátové piny (ktoré prenášajú 4-bitové dáta) s digitálnymi pinmi 10, 11, 12 a 13 (v poradí, ako je uvedené v Kód Arduino). Ku každému z dátových pinov sme tiež pripojili LED diódu (cez odpor 330 ohmov), aby sme na klávesnici zobrazili binárne kódovanie každého klávesu. Nakoniec systém otestujeme stlačením tlačidla „Spustiť simuláciu“.