Príručka pre začiatočníkov k mikrokontrolérom: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Čo majú spoločné diaľkové ovládače, smerovače a roboty? Mikrokontroléry! V dnešnej dobe sa mikrokontroléry vhodné pre začiatočníkov ľahko používajú a programujú iba pomocou prenosného počítača, kábla USB a určitého (bezplatného) softvéru s otvoreným zdrojovým kódom. Fúúú !! Všetky projekty, ideme na to!

Háčik? Existuje asi 4324302* rôznych mikrokontrolérov a začať môže byť skľučujúce, najmä ak sa ešte len venujete elektronike. Kde sakra začínaš ?!

Práve tu, bbies, mám chu. Bez ohľadu na to, či hľadáte vybudovanie skvelých elektronických projektov, naučíte sa programovať/technológie alebo chcete ostatných poučiť o elektronike, tento tutoriál vám pomôže zistiť, ktorý mikrokontrolér je vhodný pre vaše potreby, ciele a rozpočty. Jéj! Začnime!

Čas na čítanie: ~ 20 min

*Ok, ok, možno nie *toľko *, ale rozhodne niekoľko desiatok!

Krok 1: Počkajte…. Čo je to mikrokontrolér?

Možno ste videli toto slovo a boli ste ako „wtf“, ale necítili ste sa dostatočne pohodlne na to, aby ste sa pýtali*. Celkom v poriadku, tu je stručný prehľad:

Mikrokontrolér je „jednoduchý počítač“, ktorý v slučke spúšťa jeden program. Sú navrhnuté tak, aby vykonávali jednu konkrétnu úlohu.

V tejto príručke sa zameriame na mikrokontroléry, ktoré majú oddeľovacie dosky, alebo dosku, ktorá uľahčuje pripojenie a programovanie mikrokontroléra.

Na oddeľovacej doske sú kolíky mikrokontroléra spájkované s doskou s plošnými spojmi („PCB“), do dosky plošných spojov sú pridané záhlavia alebo iné konektory a na prípravu mikrokontroléra na príjem signálov je načítaný základný firmvér alebo trvalý softvér.

*Otázky sú vždy dobré, aj keď sú „hlúpe“alebo „n00by“, stačí nájsť bezpečné miesto - napríklad Instructables!

Krok 2: Aký je rozdiel medzi Raspberry Pi a mikrokontrolérom?

Raspberry Pi je nielen malý a roztomilý, ale je to aj plnohodnotný počítač!: D

Počítače sú vybavené mikroprocesormi a mikrokontrolérmi, ktoré spolupracujú a vykonávajú mnoho úloh naraz.

Mikroprocesor je to, čo robí „ťažké zdvíhanie“v počítači. Vykonáva pokyny a výpočty, vďaka ktorým počítač funguje. Mikroprocesory sú oveľa rýchlejšie ako mikrokontroléry, ale vyžadujú externé zdroje, ako je RAM, vstupno-výstupné porty atď., Zatiaľ čo mikrokontrolér je zvyčajne samostatný.

Počítače (ktoré majú vstupy a výstupy, úložisko a spracovanie) môžu používať viacero programov súčasne - môžete surfovať po internete, spomínať na staré fotografie, písať noviny a mať otvorených približne 1 000 kariet súčasne! Mikrokontroléry … nie toľko. Môžete urobiť jednu z týchto vecí, ale nie všetky.

Ak sa chcete dozvedieť viac o Raspberry Pi, pozrite sa na poslednú časť tohto tutoriálu!

Krok 3: Arduino (Uno)

Robustný, otvorený zdrojový mikrokontrolér a programovacie prostredie určený pre začiatočníkov s určitými znalosťami obvodov.

Odporúčaný vek: 12+ (pre deti pohodlné používanie programovania a algebry)

Náročnosť: stredne pokročilí

Priemerné náklady: ~ 35 dolárov

Existuje mnoho rôznych typov dosiek Arduino. Toto je Arduino Uno, ktoré je najvhodnejšie pre začiatočníkov! Existujú dosky, ktoré sú väčšie, menšie, nositeľné a pre špeciálne prípady použitia, ako je robotika.

Dobre sa zoznámiť s doskami Arduino a programovacími mapami projektov a kariéry v oblasti počítačovej vedy, inžinierstva a dizajnu.

Hardvérové funkcie

• Arduino Uno má 14 pinov digitálneho vstupu a výstupu ("I/O"), 6 analógových I/O pinov, 2 piny Power Out (3,3 V a 5 V) a 3 kolíky Ground (GND).
• Príkon môže byť kdekoľvek od 5 do 12 VDC

• Hlavičky ICSP vám umožňujú pripojiť tonu rôznych prídavných dosiek nazývaných „štíty“.

  Môžete napríklad pridať štít WiFi a pripojiť tak svoje Arduino k sieti

Programovací jazyk: Zapojenie (kombinácia C ++/spracovanie)

Príklad projektu: Pohybovo reaktívna hra Shake the Maze!

Kúpiť/dozvedieť sa viac: Webová stránka Arduino

Krok 4: Micro: Bit

Priateľský mikrokontrolér Lil, ktorý je vhodný pre deti a ľudí, ktorí práve začínajú s kódovaním a hardvérom.

Odporúčaný vek: 8+ (alebo deťom vyhovuje obvody a jednoduché nástroje)

Náročnosť: začiatočník

Priemerné náklady: ~ 15 dolárov

Micro: Bit je vynikajúci nástroj, ako sa začať učiť kódovať, učiť ostatných, najmä žiakov základných škôl, ako kódovať, a vytvárať jednoduché a rýchle elektronické prototypy.

Micro: Bit je spolupráca medzi spoločnosťami Microsoft a BBC s cieľom priniesť vzdelávacie počítače do tried po celom svete.

Hardvérové vlastnosti:

• Micro: Bit má 3 digitálne a analógové I/O piny, 1 vývodný kolík (3,3 V) a 1 uzemňovací (GND) kolík
• Príkon by mal byť 3 - 5 VDC pomocou kábla micro USB alebo konektora batérie.

• Má tiež veľa integrovaných vstupov, výstupov a senzorov!

  • LED matica 5x5 (25)
  • Dve (2) tlačidlá (A, B)
  • Rádiový vysielač a prijímač
  • Akcelerometer
  • Kompas
  • Svetelné a teplotné snímače
• Ak chcete získať ďalšie I/O piny, využite Micro: Bit breakout!

Programovací jazyk: Block-Based alebo Javascript (www. MakeCode.org); môže tiež použiť CircuitPython

Príklad projektu: Bábka textového správ!

Kúpiť/dozvedieť sa viac: Micro: Bit webová stránka

Krok 5: Okruhové ihrisko Express

Všestranný mikrokontrolér ideálny pre deti a ľudí, ktorí s kódovaním a hardvérom práve začínajú.

Poznámka: Existuje aj Circuit Playground Classic - hardvér je takmer identický, ale táto doska je naprogramovaná v Arduino IDE.

Odporúčaný vek: 8+ (alebo deťom vyhovuje obvody a jednoduché nástroje)

Náročnosť: začiatočník

Priemerné náklady: ~ 25 dolárov

Circuit Playground Express alebo CPX je užitočný nástroj, ktorý sa naučí kódovať, naučí kódovať ostatných a vytvára rýchle prototypy pre začiatočníkov aj pre odborníkov.

Circuit Playground Express je výkonný a všestranný mikrokontrolér vytvorený spoločnosťou Adafruit Industries.

Hardvérové funkcie

• CPX má 7 digitálnych/analógových vstupných a výstupných prstencov ("I/O"), ktoré sú tiež kapacitné na dotyk!

  • 1 „pravý“analógový I/O krúžok
  • 2 vypínací krúžok (3,3 V)
  • 3 uzemňovacie (GND) kolíky
• Príkon by mal byť 3 - 5 VDC pomocou kábla micro USB alebo konektora batérie.

• K dispozícii je tiež veľa integrovaných vstupov, výstupov a senzorov!

  • 10 mini neopixelov (môžu mať všetky farby)
  • 2 tlačidlá (A, B)
  • 1 Posuvný prepínač

  • Infračervený vysielač a prijímač

    Dokáže prijímať/prenášať kódy diaľkového ovládania, odosielať správy medzi CPX a fungovať ako snímač vzdialenosti

  • Akcelerometer
  • Zvukový senzor a mini reproduktor
  • Svetelné a teplotné snímače

Programovací jazyk: Block-Based alebo Javascript (www. MakeCode.org); môže tiež použiť CircuitPython a Wiring (Arduino IDE)

Príklad projektu: Ovládač gest Minecraft!

Kúpiť/dozvedieť sa viac: Adafruit Industries

Krok 6: Makey Makey

Interaktívny úvodný mikrokontrolér, ktorý je vhodný pre malé deti a ľudí začínajúcich s elektronikou a kódovaním, najmä pre tých, ktorí sa chcú hrať s technológiou bez toho, aby museli vytvárať obvody a kód.

Odporúčaný vek: 5+ (alebo deti pohodlne s jednoduchými nástrojmi)

Náročnosť: Začiatočník

Priemerné náklady: ~ 50 dolárov

Makey Makey je skvelým prvým krokom k elektronike a technológiám - nevyžaduje sa žiadne programovanie! Pripojte svorky aligátora k podložkám a potom pripojte trochu vodivý materiál, ako sú ruky, ovocie alebo kovové predmety, aby sa spustili určité klávesy klávesnice a myši.

Makey Makey je doska kompatibilná s Arduino, čo znamená, že ju môžete aj preprogramovať pomocou integrovaného vývojového prostredia Arduino („IDE“).

Hardvérové funkcie

• Makey Makey má šesť (6) kapacitných dotykových podložiek na prednej strane dosky:

  • Štyri ovládajú klávesy so šípkami na klávesnici,
  • Jeden ovláda medzerník a
  • Jeden ovláda kliknutie ľavým tlačidlom myši.

• Na zadnej strane dosky sú kolíky záhlavia pre ďalšie ovládacie prvky (aj kapacitné):

  • Šesť (6) pinov, ktoré mapujú písmená,
  • Štyri (4) piny, ktoré mapujú šípky,
  • Dva (2) piny, ktoré sa mapujú na klávesy myši, a
  • Jeden (1) pin, ktorý mapuje na kláves medzerníka.
  • K dispozícii sú tiež tri (3) všeobecné vstupno -výstupné piny, napájací kolík 5 V a uzemňovací kolík.

Programovací jazyk: Nevhodné pre začiatočníkov; môže písať programy Scratch (založené na blokoch); je možné preprogramovať v zapojení (Arduino IDE)

Príklady projektov

Začiatočník: Podlahové piano

Stredne pokročilí: Interaktívna prieskumná hra!

Kúpiť/dozvedieť sa viac: Webová stránka Makey Makey

Krok 7: Ostatné bežné dosky

V jednom návode je príliš veľa mikrokontrolérov na pokrytie. Ak máte super špecifickú špeciálnu potrebu, pravdepodobne na to existuje mikrokontrolér (rovnako ako aplikácie!). Aby ste získali prehľad o niektorých ďalších doskách, ktoré nie sú uvedené v tomto návode, prečítajte si súpisy spoločností SparkFun Electronics a Adafruit Industries a/alebo sa opýtajte ľudí v tejto oblasti!

Tu je niekoľko mojich obľúbených:

Fotón častíc

Podobne ako Arduino Nano, Photon je mikrokontrolér pripojený k WiFi, ktorý je možné programovať bezdrôtovo. Najľahšie nastavenie používa (bezplatnú) aplikáciu pre smartfóny, ale dá sa programovať aj priamo cez USB v takmer rovnakom jazyku ako Arduino*.

Odporúčaný vek: 12+ (alebo deti pohodlné s obvodmi a kódovaním)

Náročnosť: stredne pokročilí

Cena: ~ 20 dolárov

Ak chcete získať ďalšie informácie a získať nastavenie Photon, navštívte internetový obchod Particle tu.

Programovací jazyk: Zapojenie (viac alebo menej)

Príklad projektu

Priemyselná váha IoT

*Kábel je rámec kódu, takže väčšina kódu Arduino bude fungovať bez úprav. Môže tiež písať v zostave C/C ++ alebo ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Super malý, super lacný (a v súčasnosti veľmi populárny v komunite IoT*) WiFi mikrokontrolér. Budete potrebovať kábel FTDI alebo konzolu. Na naprogramovanie tejto dosky môžete použiť IDE Arduino alebo Lua Interpreter od NodeMCU.

Odporúčaný vek: 14+ (alebo deti pohodlné s hardvérom a softvérom)

Náročnosť: stredne pokročilí ++

Cena: ~ 10 dolárov

Viac informácií nájdete na stránke produktu HUZZAH Adafruit.

(SparkFun má tiež podobnú dosku „vec ESP8266“, ktorú tu nájdete za ~ 15 dolárov.)

Programovací jazyk: Lua (podobne ako Python) alebo Wiring (Arduino IDE)

*IoT znamená „internet vecí“, čo je termín, ktorý sa týka pripojenia a ovládania rôznych hardvérových zariadení, ako sú senzory a domáca elektronika, k internetu.

Adafruit Trinket M0

Malý, ale výkonný mikrokontrolér, ktorý stiera hranice medzi počítačom a mikrokontrolérom (má 32-bitový procesor Cortex M0 ATSAMD21E18). Je možné ho naprogramovať s Circuit Python alebo v Arudino IDE.

Odporúčaný vek: 14+ (alebo deti pohodlné s hardvérom a softvérom)

Náročnosť: stredne pokročilí

Cena: ~ 9 dolárov

Viac informácií nájdete na stránke produktu Adafruit pre Trinket M0.

Programovací jazyk: CircuitPython alebo Wiring (Arduino IDE)

Existuje TON ďalších dosiek M0, ktoré majú podobný rozsah ako pripojiteľné mikrokontroléry Arduino Zero. Ak to nevyhovuje vašim potrebám alebo predstavám, hľadajte na webových stránkach Adafruit a SparkFun!

Krok 8: Nositeľné mikrokontroléry

Existuje aj niekoľko mikrokontrolérov navrhnutých pre nositeľné projekty!

Tieto výnimočné sú tým, že sa dajú prať, takže ich nemusíte vytrhávať z úžasného projektu, ktorý ste urobili (ale vyberte batériu!).

Nositeľné mikrokontroléry majú tiež špeciálne I/O piny, ktoré uľahčujú šitie do odevných a stehových obvodov vodivou niťou. Tu je niekoľko mojich obľúbených:

Adafruit FLORA

Kruhový ušitý mikrokontrolér so 14 vstupmi a výstupmi. Možno prať (batériu však vyberte).

Odporúčaný vek: 12+ (alebo deti pohodlné s obvodmi a kódovaním)

Náročnosť: stredne pokročilí

Cena: 15 dolárov

Programovací jazyk: Zapojenie (Arduino IDE)

Viac informácií nájdete na stránke produktu Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Malý, šiteľný mikrokontrolér s 3 vstupmi a výstupmi. Ideálne na schovávanie, spájanie s malými predmetmi a vytváranie šperkov.

Odporúčaný vek: 12+

Náročnosť: stredne pokročilí

Cena: ~ 5 dolárov

Programovací jazyk: Zapojenie (Arduino IDE)

Viac informácií nájdete na stránke produktu Arduino Gemma.

Lilypad Arduino

Kruhový ušitý mikrokontrolér so 14 dostupnými vstupmi a výstupmi.

Odporúčaný vek: 12+

Náročnosť: stredne pokročilí

Cena: ~ 25 dolárov

Programovací jazyk: Zapojenie (Arduino IDE)

Ďalšie informácie nájdete na stránke produktu SparkFun pre Lilypad.

Krok 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, alebo skrátene Pi, je počítač veľkosti kreditnej karty*, na ktorom beží špeciálna verzia Linuxu a dá sa naprogramovať na ovládanie hardvéru.

Odporúčaný vek: 12+ alebo deti pohodlné s kódovaním a algebrou

Obtiažnosť: stredne pokročilý (ľahký ako počítač)

Priemerné náklady: ~ 35 dolárov

Počítač Raspberry Pi, alebo skrátene Pi, je možné použiť ako „štandardný“počítač alebo ako ovládač pre všetky druhy hardvérových projektov. Je to vynikajúci prvý počítač, ktorý môžu deti používať a naučiť sa na ňom kódovať, a je široko používaný odborníkmi na hardvér na stavbu všetkých druhov elektronických projektov, od robotov cez 3D tlačiarne až po systémy domácej automatizácie!

Raspberry Pi zmenil spôsob, akým vyrábame elektroniku! Existuje niekoľko rôznych verzií, najnovšia je Raspberry Pi 3 a Pi Zero, miniatúrna verzia Pi 3 za pouhých 10 dolárov.

Prehľad hardvéru

• Odporúčaný operačný systém (OS) je špeciálna verzia Linuxu s názvom Raspbian.

• Pi má 40 vstupov a výstupov („GPIO“) univerzálneho určenia.

  • 26 digitálnych I/O pinov (žiadne analógové I/O)
  • 4 kolíky napájania (dva 3,3 V a dva 5 V)
  • 8 uzemňovacích (GND) kolíkov
  • 2 špeciálne piny (I2C ID EEPROM, iba pokročilé použitie)

• Pi má tiež väčšinu štandardných počítačových funkcií:

  • 4 porty USB
  • 1 ethernetový port
  • 1 port HDMI
  • 1 zvukový konektor
  • 1 port modulu kamery

Programovací jazyk (pre piny GPIO): Python alebo C ++

Pretože ide o plnohodnotný počítač, môžete programovať v ľubovoľnom jazyku, vrátane programovania ďalších mikrokontrolérov!

Príklady projektov

IoT Pet Monitor!

Monitor nárazovej sily

Kúpiť/Viac informácií: Nadácia Raspberry Pi

*Pi môže byť použitý podobne ako štandardný mikrokontrolér A môže tiež ovládať mikrokontroléry! Pi je v zásade super úžasný a * musím * ho zahrnúť, aj keď je to technicky počítač:)

Krok 10: Záverečné myšlienky

Ak ešte len začínate a chcete stavať najrôznejšie projekty, odporúčam Circuit Playground Express. Je veľmi jednoduché začať pracovať a má veľa integrovaných pomôcok.

Ak vás zaujíma počítačová sieť, AI alebo pripojenie k internetu (napr. Vytvorenie „inteligentného domu“), odporučil by som Raspberry Pi.

Ak chcete robustnú, stabilnú a spoľahlivú dosku na stavbu rôznych projektov, choďte na Arduino.

Ak stále nemáte predstavu, kde začať, a ste úplne vystrašení, začnite s Micro: Bit - stojí iba 15 dolárov a je v ňom veľa príjemných vecí, s ktorými sa môžete hrať. Navyše, ak ho získate pre svojho priateľa, môžete odosielať správy Lil tam a späť:)

Najlepšia rada, ktorú vám môžem dať, je nájsť si projekt, pre ktorý máte vášeň, a postaviť ho! Na internete je veľa návodov, takže sa poobzerajte po niekom, kto postavil rovnaký alebo podobný projekt. Vychádzajte z ich zistení a upravte ich, ako chcete!

A samozrejme, nechajte akékoľvek súvisiace otázky v komentároch a ja sa budem snažiť pomôcť!

Šťastné hackovanie!