Arduino PC: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Въпреки че микроконтролерът е компютър на чип с интегриран процесор, памет и входно/изходни периферни устройства, все още за ученик, той едва ли се различава от другите DIP интегрални схеми. Затова ние проектирахме проект „Arduino PC“като задача за учениците от гимназията, които посещават курса „Цифрова електроника“. Той изисква от тях да проектират и симулират електронна схема в Tinkercad, за да постигнат зададените изисквания за проекта (обсъдени по -долу). Целта е да се даде възможност на учениците да видят микроконтролерите като пълноправен компютър (макар и с ограничени възможности), който може да се използва с персонализирана клавиатура и LCD (дисплей с течни кристали). Той също така ни позволява да проверим тяхната доблест при използване на понятията, научени в класа.

За този проект за задание препоръчваме Tinkercad, така че студентите да не се налага да се придържат към лабораторията за цифрова електроника за компонентите и да могат да работят по свое удобство. Също така, инструкторите могат лесно да проследяват състоянието на всеки студентски проект през Tinkercad, след като той бъде споделен от тях.

Проектът изисква учениците да:

1. Проектирайте персонализирана клавиатура с 15 клавиша за въвеждане (10 клавиша за цифра 0-9 и 5 за инструкции +, -, x, / и =) и максимум 4 свързващи (данни) пина (с изключение на 2 пина, използвани за осигуряване на захранване) за изпращане на вход към Arduino Uno.
2. Свържете LCD с Arduino Uno.
3. Напишете прост код за Arduino Uno, за да интерпретира натиснатия клавиш и да го покаже на LCD дисплея.
4. За извършване на простите математически операции (над целочислени входове), приемайки, че всички входове и резултати винаги са цели числа в диапазона -32, 768 до 32, 767.

Този проект помага на учениците да се научат да

1. Кодирайте различни входове в двоични кодове.
2. Проектирайте двоичен енкодер, използвайки цифрова схема (това е сърцето на дизайна на клавиатурната схема).
3. Идентифицирайте (декодирайте) отделните входове от техните двоични кодировки.
4. Напишете кодове на Arduino.

Консумативи

Проектът изисква:

1. Достъп до персонален компютър със стабилна интернет връзка.
2. Модерен браузър, който може да поддържа Tinkercad.
3. Профил в Tinkercad.

Стъпка 1: Проектиране на веригата на клавиатурата

Проектирането на клавиатурната схема е един от основните компоненти на проекта, който изисква учениците да кодират всеки от 15-те ключови входа в различни 4-битови модели. Въпреки че има 16 различни 4-битови шаблона, обаче, един 4-битов модел е изключително необходим за представяне на състоянието по подразбиране, т.е. когато не е натиснат клавиш. Следователно в нашето изпълнение ние зададохме 0000 (т.е. 0b0000) за представяне на състоянието по подразбиране. След това кодирахме десетичните цифри 1-9 чрез действителното им 4-битово двоично представяне (т.е. 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 и 1001 съответно) и десетичната цифра 0 с 1010 (т.е., 0b1010). Математическите операции '+', '-', 'x', '/' и '=' бяха кодирани съответно като 1011, 1100, 1101, 1110 и 1111.

След като фиксирахме кодировките, проектирахме веригата, както е показано на фигурата, където клавишите са представени с превключватели (бутони).

Стъпка 2: Свързване на LCD дисплея

За да видите изхода на Arduino Uno, се използва 16x2 LCD. Схемите за свързване на LCD с Arduino са доста стандартни. Всъщност Tinkercad осигурява предварително изградена схема Arduino Uno, свързана с 16x2 LCD. Въпреки това, може да се променят някои от щифтовете на Arduino Uno, свързани с LCD, за да се приспособят по -добре други периферни устройства като персонализираната клавиатура, която разработихме. В нашето изпълнение използвахме схемата, показана на фигурата.

Стъпка 3: Писане на код за Arduino Uno

За да интерпретираме входа, идващ от клавиатурата, и за да покажем резултата на LCD, трябва да заредим инструкциите в Arduino Uno. Писането на код за Arduino зависи от собственото творчество. Не забравяйте, че Atmega328p в Arduino Uno е 8-битов микроконтролер. Така че човек трябва да импровизира, за да го накара да открие препълване и да работи за големи числа. Ние обаче просто искаме да проверим дали Arduino Uno може да декодира входа и да прави разлика между числа (0-9) и математически инструкции. Следователно, ние ограничаваме нашите входове до малки цели числа (-32, 768 до 32, 767), като същевременно гарантираме, че изходът също попада в същия диапазон. Освен това, човек може да работи наоколо, за да провери други проблеми, като премахване на бутоните.

Приложен е прост код, който използвахме при изпълнението на проекта. Това може да бъде копирано и поставено в редактора на кодове в Tinkercad.

Стъпка 4: Съберете всичко заедно

В крайна сметка свързахме щифтовете за захранване на клавиатурата с този на Arduino и свързахме щифтовете за данни (които носят 4-битовите данни) към цифровите пинове 10, 11, 12 и 13 (в съответствие с посоченото в Arduino код). Свързахме и светодиод (чрез резистор от 330 ома) към всеки от пиновете за данни, за да видим двоичното кодиране на всеки клавиш на клавиатурата. Накрая натиснахме бутона „Стартиране на симулацията“, за да тестваме системата.