Ръководство за начинаещи по микроконтролери: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Какво общо имат дистанционните контролери, рутери и роботи? Микроконтролери! В наши дни удобните за начинаещи микроконтролери са лесни за използване и програмиране само с лаптоп, USB кабел и някои (безплатни) софтуер с отворен код. Уууу !! Всички проекти, ето ни!

Уловката? Има като, 4324302* различни микроконтролери и може да е обезсърчително да започнете, особено ако просто се занимавате с електроника. Откъде по дяволите започвате ?!

Тук, момчета, имам чу. Независимо дали искате да изградите някои готини електронни проекти, да научите програмиране/технологии или искате да научите другите за електрониката, този урок ще ви помогне да разберете кой микроконтролер е подходящ за вашите нужди, цели и бюджети. Да! Да започваме!

Време за четене: ~ 20 мин

*Добре, добре, може би не *толкова *много, но определено няколко десетки!

Стъпка 1: Изчакайте…. Какво е микроконтролер?

Може би сте виждали тази дума и сте били като „wtf“, но не се чувствахте достатъчно удобни, за да попитате*. Напълно добре, ето един кратък преглед:

Микроконтролерът е "прост компютър", който изпълнява една програма в цикъл. Те са проектирани да изпълняват една конкретна задача.

В това ръководство ще се съсредоточим върху микроконтролери, които имат пробивни платки, или платка, която улеснява свързването и програмирането на микроконтролера.

На прекъсваща платка щифтовете на микроконтролера са запоени към печатна платка ("печатна платка"), към печатната платка се добавят заглавки или други конектори, а някои основни фърмуер или постоянен софтуер се зареждат, за да подготвят микроконтролера за приемане на сигнали.

*Въпросите винаги са добри, дори ако са „тъпи“или „n00by“, просто намерете безопасно място - като Instructables!

Стъпка 2: Каква е разликата между Raspberry Pi и микроконтролер?

Raspberry Pi е не само малък и очарователен, но и пълноправен компютър!:Д

Компютрите имат микропроцесори И микроконтролери, които работят заедно, за да изпълняват много задачи едновременно.

Микропроцесорът е това, което прави „тежкото повдигане“в компютъра. Той изпълнява инструкциите и изчисленията, които карат компютъра да работи. Микропроцесорите са много по-бързи от микроконтролерите, но се нуждаят от външни ресурси като RAM, входно/изходни портове и т.н., докато микроконтролерът обикновено е самостоятелен.

Компютрите (които имат входове и изходи, съхранение и обработка) могат да изпълняват няколко програми едновременно - можете да сърфирате в Интернет, да си спомняте със стари снимки, да пишете хартия и да имате отворени около 1000 раздела едновременно! Микроконтролери … не толкова. Можете да направите едно от тези неща, но не всички.

За да научите повече за Raspberry Pi, вижте последния раздел на този урок!

Стъпка 3: Arduino (Uno)

Здрав микроконтролер с отворен код и среда за програмиране, предназначени за начинаещи с известни познания по схемите.

Препоръчителна възраст: 12+ (или децата са удобни с програмиране и алгебра)

Трудност: Междинна

Средна цена: ~ 35 $

Има много различни видове дъски Arduino. Това е Arduino Uno, най -подходящ за начинаещи! Има дъски, които са по -големи, по -малки, носещи се и за специални случаи на употреба като роботика.

Да сте запознати с дъските и програмирането на Arduino добре за проекти и кариера в компютърните науки, инженерството и дизайна.

Характеристики на хардуера

• Arduino Uno има 14 пина за цифров вход и изход ("I/O"), 6 аналогови входно/изходни щифта, 2 изхода за захранване (3.3V и 5V) и 3 заземяващи (GND) щифта.
• Входната мощност може да бъде от 5 до 12 VDC

• Заглавките на ICSP ви позволяват да свържете много различни допълнителни платки, наречени "щитове".

  Например, можете да добавите WiFi щит, за да свържете вашия Arduino към „мрежата

Език за програмиране: Окабеляване (Комбо от C ++/Обработка)

Примерен проект: Реактивно движение Разклатете играта Лабиринт!

Покупка/Научете повече: Уебсайт Arduino

Стъпка 4: Микро: Бит

Приятен микроконтролер lil’, удобен за деца и хора, които тепърва започват с кодиране и хардуер.

Препоръчителни възрасти: 8+ (или децата са удобни с вериги и прости инструменти)

Трудност: начинаещ

Средна цена: ~ $ 15

Micro: Bit е чудесен инструмент, за да започнете да се учите как да кодирате, да преподавате на другите, особено на учениците от началните училища, как да кодират, и да правите прости и бързи електронни прототипи.

Micro: Bit е сътрудничество между Microsoft и BBC, за да внесе образователни компютри в класните стаи по целия свят.

Характеристики на хардуера:

• Micro: Bit има 3 цифрови и аналогови входно/изходни щифта, 1 щифт за изход (3.3V) и 1 заземяващ (GND) щифт
• Захранването трябва да бъде 3 - 5 VDC чрез микро USB кабел или конектор на батерията.

• Той също така има много вградени входове, изходи и сензори!

  • 5x5 (25) LED матрица
  • Два (2) бутона (A, B)
  • Радиопредавател и приемник
  • Акселерометър
  • Компас
  • Сензори за светлина и температура
• За повече I/O пинове, вземете Micro: Bit пробив!

Език за програмиране: блоков или Javascript (www. MakeCode.org); може да използва и CircuitPython

Примерен проект: Кукла за текстови съобщения!

Покупка/Научете повече: Micro: Bit Website

Стъпка 5: Circuit Playground Express

Универсален микроконтролер, чудесен за деца и хора, които тепърва започват с кодиране и хардуер.

Забележка: Има и Circuit Playground Classic - хардуерът е почти идентичен, но тази платка е програмирана в Arduino IDE.

Препоръчителни възрасти: 8+ (или децата са удобни с вериги и прости инструменти)

Трудност: начинаещ

Средна цена: ~ 25 долара

Circuit Playground Express или CPX е полезен инструмент, за да научите как да кодирате, да научите другите да кодират и да направите бързи прототипи за начинаещи както за експерти.

Circuit Playground Express е мощен и универсален микроконтролер, създаден от Adafruit Industries.

Характеристики на хардуера

• CPX има 7 пръстена за цифрови/аналогови входове и изходи ("I/O"), които също са капацитивни на допир!

  • 1 "истински" аналогов I/O пръстен
  • 2 Изключващ пръстен (3.3V)
  • 3 заземителни (GND) щифта
• Захранването трябва да бъде 3 - 5 VDC чрез микро USB кабел или конектор на батерията.

• Има и много вградени входове, изходи и сензори!

  • 10 мини неопиксела (могат да бъдат всички цветове)
  • 2 бутона (A, B)
  • 1 Плъзгащ се превключвател

  • Инфрачервен предавател и приемник

    Може да приема/предава кодове за дистанционно управление, да изпраща съобщение между CPX и да действа като сензор за разстояние

  • Акселерометър
  • Звуков сензор и мини високоговорител
  • Сензори за светлина и температура

Език за програмиране: блоков или Javascript (www. MakeCode.org); може също да използва CircuitPython и окабеляване (Arduino IDE)

Примерен проект: Контролер за жестове на Minecraft!

Покупка/Научете повече: Adafruit Industries

Стъпка 6: Makey Makey

Интерактивен въвеждащ микроконтролер, чудесен за малки деца и хора, които са нови за електрониката и кодирането, особено за тези, които искат да играят с технологии, без да се налага да изграждат схеми и код.

Препоръчителни възрасти: 5+ (или децата са удобни с прости инструменти)

Трудност: начинаещ

Средна цена: ~ $ 50

Makey Makey е чудесна първа стъпка в електрониката и технологиите - не се изисква програмиране! Свържете алигаторните скоби към подложките и след това свържете всеки донякъде проводящ материал, като ръце, плодове или метални предмети, за да задействате определени клавиши на клавиатурата и мишката.

Makey Makey е съвместима с Arduino платка, което означава, че можете също да я препрограмирате, като използвате интегрираната среда за разработка на Arduino ("IDE").

Характеристики на хардуера

• Makey Makey има шест (6) капацитивни сензорни подложки в предната част на дъската:

  • Четири контролират клавишите със стрелки на клавиатурата,
  • Единият контролира интервала и
  • Единият контролира левия бутон на мишката.

• На гърба на дъската има щифтове за заглавки за повече контроли (също капацитивно докосване):

  • Шест (6) пина, които се съпоставят с букви,
  • Четири (4) щифта, които се свързват със стрелки,
  • Два (2) пина, които се свързват с клавишите на мишката и
  • Един (1) щифт, който съответства на клавиша за интервал.
  • Има и три (3) общи I/O пина, 5V захранващ щифт и заземителен щифт.

Език на програмиране: Не се прилага за начинаещи; може да пише Scratch програми (базирани на блок); може да се препрограмира във Wiring (Arduino IDE)

Примерни проекти

Начинаещ: Floor Piano

Intermediate: Интерактивна игра за проучване!

Покупка/Научете повече: Уебсайт Makey Makey

Стъпка 7: Други общи платки

Има твърде много микроконтролери, които да се покрият в един урок. Ако имате нужда от супер специфична специалност, вероятно има микроконтролер за това (точно като приложения!). За да усетите някои от другите табла, които не са споменати в този урок, разгледайте описите на SparkFun Electronics и Adafruit Industries и/или попитайте хора в областта!

Ето някои от любимите ми:

Фотон от частици

Подобно на Arduino Nano, Photon е микроконтролер, свързан с WiFi, който може да се програмира безжично. Най -лесната настройка използва (безплатно) приложение за смартфон, но ако може да се програмира и директно чрез USB на почти същия език като Arduino*.

Препоръчителни възрасти: 12+ (или деца удобни с вериги и кодиране)

Трудност: Междинна

Цена: ~ $ 20

За повече информация и за да получите настройката на Photon, посетете онлайн магазина Particle тук.

Език на програмиране: Окабеляване (повече или по -малко)

Примерен проект

Индустриална везна на IoT

*Окабеляването е кодовата рамка, така че повечето кодове на Arduino ще работят без промени. Може също да пише в C/C ++ или ARM монтаж

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Супер малък, супер евтин (и в момента много популярен в IoT* общността) WiFi микроконтролер. Ще ви е необходим FTDI или конзолен кабел. Можете да използвате IDE на Arduino, за да програмирате тази платка или Lua Interpreter на NodeMCU.

Препоръчителна възраст: 14+ (или удобни за деца с хардуер и софтуер)

Трудност: Средно ++

Цена: ~ $ 10

За повече информация посетете страницата с продукти на HUZZAH Adafruit.

(SparkFun също има подобна дъска, „ESP8266 Thing“, която можете да намерите тук за ~ $ 15.)

Език за програмиране: Lua (нещо като Python) или окабеляване (Arduino IDE)

*IoT означава „Интернет на нещата“, което е терминът, който се отнася за свързване и управление на различни хардуерни устройства, като сензори и домакинска електроника, към Интернет.

Дрънкулка Adafruit M0

Малък, но мощен микроконтролер, който размива границите между компютъра и микроконтролера (има 32-битов процесор Cortex M0 ATSAMD21E18). Може да бъде програмиран с Circuit Python или в Arudino IDE.

Препоръчителна възраст: 14+ (или удобни за деца с хардуер и софтуер)

Трудност: Междинна

Цена: ~ $ 9

За повече информация посетете страницата на продукта Adafruit за Trinket M0.

Език за програмиране: CircuitPython или окабеляване (Arduino IDE)

Има много други платки M0, подобни по обхват на свързаните микроконтролери Arduino Zero. Ако това не отговаря на вашите нужди или предпочитания, потърсете из уебсайтовете на Adafruit и SparkFun!

Стъпка 8: Носещи се микроконтролери

Има и няколко микроконтролера, предназначени за проекти за носене!

Това, което ги прави специални, е, че могат да се перат, така че не е нужно да ги изтръгвате от страхотния проект, който сте направили (но премахнете батерията!).

Носещите се микроконтролери имат и специални входно -изходни щифтове, които улесняват шиенето в дрехи и зашиването на вериги с проводима нишка. Ето някои от любимите ми:

Adafruit FLORA

Кръгъл канализационен микроконтролер с 14 входа и изхода. Може да се пере (но извадете батерията).

Препоръчителни възрасти: 12+ (или деца удобни с вериги и кодиране)

Трудност: Междинна

Цена: $ 15

Език за програмиране: Окабеляване (Arduino IDE)

За повече информация посетете страницата на продукта Adafruit FLORA.

Ардуино Джема

Малък микроконтролер за канализация с 3 входа и изхода. Перфектен за скриване, свързване с малки предмети и създаване на бижута.

Препоръчителна възраст: 12+

Трудност: Междинна

Цена: ~ $ 5

Език на програмиране: Окабеляване (Arduino IDE)

За повече информация посетете страницата на продукта Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Кръгъл канализационен микроконтролер с 14 налични входа и изхода.

Препоръчителна възраст: 12+

Трудност: Междинна

Цена: ~ $ 25

Език за програмиране: Окабеляване (Arduino IDE)

За повече информация посетете продуктовата страница на SparkFun за Lilypad.

Стъпка 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi или накратко Pi е компютър с размер на кредитна карта*, който работи със специална версия на Linux и може да бъде програмиран да контролира хардуера.

Препоръчителни възрасти: 12+ Или децата са удобни с кодиране и алгебра

Трудност: Средно (лесно като компютър)

Средна цена: ~ 35 $

Компютърът Raspberry Pi или накратко Pi може да се използва като „стандартен“компютър или като контролер за всякакви хардуерни проекти. Това е чудесен първи компютър, който децата могат да използват и да се научат да кодират, и се използва широко от хардуерни експерти за изграждане на всякакви електронни проекти, от роботи до 3D принтери до системи за домашна автоматизация!

Raspberry Pi промени начина, по който изграждаме електроника! Има няколко различни версии, най -новата е Raspberry Pi 3 и Pi Zero, миниатюрна версия на Pi 3 само за 10 долара.

Преглед на хардуера

• Препоръчителната операционна система („OS“) е специална версия на Linux, наречена Raspbian.

• Pi има 40 пина за въвеждане и изход (GPIO) с общо предназначение.

  • 26 цифрови входно -изходни щифта (без аналогови входове/изходи)
  • 4 изхода за захранване (два 3.3V и два 5V)
  • 8 заземяващи (GND) щифта
  • 2 специални щифта (I2C ID EEPROM, само за напреднали)

• Pi също има повечето стандартни компютърни функции:

  • 4 USB порта
  • 1 Ethernet порт
  • 1 HDMI порт
  • 1 аудио жак
  • 1 Порт за модул на камерата

Език за програмиране (за GPIO пинове): Python или C ++

Тъй като това е пълен компютър, можете да програмирате на какъвто език искате, включително програмиране на други микроконтролери!

Примерни проекти

IoT Pet Monitor!

Монитор на силата на удара

Покупка/Повече информация: Raspberry Pi Foundation

*Pi може да се използва подобно на стандартен микроконтролер И също така може да управлява микроконтролери! По принцип Pi е супер страхотен и аз * трябва * да го включа, дори и да е технически компютър:)

Стъпка 10: Заключителни мисли

Ако тепърва започвате и искате да изграждате всякакви проекти, бих препоръчал Circuit Playground Express. Изключително лесно е да се стартира и да работи и има много вградени джаджи.

Ако се интересувате изключително от компютърни мрежи, изкуствен интелект или свързване на неща към интернет (например създаване на „Умен дом“), бих предложил Raspberry Pi.

Ако искате здрава, стабилна и надеждна дъска за изграждане на голямо разнообразие от проекти, отидете с Arduino.

Ако все още нямате представа откъде да започнете и сте напълно сплашени, започнете с Micro: Bit - това е само 15 долара и има много интересни неща, с които да играете. Плюс това, ако вземете едно за приятеля си, можете да изпращате lil съобщения напред -назад:)

Най -добрият съвет, който мога да ви дам, е да намерите проект, по който сте страстен, и да го изградите! Има много уроци онлайн, така че потърсете наоколо за някой, който е изградил същия или подобен проект. Възползвайте се от техните констатации и коригирайте както желаете!

И разбира се, оставете всички свързани въпроси в коментарите и аз ще направя всичко възможно да помогна!

Приятно хакване!