Arduino PC: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Iako je mikrokontroler računalo na čipu s integriranim procesorom, memorijom i I/O periferijom, student se ipak osjeća teško da se razlikuje od ostalih DIP integriranih krugova. Stoga smo osmislili projekt "Arduino PC" kao zadatak za srednjoškolce koji pohađaju tečaj "Digitalna elektronika". Od njih se traži da osmisle i simuliraju elektronički krug u Tinkercadu kako bi postigli zadane zahtjeve projekta (o čemu će biti riječi u nastavku). Cilj je omogućiti studentima da vide mikrokontrolere kao punopravno računalo (iako ograničenih mogućnosti) koje se može koristiti s prilagođenom tipkovnicom i LCD-om (zaslon s tekućim kristalima). Također nam omogućuje provjeru njihove sposobnosti u korištenju pojmova naučenih na satu.

Za ovaj projekt dodjeljivanja preporučujemo Tinkercad kako se studenti ne bi morali zadržavati u laboratoriju digitalne elektronike za komponente, te mogu raditi po vlastitoj želji. Također, instruktorima je lako pratiti status svakog studentskog projekta preko Tinkercada nakon što ga podijele.

Projekt od učenika zahtijeva:

1. Dizajnirajte prilagođenu tipkovnicu s 15 ulaznih tipki (10 tipki za znamenke 0-9 i 5 za upute +, -, x, / i =) i najviše 4 spojna (podatkovna) pina (osim 2 pina koji se koriste za napajanje) za slanje unosa u Arduino Uno.
2. Povežite LCD s Arduino Uno.
3. Napišite jednostavan kod za Arduino Uno kako bi protumačio pritisnutu tipku i prikazao je na LCD -u.
4. Za izvođenje jednostavnih matematičkih operacija (preko cjelobrojnih ulaza) pretpostavljajući da su svi ulazi i rezultati uvijek cijeli brojevi unutar raspona -32, 768 do 32, 767.

Ovaj projekt pomaže učenicima da nauče

1. Kodirajte različite ulaze u binarne kodove.
2. Dizajnirajte binarni davač pomoću digitalnog kruga (ovo je srce dizajna sklopa tipkovnice).
3. Identificirajte (dekodirajte) pojedinačne ulaze iz njihovih binarnih kodiranja.
4. Napišite Arduino kodove.

Pribor

Projekt zahtijeva:

1. Pristup osobnom računalu sa stabilnom internetskom vezom.
2. Moderan preglednik koji podržava Tinkercad.
3. Tinkercad račun.

Korak 1: Projektiranje sklopa tipkovnice

Dizajniranje sklopa tipkovnice jedna je od glavnih komponenti projekta koja zahtijeva od učenika da svaki od 15 ključnih ulaza kodiraju u različite 4-bitne uzorke. Iako postoji 16 različitih 4-bitnih uzoraka, međutim, jedan 4-bitni uzorak potreban je isključivo za predstavljanje zadanog stanja, tj. Kada se ne pritisne nijedna tipka. Stoga smo u našoj implementaciji dodijelili 0000 (tj. 0b0000) za predstavljanje zadanog stanja. Zatim smo kodirali decimalne znamenke 1-9 njihovim stvarnim 4-bitnim binarnim prikazom (tj. 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 i 1001 respektivno), a decimalnu znamenku 0 sa 1010 (tj., 0b1010). Matematičke operacije '+', '-', 'x', '/' i '=' kodirane su kao 1011, 1100, 1101, 1110 i 1111.

Nakon što smo popravili kodiranja, projektirali smo krug kako je prikazano na slici, gdje su tipke predstavljene prekidačima (tipke).

Korak 2: Povezivanje LCD -a

Za prikaz izlaza Arduino Uno koristi se LCD zaslon veličine 16x2. Sklopovi za povezivanje LCD -a s Arduinom sasvim su standardni. Zapravo, Tinkercad nudi unaprijed izgrađeno Arduino Uno kolo povezano sa LCD-om od 16x2. Međutim, netko može promijeniti neke od Arduino Uno pinova koji su povezani s LCD -om kako bi bolje prilagodili ostale periferne uređaje, poput prilagođene tipkovnice koju smo razvili. U našoj implementaciji koristili smo sklop prikazan na slici.

Korak 3: Pisanje koda za Arduino Uno

Za tumačenje unosa koji dolazi s tipkovnice i za prikaz rezultata na LCD -u, moramo učitati upute u Arduino Uno. Pisanje koda za Arduino sasvim je stvar vlastite kreativnosti. Upamtite da je Atmega328p u Arduino Uno 8-bitni mikrokontroler. Stoga je potrebno improvizirati kako bi otkrio prelijevanje i radio na velikom broju. Međutim, samo želimo provjeriti može li Arduino Uno dekodirati ulaz i razlikovati brojeve (0-9) i matematičke upute. Stoga ograničavamo naše unose na male cijele brojeve (-32, 768 do 32, 767), a pritom osiguravamo da izlaz također pada u isti raspon. Nadalje, možete se zaobići kako biste provjerili druga pitanja poput otkazivanja gumba.

Priložen je jednostavan kôd koji smo koristili u provedbi projekta. To se može kopirati i zalijepiti u uređivač koda u Tinkercadu.

Korak 4: Sve spojite

Na kraju smo spojili pinove za napajanje tipkovnice s Arduinovim i povezali podatkovne pinove (koji nose 4-bitne podatke) s digitalnim pinovima 10, 11, 12 i 13 (kako je spomenuto u Arduino kod). Također smo spojili LED (preko otpornika od 330 ohma) na svaki od pinova podataka kako bismo vidjeli binarno kodiranje svake tipke na tipkovnici. Konačno, pritisnuli smo gumb "Pokreni simulaciju" za testiranje sustava.