Vodič za mikrokontrolere za početnike: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Što je zajedničko daljinskim upravljačima, usmjerivačima i robotima? Mikrokontroleri! Ovih dana mikrokontroleri prilagođeni početnicima jednostavni su za korištenje i programiranje samo s prijenosnim računalom, USB kabelom i nekim (besplatnim) softverom otvorenog koda. Woohoo !! Svi projekti, evo nas!

Ulov? Postoje slični, 4324302* različiti mikrokontroleri i početak je zastrašujući, pogotovo ako se tek bavite elektronikom. Dovraga, gdje počinješ ?!

Ovdje, djeco, imam chu. Bilo da želite izgraditi sjajne elektroničke projekte, naučiti programiranje/tehnologiju ili želite poučiti druge o elektronici, ovaj će vam vodič pomoći shvatiti koji mikrokontroler odgovara vašim potrebama, ciljevima i proračunu. Da! Započnimo!

Vrijeme čitanja: ~ 20 min

*Ok, ok, možda ne *toliko *mnogo, ali definitivno nekoliko desetaka!

Korak 1: Pričekajte…. Što je mikrokontroler?

Možda ste vidjeli ovu riječ i bili ste poput "wtf", ali niste se osjećali dovoljno udobno da pitate*. Potpuno u redu, evo kratkog pregleda:

Mikrokontroler je "jednostavno računalo" koje pokreće jedan program u petlji. Dizajnirani su za obavljanje jednog, posebnog zadatka.

U ovom vodiču fokusirat ćemo se na mikrokontrolere koji imaju ploče za razbijanje ili ploču koja olakšava povezivanje i programiranje mikrokontrolera.

Na probojnoj ploči pinovi mikrokontrolera lemljeni su na tiskanu ploču ("PCB"), zaglavlja ili drugi konektori dodani su na PCB, a neki osnovni firmver ili trajni softver učitavaju se za pripremu mikrokontrolera za primanje signala.

*Pitanja su uvijek dobra čak i ako su "glupa" ili "n00by", samo pronađite siguran prostor - poput instruktora!

Korak 2: Koja je razlika između Raspberry Pi i mikrokontrolera?

Raspberry Pi nije samo mali i dražesan, već je i punopravno računalo!: D

Računala imaju mikroprocesore I mikrokontrolere koji rade zajedno za obavljanje mnogih zadataka odjednom.

Mikroprocesor je ono što "težak posao" čini u računalu. Izvodi upute i izračune koji omogućuju rad računala. Mikroprocesori su mnogo brži od mikrokontrolera, ali trebaju vanjske resurse poput RAM-a, ulazno/izlaznih portova itd., Dok je mikrokontroler obično samostalan.

Računala (koja imaju ulaze i izlaze, pohranu i obradu) mogu pokrenuti više programa odjednom - možete surfati internetom, prisjećati se starih fotografija, pisati rad i imati otprilike 1000 kartica otvorenih u isto vrijeme! Mikrokontroleri … ne toliko. Možete učiniti jednu od tih stvari, ali ne sve.

Da biste saznali više o Raspberry Pi, pogledajte zadnji odjeljak ovog vodiča!

Korak 3: Arduino (Uno)

Robustan mikrokontroler otvorenog koda i programsko okruženje dizajnirano za početnike s nekim poznavanjem sklopova.

Preporučena dob: 12+ (ili su djeca udobna u programiranju i algebri)

Poteškoća: Srednja

Prosječni trošak: ~ 35 USD

Postoji mnogo različitih vrsta Arduino ploča. Ovo je Arduino Uno, koji najbolje odgovara početnicima! Postoje ploče koje su veće, manje, nosive i za posebne namjene poput robotike.

Poznavanje Arduino ploča i programskih mapa dobro za projekte i karijere u računalnim znanostima, inženjeringu i dizajnu.

Značajke hardvera

• Arduino Uno ima 14 pinova za digitalni ulaz i izlaz ("I/O"), 6 analognih I/O pinova, 2 pina za isključivanje (3.3V i 5V) i 3 uzemljenja (GND).
• Ulazna snaga može biti od 5 do 12 VDC

• ICSP zaglavlja omogućuju vam povezivanje tona različitih dodatnih ploča koje se nazivaju "štitovi".

  Na primjer, možete dodati WiFi štit za povezivanje vašeg Arduina na mrežu

Programski jezik: Ožičenje (Kombinacija C ++/obrada)

Primjer projekta: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Kupite/saznajte više: Arduino web mjesto

Korak 4: Mikro: Bit

Ljubazan mali mikrokontroler zgodan za djecu i ljude koji tek počinju s kodiranjem i hardverom.

Preporučena dob: 8+ (ili djeca udobna sa sklopovima i jednostavnim alatima)

Poteškoća: Početnik

Prosječni trošak: ~ 15 USD

Micro: Bit izvrstan je alat za početak učenja kodiranja, poučavanje drugih, osobito učenika osnovnih škola, kodiranju te izradu jednostavnih i brzih elektroničkih prototipova.

Micro: Bit je suradnja između Microsofta i BBC -a kako bi se obrazovna računala uvela u učionice širom svijeta.

Značajke hardvera:

• Micro: Bit ima 3 digitalna i analogna I/O pina, 1 pin za izlaz (3.3V) i 1 uzemljenje (GND)
• Ulaz napajanja trebao bi biti 3 - 5 VDC putem mikro USB kabela ili priključka baterije.

• Također ima puno ugrađenih ulaza, izlaza i senzora!

  • 5x5 (25) LED matrica
  • Dva (2) gumba (A, B)
  • Radio odašiljač i prijemnik
  • Brzinomjer
  • Kompas
  • Senzori temperature i svjetlosti
• Za više I/O pinova zgrabite Micro: Bit proboj!

Programski jezik: blokovski ili Javascript (www. MakeCode.org); mogu koristiti i CircuitPython

Primjer projekta: Lutka SMS -a!

Kupnja/Saznajte više: Micro: Bit web stranica

Korak 5: Circuit Playground Express

Svestrani mikrokontroler izvrstan za djecu i ljude koji tek počinju s kodiranjem i hardverom.

Napomena: Postoji i Circuit Playground Classic - hardver je gotovo identičan, ali ova je ploča programirana u Arduino IDE -u.

Preporučena dob: 8+ (ili djeca udobna sa sklopovima i jednostavnim alatima)

Poteškoća: Početnik

Prosječni trošak: ~ 25 USD

Circuit Playground Express ili CPX koristan je alat za naučiti kodiranje, naučiti druge kodirati te izraditi brze prototipe za početnike i stručnjacima.

Circuit Playground Express snažan je i svestran mikrokontroler koji je stvorila Adafruit Industries.

Značajke hardvera

• CPX ima 7 prstenova za digitalni/analogni ulaz i izlaz ("I/O") koji su također kapacitivni na dodir!

  • 1 "pravi" analogni I/O prsten
  • 2 Prsten za isključivanje (3,3 V)
  • 3 igle za uzemljenje (GND)
• Ulaz napajanja trebao bi biti 3 - 5 VDC putem mikro USB kabela ili priključka baterije.

• Tu su i tone ugrađenih ulaza, izlaza i senzora!

  • 10 mini neopiksela (mogu biti svih boja)
  • 2 tipke (A, B)
  • 1 Klizni prekidač

  • Infracrveni odašiljač i prijemnik

    Može primati/prenositi kodove daljinskog upravljanja, slati poruke između CPX -ova i djelovati kao senzor udaljenosti

  • Brzinomjer
  • Senzor zvuka i mini zvučnik
  • Senzori temperature i svjetlosti

Programski jezik: blokovski ili Javascript (www. MakeCode.org); također može koristiti CircuitPython i ožičenje (Arduino IDE)

Primjer projekta: Minecraft kontrolor gesta!

Kupite/saznajte više: Adafruit Industries

Korak 6: Makey Makey

Interaktivni uvodni mikrokontroler izvrstan za malu djecu i ljude tek upoznate s elektronikom i kodiranjem, posebno za one koji se žele igrati s tehnologijom bez potrebe za izgradnjom sklopova i koda.

Preporučena dob: 5+ (ili djeca udobna s jednostavnim alatima)

Poteškoća: Početnik

Prosječni trošak: ~ 50 USD

Makey Makey izvrstan je prvi korak u elektronici i tehnologiji - nije potrebno programiranje! Spojite kopče od aligatora na jastučiće, a zatim povežite bilo koji donekle vodljivi materijal, poput ruku, voća ili metalnih predmeta, kako biste aktivirali određene tipke na tipkovnici i mišu.

Makey Makey je ploča kompatibilna s Arduinom, što znači da je možete i reprogramirati pomoću Arduino integriranog razvojnog okruženja ("IDE").

Značajke hardvera

• Makey Makey ima šest (6) kapacitivnih dodirnih pločica na prednjoj strani ploče:

  • Četiri upravljačke tipke sa strelicama,
  • Jedan kontrolira razmaknicu i
  • Jedan kontrolira lijevi klik mišem.

• Na stražnjoj strani ploče nalaze se igle zaglavlja za više kontrola (također kapacitivni dodir):

  • Šest (6) pinova koji se preslikavaju u slova,
  • Četiri (4) igle koje se preslikavaju u strelice,
  • Dvije (2) igle koje se preslikavaju na tipke miša i
  • Jedan (1) pin koji se preslikava na tipku razmaknice.
  • Postoje i tri (3) općenita I/O pina, pin za napajanje od 5V i pin za uzemljenje.

Programski jezik: Nije primjenjivo za početnike; može pisati Scratch programe (temeljene na blokovima); može reprogramirati u ožičenju (Arduino IDE)

Primjeri projekata

Početnik: Floor Piano

Srednji: Interaktivna anketna igra!

Kupite/saznajte više: web stranica Makey Makey

Korak 7: Ostale uobičajene ploče

Postoji previše mikrokontrolera koje možete pokriti u jednom vodiču. Ako imate super posebne potrebe, vjerojatno za to postoji mikrokontroler (baš kao i aplikacije!). Da biste stekli dojam o nekim drugim pločama koje nisu spomenute u ovom vodiču, proučite popise SparkFun Electronics i Adafruit Industries i/ili pitajte ljude na terenu!

Evo nekoliko mojih favorita:

Foton čestica

Slično kao i Arduino Nano, Photon je mikrokontroler povezan s WiFi -jem koji se može programirati bežično. Najjednostavnije postavljanje koristi (besplatnu) aplikaciju za pametni telefon, ali ako se također može programirati izravno putem USB -a na gotovo istom jeziku kao Arduino*.

Preporučeni uzrast: 12+ (ili djeca udobna sa sklopovima i kodiranjem)

Poteškoća: Srednja

Cijena: ~ 20 USD

Za više informacija i postavljanje Photona posjetite internetsku trgovinu Particle ovdje.

Programski jezik: Ožičenje (manje -više)

Primjer projekta

IoT industrijska vaga

*Ožičenje je okvir koda, pa će većina Arduino koda raditi bez izmjena. Također se može pisati u C/C ++ ili ARM sklopu

Adafruit HUZZAH ESP8266 Pucanje

Izuzetno mali, super jeftin (i trenutno vrlo popularan u IoT* zajednici) WiFi mikrokontroler. Trebat će vam FTDI ili konzolni kabel. Možete koristiti Arduino IDE za programiranje ove ploče ili NodeMCU -ovog tumača Lua.

Preporučena dob: 14+ (ili djeci udobno s hardverom i softverom)

Poteškoća: Srednji ++

Cijena: ~ 10 USD

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda HUZZAH Adafruit.

(SparkFun također ima sličnu ploču, "ESP8266 Thing", koju ovdje možete pronaći za ~ 15 USD.)

Programski jezik: Lua (nešto poput Pythona) ili ožičenje (Arduino IDE)

*IoT označava "Internet of Things", izraz koji se odnosi na povezivanje i upravljanje različitim hardverskim uređajima, poput senzora i kućne elektronike, s internetom.

Mrežica od adafruta M0

Mali, ali moćan mikrokontroler koji briše granice između računala i mikrokontrolera (ima 32-bitni Cortex M0 procesor ATSAMD21E18). Može se programirati s Circuit Pythonom ili u Arudino IDE -u.

Preporučena dob: 14+ (ili djeci udobno s hardverom i softverom)

Poteškoća: Srednja

Cijena: ~ 9 USD

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda Adafruit za Trinket M0.

Programski jezik: CircuitPython ili ožičenje (Arduino IDE)

Postoji TON drugih M0 ploča, po opsegu sličnih povezivim mikrokontrolerima Arduino Zero. Ako ovo ne odgovara vašim potrebama ili vašim željama, pretražite na web stranicama Adafruit i SparkFun!

Korak 8: Nosivi mikrokontroleri

Postoji i pregršt mikrokontrolera namijenjenih nosivim projektima!

Ono što ih čini posebnim je to što se mogu prati, pa ih ne morate istrgnuti iz sjajnog projekta koji ste napravili (ali izvadite bateriju!).

Nosivi mikrokontroleri također imaju posebne U/I pinove koji olakšavaju šivanje u odjeću i povezivanje krugova s vodljivim navojem. Evo nekoliko mojih favorita:

Adafruit FLORA

Kružni kanalizacijski mikrokontroler s 14 ulaza i izlaza. Može se prati (ali izvadite bateriju).

Preporučeni uzrast: 12+ (ili djeca udobna sa sklopovima i kodiranjem)

Poteškoća: Srednja

Cijena: 15 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Mali mali mikrokontroler za kanalizaciju sa 3 ulaza i izlaza. Savršeno za skrivanje, povezivanje s malim predmetima i izradu nakita.

Preporučena dob: 12+

Poteškoća: Srednja

Cijena: ~ 5 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Kružni kanalizacijski mikrokontroler s 14 dostupnih ulaza i izlaza.

Preporučena dob: 12+

Poteškoća: Srednja

Cijena: ~ 25 USD

Programski jezik: Ožičenje (Arduino IDE)

Za više informacija posjetite stranicu proizvoda SparkFun za Lilypad.

Korak 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi ili skraćeno Pi je računalo veličine kreditne kartice* koje pokreće posebnu verziju Linuxa i može se programirati za upravljanje hardverom.

Preporučeni uzrast: 12+ Ili djeci udobno kodiranje i algebra

Poteškoća: Srednja (lako kao računalo)

Prosječni trošak: ~ 35 USD

Računalo Raspberry Pi ili skraćeno Pi može se koristiti kao "standardno" računalo ili kao kontroler za sve vrste hardverskih projekata. To je odlično prvo računalo za djecu koje mogu koristiti i naučiti kodirati, a stručnjaci za hardver ga naširoko koriste za izradu svih vrsta elektroničkih projekata, od robota do 3D pisača do sustava za kućnu automatizaciju!

Raspberry Pi je promijenio način na koji gradimo elektroniku! Postoji nekoliko različitih verzija, najnovija je Raspberry Pi 3 i Pi Zero, minijaturna verzija Pi 3 za samo 10 USD.

Pregled hardvera

• Preporučeni operacijski sustav ("OS") posebna je verzija Linuxa pod nazivom Raspbian.

• Pi ima 40 ulaza i izlaza opće namjene ("GPIO").

  • 26 digitalnih I/O pinova (nema analognih I/O)
  • 4 pina za izlaz napajanja (dva 3.3V i dva 5V)
  • 8 Igle za uzemljenje (GND)
  • 2 posebna pina (I2C ID EEPROM, samo napredna upotreba)

• Pi također ima većinu standardnih računalnih značajki:

  • 4 USB porta
  • 1 Ethernet priključak
  • 1 HDMI priključak
  • 1 audio priključak
  • 1 priključak za modul kamere

Programski jezik (za GPIO pinove): Python ili C ++

Budući da je ovo puno računalo, možete programirati na bilo kojem jeziku, uključujući programiranje drugih mikrokontrolera!

Primjeri projekata

IoT Monitor za kućne ljubimce!

Monitor sile udara

Kupnja/više informacija: Raspberry Pi Foundation

*Pi se može koristiti slično standardnom mikrokontroleru I također može kontrolirati mikrokontrolere! U osnovi, Pi je super i moram ga uključiti čak iako je tehnički računalo:)

Korak 10: Završne misli

Ako tek počinjete i želite graditi sve vrste projekata, preporučio bih Circuit Playground Express. Super je jednostavno pokrenuti se i pokrenuti, a ima hrpu ugrađenih naprava.

Ako ste jako zainteresirani za računalno umrežavanje, umjetnu inteligenciju ili povezivanje stvari s internetom (npr. Izrada "pametnog doma"), predlažem Raspberry Pi.

Ako želite čvrstu, stabilnu i pouzdanu ploču za izradu raznih projekata, idite s Arduinom.

Ako još uvijek nemate pojma odakle započeti i potpuno ste zastrašeni, počnite s Micro: Bitom - to je samo 15 USD i ima mnogo zanimljivih stvari za igranje. Osim toga, ako dobijete jednu za svog prijatelja, možete slati male poruke naprijed -natrag:)

Najbolji savjet koji vam mogu dati je da pronađete projekt koji vas zanima i izgradite ga! Na internetu postoji mnogo tutoriala pa potražite nekoga tko je napravio isti ili sličan projekt. Nadogradite njihove nalaze i prilagodite se kako želite!

I naravno, ostavite sva povezana pitanja u komentarima i potrudit ću se pomoći!

Sretno hakiranje!