HackerBox 0051: MCU Lab: 10 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Üdvözlet a HackerBox Hackereknek világszerte! A HackerBox 0051 bemutatja a HackerBox MCU Lab -ot. Az MCU Lab egy fejlesztőplatform a mikrokontrollerek és mikrovezérlő modulok teszteléséhez, fejlesztéséhez és prototípusának fejlesztéséhez. Az Arduino Nano, az ESP32 modul és az SMT32 fekete tabletta az MCU Lab jellemző blokkjainak feltárására szolgál. Az MCU Lab funkcióblokkjai kapcsolókat, gombokat, LED -eket, OLED kijelzőt, zümmögőt, potenciométert, RGB pixelt, logikai szintváltót, VGA kimenetet, PS/2 billentyűzetbemenetet, USB soros interfészt és kettős forrasztás nélküli prototípus -területet tartalmaznak.

Ez az útmutató információkat tartalmaz a HackerBox 0051 használatának megkezdéséhez, amelyet itt vásárolhat, amíg a készlet tart. Ha minden hónapban szeretne egy ilyen HackerBox -ot közvetlenül a postaládájába kapni, akkor iratkozzon fel a HackerBoxes.com oldalon, és csatlakozzon a forradalomhoz!

A HackerBoxes a havi előfizetési doboz szolgáltatás hardveres hackereknek, valamint az elektronika és a számítástechnika rajongóinak. Csatlakozz hozzánk a HACK LIFE életében.

1. lépés: Tartalomlista a HackerBox 0051 számára

• MCU 1. modul: Arduino Nano 5V, 16MHz
• MCU 2. modul: WEMOS ESP32 Lite
• MCU 3. modul: STM32F103C8T6 fekete tabletta
• Exkluzív MCU Lab nyomtatott áramkör
• FT232RL USB soros adapter
• OLED 128x64 kijelző I2C 0,96 hüvelyk
• Kétirányú 8 bites logikai szintváltó
• WS2812B RGB SMD LED
• Négy tapintható felületre szerelhető gomb
• Négy piros szórt 5 mm -es LED
• Piezo csengő
• HD15 VGA csatlakozó
• Mini-DIN PS/2 billentyűzet csatlakozó
• 100K ohmos potenciométer
• 8 Pozíció DIP kapcsoló
• AMS1117 3.3V lineáris szabályozó SOT223
• Két 22uF tantál kondenzátor 1206 SMD
• Tíz 680 ohmos ellenállás
• Négy ragasztós gumi PCB láb
• Két 170 pontos mini forrasztás nélküli kenyérlap
• Tizenegy 8 tűs női fejléc
• 40 tűs Breakaway fejléc
• 65 db férfi jumper vezeték
• Emelt ököl áramköri matrica
• Hack The Planet Smiley Kalóz matrica
• Exkluzív HackerBox "Eltávolítás repülés előtt" kulcstartó

Néhány más hasznos dolog:

• Forrasztópáka, forrasztó és alapvető forrasztószerszámok
• Számítógép szoftvereszközök futtatásához

A legfontosabb, hogy kalandérzékre, hacker szellemre, türelemre és kíváncsiságra lesz szüksége. Az elektronika építése és kísérletezése, bár nagyon kifizetődő, bonyolult, kihívásokkal teli és néha frusztráló is lehet. A cél a haladás, nem a tökéletesség. Ha kitart és élvezi a kalandot, sok elégedettség származhat ebből a hobbiból. Lépjen minden lépést lassan, vegye figyelembe a részleteket, és ne féljen segítséget kérni.

A HackerBoxes GYIK -ban rengeteg információ található a jelenlegi és leendő tagok számára. Szinte az összes nem technikai támogatási e-mail, amelyet kapunk, már megválaszolásra került, ezért nagyra értékeljük, hogy szán néhány percet a GYIK elolvasására.

2. lépés: HackerBoxes MCU Lab

Az MCU Lab a fejlesztői platform kompakt, polírozott változata, amelyet különböző mikrokontroller (MCU) alapú tervek prototípusának és teszteléséhez használunk. Nagyon hasznos MCU modulokkal (például Arduino Nano, ESP32 DevKit stb.) Vagy egyedi MCU eszközcsomagokkal (például ATMEGA328, ATtiny85s, PIC stb.) Való munkavégzéshez. A cél MCU -t bármelyik forrasztás nélküli kenyértáblába helyezheti. Két MCU csatlakoztatható egymáshoz mindkét kenyértábla használatával, vagy az egyik kenyérsütőtér használható más áramkörökhöz.

Az MCU Lab "funkcióblokkjai" női fejlécekre vannak osztva, hasonlóan az Arduino UNO -n találhatókhoz. A női fejrészek kompatibilisek a férfi áthidaló csapokkal.

3. lépés: Szerelje össze a HackerBoxes MCU Lab -ot

SMD -ALKATRÉSZEK A TÁMOGATÁS HÁTULÁN

Kezdje azzal, hogy az AMS1117 (SOT 233 csomag) lineáris szabályozót és a két 22uF szűrőkondenzátort a NYÁK hátoldalára szereli fel. Vegye figyelembe, hogy minden kondenzátor selyemszitának egyik oldala téglalap alakú, másik oldala nyolcszögletű. A kondenzátorokat úgy kell elhelyezni, hogy a csomagoláson lévő sötét szalag igazodjon a nyolcszögletű szitanyomás oldalához.

FOLYTATÁS AZ ALKATRÉSZEKKEL A TÁBLÁZAT ELŐL

Forrasztja a WS2812B RGB LED -et. Irányítsa az egyes LED -ek fehér jelzésű sarkát a füles sarokhoz, ahogyan az a NYÁK -on látható.

Négy SMD tapintható gomb

Négy piros LED négy ellenállással

Szintváltó VA tűvel a legközelebbi 3V3 jelöléshez és VB csap legközelebbi 5V jelöléshez. A szintváltó modul síkban rögzíthető a NYÁK -hoz úgy, hogy a fejrészeket a modulhoz forrasztja, majd a fekete műanyag távtartókat lecsúsztatja a fejlécekről, mielőtt a modult az MCU Lab NYÁK -ra szerelné. A távtartókat bekapcsolva hagyni is jó.

A fejléc két csíkja leválasztható az FT232 modul csatlakoztatásához. A fejléc kisebb, 4 tűs része is használható az 5V/GND fejléchez közvetlenül az FT232 modul mellett.

Egyelőre töltse ki a női VGA fejlécet, amely a HD15 VGA csatlakozóhoz és a billentyűzet foglalathoz van legközelebb. Azonban NE NÉPÍTSE a kiegészítő fejlécet az egy vagy az öt ellenállás mellett a két fejléc között. A videó jelek interfészének speciális lehetőségeiről később lesz szó.

Töltse ki a másik kilenc női fejlécet.

Távolítsa el a ragasztót mindkét forrasztás nélküli kenyértábla hátuljáról, hogy az MCU Lab PCB -hez rögzítse.

Helyezze a ragasztógumi lábakat az MCU Lab PCB aljára, hogy megvédje a munkaasztalt a karcolásoktól.

TELJESÍTMÉNY BEMENETEK KEZELÉSE

Legalább kettő, és valószínűbb, hogy négy olyan hely van, ahol áramot kaphat az MCU Lab. Ez problémákat okozhat, ezért mindig alaposan vegye figyelembe a következő mutatókat:

Az 5V feliratú fejpontok mindegyike csatlakoztatva van. Az 5V -os sín a billentyűzet foglalatához, a szintváltóhoz és a WS2812B RGB LED -hez is csatlakozik. Tápellátás az 5V -os sínhez az FT232 USB -hez való csatlakoztatásával, a négypólusú tápegység külső tápegységhez való csatlakoztatásával vagy a PCB -n lévő 5 V -os érintkező egyikének átkötésével csatlakoztatható egy 5 V -os modulhoz (általában USB -ről)).

Hasonlóképpen, a GND csapok mind csatlakoztatva vannak. Csatlakoznak az FT232 USB GND -jéhez (feltéve, hogy az USB csatlakozik az FT232 -hez). Ezenkívül a földhöz is csatlakoztathatók, egyikük közötti áthidaló és egy tápellátású modul segítségével, amint azt az 5 V -os hálózatról tárgyaltuk.

A 3V3 sínt a NYÁK hátoldalán található szabályozó hajtja. Ez csak forrás, és (ellentétben az 5 V -os sínnel) nem szabad semmilyen modullal vagy más áramkörrel meghajtani, mivel közvetlenül az 5 V -os sín szabályozójáról hajtja.

4. lépés: Arduino Nano MCU modul

Napjaink egyik leggyakoribb MCU modulja az Arduino Nano. A mellékelt Arduino Nano kártya fejlécekkel van ellátva, de nem a modulhoz forrasztva. Hagyja ki a csapokat egyelőre. Végezze el ezeket a kezdeti teszteket az Arduino Nano modulon, mielőtt forrasztaná a fejléceket. Csak egy microUSB kábelre van szükség, és az Arduino Nano kártyára, ahogy van a csomagból.

Az Arduino Nano egy felületre szerelhető, kenyérsütőlap-barát, miniatürizált Arduino-kártya beépített USB-vel. Elképesztően teljes értékű és könnyen feltörhető.

Jellemzők:

• Mikrokontroller: Atmel ATmega328P
• Feszültség: 5V
• Digitális I/O érintkezők: 14 (6 PWM)
• Analóg bemeneti csapok: 8
• DC áram I/O tűnként: 40 mA
• Flash memória: 32 KB (2 KB a rendszerbetöltő számára)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Óra sebesség: 16 MHz
• Méretek: 17mm x 43mm

Az Arduino Nano ezen különleges változata a fekete Robotdyn Nano. Tartalmazza a beépített MicroUSB portot, amely egy CH340G USB/soros híd chiphez van csatlakoztatva. A CH340 -ről (és szükség esetén az illesztőprogramokról) itt talál részletes információkat.

Amikor először csatlakoztatja az Arduino Nano -t a számítógép USB -portjához, a zöld tápellátás jelzőfénynek ki kell gyulladnia, és röviddel azután, hogy a kék LED lassan villogni kezd. Ez azért van így, mert a Nano előre telepítve van a BLINK programmal, amely a vadonatúj Arduino Nano készüléken fut.

SZOFTVER: Ha még nincs telepítve az Arduino IDE, akkor letöltheti az Arduino.cc webhelyről

Csatlakoztassa a Nanót a MicroUSB kábelhez, a kábel másik végét pedig a számítógép USB portjához. Indítsa el az Arduino IDE szoftvert. Válassza az "Arduino Nano" lehetőséget az IDE -ben az eszközök> tábla alatt, és az "ATmega328P (régi rendszerbetöltő)" lehetőséget az eszközök> processzor alatt. Válassza ki a megfelelő USB -portot az Eszközök> port menüpont alatt (ez valószínűleg egy név, amelyben "wchusb" szerepel).

Végül töltsön fel egy példakódot: Fájl-> Példák-> Alapok-> Blink

A villogás valójában az a kód, amelyet előre betöltöttek a nanóra, és most futnia kell, hogy lassan villogjon a kék LED. Ennek megfelelően, ha betöltjük ezt a példakódot, semmi sem változik. Ehelyett módosítsuk egy kicsit a kódot.

Ha alaposan szemügyre veszi, láthatja, hogy a program bekapcsolja a LED -et, vár 1000 ezredmásodpercet (egy másodperc), kikapcsolja a LED -et, vár még egy másodpercet, majd mindent újra - örökké.

Módosítsa a kódot úgy, hogy mindkét "delay (1000)" utasítást "delay (100)" értékre változtatja. E módosítás hatására a LED tízszer gyorsabban villog, nem?

Töltsük be a módosított kódot a Nano -ba, kattintson a FELTÖLTÉS gombra (a nyíl ikon) közvetlenül a módosított kód felett. Az állapotinformációkért nézze meg a kód alatt: "fordítás", majd "feltöltés". Végül az IDE -nek a „Feltöltés kész” feliratot kell jeleznie, és a LED -nek gyorsabban kell villognia.

Ha igen, gratulálok! Most törte fel az első beágyazott kódrészletet.

Ha a gyors villogás verziója betöltődött és fut, miért nem nézi meg, hogy megváltoztathatja-e a kódot, hogy a LED kétszer gyorsan villogjon, majd várjon néhány másodpercet, mielőtt megismétli? Megpróbál! Mit szólnál más mintákhoz? Miután sikerült elképzelni a kívánt eredményt, kódolni és megfigyelni, hogy a tervek szerint működik -e, hatalmas lépést tett annak érdekében, hogy kompetens hardverhackerré váljon.

Most, hogy megerősítette a Nano modul működését, menjen előre, és forrasztja rá a fejléceket. A fejlécek csatlakoztatása után a modul könnyen használható az MCU Lab egyik forrasztás nélküli kenyértábláján. Ez az MCU -modul tesztelésének folyamata néhány egyszerű tesztkód letöltésével, módosításával és újbóli letöltésével a legjobb gyakorlat, amikor új vagy más típusú MCU -modult használ.

Ha további bevezető információkat szeretne az Arduino ökoszisztémában való munkavégzéshez, javasoljuk, hogy nézze meg a HackerBoxes Starter Workshop Útmutatóját, amely számos példát és egy PDF Arduino tankönyv linkjét tartalmazza.

5. lépés: Fedezze fel az MCU Lab -ot az Arduino Nano segítségével

POTENCIOMÉTER

Csatlakoztassa a potenciométer középső csapját az A0 Nano Pin -hez.

Betöltés és futtatás: Példák> Analóg> AnalogInput

A példa alapértelmezés szerint a Nano beépített LED -je. A villogási sebesség megváltoztatásához forgassa el a potenciométert.

Módosít:

A kódban módosítsa az LedPin = 13 értéket 4 -re

Ugró a 4 -es nanocsapból (és a GND -ből) az MCU Lab egyik piros LED -jébe.

BERREGŐ

Áthidaló a zümmögőtől a 8. nanocsapig. Győződjön meg arról, hogy a GND kártya csatlakozik a meghajtott Nano GND -jéhez, mivel a zümmögő földelése keményen van kötve a tábla GND hálójához.

Betöltés és futtatás: Példák> Digitális> toneMelody

OLED KIJELZŐ

Az Arduino IDE -ben használja a könyvtárkezelőt az "ssd1306" telepítéséhez Alexey Dynától.

Csatlakoztassa az OLED -et: GND a GND -hez, a VCC az 5 V -hoz, az SCL a Nano A5 -hez, az SDA a Nano A4 -hez

Betöltés és futtatás: Példák> ssd1306> demók> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

Az Arduino IDE -ben használja a könyvtárkezelőt a FastLED telepítéséhez

Csatlakoztassa a WS2812 fejlécét a Nano 5 -ös tűjéhez.

Betöltés: Példák> FastLED> ColorPalette

Módosítsa a NUM_LEDS értéket 1 -re, a LED_TYPE értéket pedig WS2812B értékre

Fordítás és futtatás

ÍRJON KÓDOT A GOMBOK ÉS KAPCSOLÓK GYAKORLÁSÁHOZ

Ne felejtse el használni a pinMode (INPUT_PULLUP) gombot egy gomb leolvasásához, ellenállás hozzáadása nélkül.

ÖSSZESÍTJE EGYÜTT E PÉLDÁK EGYÜTT

Például ciklikusan kapcsolja ki a kimeneteket, és mutassa meg az állapotokat vagy a bemeneti értékeket az OLED vagy soros monitoron.

6. lépés: WEMOS ESP32 Lite

Az ESP32 mikrokontroller (MCU) egy olcsó, alacsony fogyasztású rendszer chipen (SOC), beépített Wi-Fi-vel és kettős módú Bluetooth-szal. Az ESP32 Tensilica Xtensa LX6 magot használ, és beépített antennakapcsolókat, RF balun-t, teljesítményerősítőt, alacsony zajszintű vevőerősítőt, szűrőket és energiagazdálkodási modulokat tartalmaz. (wikipédia)

A WEMOS ESP32 Lite modul kompaktabb, mint az előző verzió, ami megkönnyíti a használatot forrasztás nélküli kenyérsütőn.

Végezze el a WEMOS ESP32 modul első tesztelését, mielőtt a fejléceket a modulra forrasztja.

Állítsa be az ESP32 támogatási csomagot az Arduino IDE -ben.

Az Eszközök> tábla alatt válassza ki a "WeMos LOLIN32" lehetőséget

Töltse be a példakódot a Fájlok> Példák> Alapok> Blink mappába, és programozza be a WeMos LOLIN32 -be

A példaprogramnak a modul LED -jének villognia kell. Kísérletezzen a késleltetési paraméterek módosításával, hogy a LED különböző mintákkal villogjon. Ez mindig jó gyakorlat az új mikrokontroller modul programozásába vetett bizalom növeléséhez.

Ha jól érzi magát a modul működésében és a programozásában, óvatosan forrasztja a két sor fejlécet a helyére, és tesztelje újra a betöltési programokat.

7. lépés: ESP32 videógenerálás

Ez a videó bemutatja az ESP32 VGA könyvtárat és egy nagyon szép, egyszerű oktatóanyagot a bitluni laborjából.

A bemutatott 3 bites megvalósítás (8 szín) közvetlen huzalátkötéseket használ az ESP32 modul és a VGA csatlakozó között. Ezeknek a kapcsolatoknak az létrehozása az MCU Lab VGA fejlécén meglehetősen egyszerű, mivel nincs szükség további összetevőkre.

Attól függően, hogy melyik MCU-t használja, feszültségszintjétől, a pixel felbontásától és a kívánt színmélységektől függően, a kombinált ellenállások és ellenálláshálózatok különböző kombinációi helyezhetők el az MCU és a VGA fejléc között. Ha úgy dönt, hogy tartósan inline ellenállásokat használ, forraszthatja őket az MCU Lab NYÁK -ra. Ha meg szeretné őrizni a rugalmasságot, és különösen, ha bonyolultabb megoldásokat szeretne használni, akkor ajánlatos nem ellenállásokat forrasztani a helyére, és egyszerűen használja a forrasztás nélküli táblákat és a VGA fejlécet a szükséges ellenállások csatlakoztatásához.

Például a videó végén látható bituni 14 bites színmód megvalósításához az ESP32 modult fel lehet helyezni az egyik mini forrasztás nélküli táblára, a másik forrasztás nélküli táblát pedig az ellenállás létrák csatlakoztatására lehet használni.

Íme néhány további példa:

A HackerBox 0047 -ben az Arduino Nano egy egyszerű VGA kimenetet hajt meg 4 ellenállással.

A VIC20 emulátor az ESP32 rendszeren FabGL és 6 ellenállás használatával valósul meg.

Végezzen el egy BASIC PC -t ESP32 és 3 ellenállás használatával.

Játssz Space Invaders -t ESP32 -en FabGL és 6 ellenállás használatával.

VGA kimenet generálása az STM32 készüléken 6 ellenállással.

Egyidejű szöveg és grafika rétegek az STM32 -en, videó bemutatóval.

8. lépés: STM32F103C8T6 fekete pirula MCU modul

A Black Pill egy STM32 alapú MCU modul. Ez a közös Blue Pill és a kevésbé gyakori Red Pill továbbfejlesztett változata.

A Fekete Pill az STM32F103C8T6 32 bites ARM M3 mikrokontrollert (adatlap), egy négypólusú ST-Link fejlécet, egy MicroUSB portot és egy felhasználói LED-et tartalmaz a PB12-en. Az USB-port megfelelő működéséhez a PA12 megfelelő felhúzó ellenállása van felszerelve. Ez a felhúzás általában más táblalapokon szükségessé tette a tábla módosítását.

Bár a Fekete pirula hasonlít az Arduino Nano -hoz, sokkal erősebb. A 32 bites STM32F103C8T6 ARM mikrokontroller 72 MHz -en képes működni. Egyciklusú szorzást és hardverosztást tud végrehajtani. 64 Kbyte Flash memóriával és 20 Kbyte SRAM memóriával rendelkezik.

Az STM32 programozása az Arduino IDE programból.

9. lépés: TXS0108E 8 bites logikai szintváltó

A TXS0108E (adatlap) egy 8 bites kétirányú logikai szintváltó. A modul 3.3V és 5V közötti szintváltási jelekre van beállítva.

Mivel a jelszintű csatornák kétirányúak, a lebegő bemenetek a megfelelő kimenetek véletlen meghajtását okozhatják. Az ilyen esetekben a kimenet engedélyezése (OE) vezérlés biztosított. Óvatosan kell eljárni attól függően, hogy a váltó hogyan van csatlakoztatva, és győződjön meg arról, hogy a váltó kimenete (akár "szándékos", akár a másik oldalon lebegő bemenet miatt) soha nem engedi keresztbe hajtani egy másik eszköz kimenetét.

Az OE csap ki van kapcsolva a NYÁK nyomokban. A modul alatt kétpólusú fejléc található az OE és a 3V3 csatlakoztatásához. A kétpólusú fejléc rövidre zárása (huzaldarab vagy áthidaló blokk segítségével) az OE-t 3V3-hoz köti, amely lehetővé teszi az IC számára a kimenetek meghajtását. Lehúzható ellenállás és logikai vezérlés is csatlakoztatható az OE csaphoz.

10. lépés: HackLife

Reméljük, élvezni fogja a hacker HackerBox kalandját az elektronika és a számítástechnika területén. Vegye fel a kapcsolatot és ossza meg sikerét az alábbi megjegyzésekben vagy a HackerBoxes Facebook csoportban. Ne feledje továbbá, hogy bármikor írhat e -mailt a [email protected] címre, ha kérdése van, vagy segítségre van szüksége.

Mi a következő lépés? Csatlakozz a forradalomhoz. Éld a HackLife -t. Minden hónapban kap egy hűvös, feltörhető felszerelést a postaládájába. Böngésszen a HackerBoxes.com oldalon, és iratkozzon fel havi HackerBox -előfizetésére.