Arduino PC: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Bár a mikrokontroller egy chipen található számítógép, integrált processzorral, memóriával és I/O perifériákkal, még mindig a diákok számára, ez alig különbözik a többi DIP integrált áramkörtől. Ezért az "Arduino PC" projektet feladatként terveztük azoknak a középiskolásoknak, akik részt vesznek a "Digitális elektronika" tanfolyamon. Ez megköveteli tőlük a Tinkercad elektronikus áramkörének megtervezését és szimulálását az adott projektkövetelmények elérése érdekében (az alábbiakban tárgyaljuk). A cél az, hogy a diákok teljes értékű számítógépként tekintsenek a mikrokontrollerekre (bár korlátozott a képességük), amelyek egyéni billentyűzettel és LCD-vel (folyadékkristályos kijelző) használhatók. Ezenkívül lehetővé teszi számunkra, hogy ellenőrizhessük tudásukat az órán tanult fogalmak használatával.

Ehhez a feladathoz javasoljuk a Tinkercad alkalmazást, hogy a diákoknak ne kelljen a digitális elektronikai labor körül járniuk az alkatrészekhez, és saját kényelmük szerint dolgozhassanak. Továbbá az oktatók könnyen nyomon követhetik az egyes diákok projektjeinek állapotát a Tinkercadon keresztül, miután megosztották őket.

A projekt megköveteli a diákoktól:

1. Tervezzen egyedi billentyűzetet 15 beviteli gombbal (10 billentyű a 0-9 és 5 -ös számjegyekhez +, -, x, / és =) és maximum 4 összekötő (adat) csap (a tápellátáshoz használt 2 érintkezőn kívül) bemenet küldéséhez az Arduino Uno -hoz.
2. Csatlakoztassa az LCD -t az Arduino Uno -val.
3. Írjon egyszerű kódot az Arduino Uno -hoz, hogy értelmezze a lenyomott gombot, és megjelenítse azt az LCD -n.
4. Az egyszerű matematikai műveletek végrehajtásához (egész számú bemeneteken keresztül), feltételezve, hogy az összes bemenet és eredmény mindig -32, 768 és 32, 767 közötti egész szám.

Ez a projekt segíti a diákokat a tanulásban

1. Kódolja a különböző bemeneteket bináris kódokká.
2. Tervezzen meg egy bináris kódolót digitális áramkör használatával (ez a billentyűzet -áramkör tervezésének szíve).
3. Azonosítsa (dekódolja) az egyes bemeneteket a bináris kódolásukból.
4. Írjon Arduino kódokat.

Kellékek

A projekt megköveteli:

1. Hozzáférés a stabil internetkapcsolattal rendelkező személyi számítógéphez.
2. Egy modern böngésző, amely támogatja a Tinkercad alkalmazást.
3. Tinkercad fiók.

1. lépés: A billentyűzet áramkörének megtervezése

A billentyűzet áramkör megtervezése a projekt egyik fő összetevője, amely megköveteli a diákoktól, hogy a 15 kulcsbemenet mindegyikét különböző 4 bites mintákba kódolják. Bár 16 különböző 4 bites minta létezik, azonban egy 4 bites minta kizárólag az alapértelmezett állapot ábrázolására van szükség, azaz amikor nem nyomnak meg gombot. Ezért a megvalósítás során 0000 -at (azaz 0b0000) rendeltünk az alapértelmezett állapot megjelenítésére. Ezután kódoltuk a tizedesjegyű 1-9 számjegyeket a tényleges 4 bites bináris ábrázolásukkal (azaz 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 és 1001), és a tizedes számjegyet 010-gyel (azaz, 0b1010). A '+', '-', 'x', '/' és '=' matematikai műveleteket rendre 1011, 1100, 1101, 1110 és 1111 kódokkal kódolták.

Miután rögzítettük a kódolásokat, az ábrán látható módon megterveztük az áramkört, ahol a gombokat kapcsolók (nyomógombok) jelzik.

2. lépés: Az LCD csatlakoztatása

Az Arduino Uno kimenetének megtekintéséhez 16x2 LCD -t használnak. Az LCD és az Arduino összekapcsolásának áramköre meglehetősen szabványos. Valójában a Tinkercad előregyártott Arduino Uno áramkört biztosít 16x2 LCD-vel. Azonban lehet változtatni néhány Arduino Uno érintkezőn, amelyek az LCD -hez csatlakoznak, hogy jobban illeszkedjenek más perifériákhoz, például az általunk kifejlesztett egyéni billentyűzethez. Végrehajtásunk során az ábrán látható áramkört használtuk.

3. lépés: Kód írása az Arduino Uno -hoz

A billentyűzetről érkező bemenet értelmezéséhez és az eredmény LCD -n történő megjelenítéséhez be kell töltenünk az utasításokat az Arduino Uno -ba. Az Arduino kódjának írása teljesen a saját kreativitásától függ. Ne feledje, hogy az Arduino Uno-ban található Atmega328p egy 8 bites mikrokontroller. Tehát improvizálni kell, hogy érzékelje a túlcsordulást, és nagy számok esetén is működjön. Azonban csak azt szeretnénk ellenőrizni, hogy az Arduino Uno képes-e dekódolni a bemenetet, és különbséget tenni a számok (0-9) és a matematikai utasítások között. Ezért a bemenetünket kis egész számokra korlátozzuk (-32, 768-32, 767), miközben biztosítjuk, hogy a kimenet is ugyanabba a tartományba essen. Ezenkívül más problémákat is ellenőrizhet, például a gombok kikapcsolását.

Egy egyszerű kód, amelyet a projekt végrehajtása során használtunk. Ez másolható és beilleszthető a Tinkercad kódszerkesztőjében.

4. lépés: Mindent össze kell rakni

Végül illesztettük a billentyűzet tápcsatlakozóit az Arduino tápcsatlakozójához, és a (4 bites adatokat hordozó) adatcsapokat a 10, 11, 12 és 13 digitális tüskékhez kötöttük (a Arduino kód). Mindegyik adatcsaphoz egy LED-et (330 ohmos ellenálláson keresztül) csatlakoztatottunk, hogy megtekinthessük a billentyűzet egyes gombjainak bináris kódolását. Végül a "Szimuláció indítása" gombra kattintva teszteljük a rendszert.