Kezdő útmutató a mikrokontrollerekhez: 10 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Mi a közös a távvezérlőkben, az útválasztókban és a robotokban? Mikrokontrollerek! Manapság a kezdőbarát mikrokontrollerek egyszerűen használhatók és programozhatók csupán laptoppal, USB-kábellel és néhány (ingyenes) nyílt forráskódú szoftverrel. Ju Hú!! Minden projekt, itt vagyunk!

A fogás? Vannak például 4324302* különböző mikrokontrollerek, és félelmetes lehet az indulás, különösen akkor, ha csak az elektronikába kezd. Hol a fenében kezded ?!

Itt, bbies, van chu. Akár klassz elektronikus projekteket szeretne építeni, programozást/technikát szeretne tanulni, akár másokat szeretne megtanítani az elektronikára, ez az oktatóanyag segít kitalálni, hogy melyik mikrokontroller felel meg az Ön igényeinek, céljainak és költségvetésének. Hurrá! Lássunk neki!

Olvasási idő: ~ 20 perc

*Oké, jó, talán nem *ennyi *, de biztosan néhány tucat!

Lépés: Várjon…. Mi az a mikrokontroller?

Talán látta ezt a szót, és olyan volt, mint a "wtf", de nem érezte magát elég kényelmesen ahhoz, hogy megkérdezze*. Teljesen rendben van, itt egy rövid összefoglaló:

A mikrokontroller egy "egyszerű számítógép", amely egy programot ciklusban futtat. Egyetlen konkrét feladat elvégzésére tervezték őket.

Ebben az útmutatóban azokra a mikrovezérlőkre fogunk összpontosítani, amelyek töréspanellel rendelkeznek, vagy olyan táblára, amely megkönnyíti a mikrovezérlő csatlakoztatását és programozását.

A megszakítópanelen a mikrovezérlő csapjait egy nyomtatott áramköri lapra ("PCB") forrasztják, a fejléceket vagy más csatlakozókat hozzáadják a NYÁK -hoz, és néhány alapvető firmware -t vagy állandó szoftvert betöltenek, hogy felkészítsék a mikrokontrollert a jelek fogadására.

*A kérdések mindig jók, még akkor is, ha "buták" vagy "n00by", csak találjon egy biztonságos helyet - például az Instructables!

2. lépés: Mi a különbség a Raspberry Pi és a mikrokontroller között?

A Raspberry Pi nemcsak kicsi és imádnivaló, hanem teljes értékű számítógép is!: D

A számítógépek mikroprocesszorokkal és mikrokontrollerekkel rendelkeznek, amelyek együtt sok feladatot végeznek.

A mikroprocesszor az, amit a „nehéz emelés” végez a számítógépben. Végrehajtja a számítógép működését elősegítő utasításokat és számításokat. A mikroprocesszorok sokkal gyorsabbak, mint a mikrovezérlők, de szükségük van külső erőforrásokra, például RAM-ra, bemeneti/kimeneti portokra stb., Míg a mikrovezérlő általában önálló.

A számítógépek (amelyek bemenettel és kimenettel, tárolóval és feldolgozással rendelkeznek) egyszerre több programot is futtathatnak - böngészhet az interneten, emlékezhet régi fényképekkel, írhat papírt, és akár 1000 lap is nyitva lehet egyszerre! Mikrokontrollerek … nem annyira. Ezek közül egyet megtehetsz, de nem mindent.

Ha többet szeretne megtudni a Raspberry Pi -ről, nézze meg az oktatóanyag utolsó szakaszát!

3. lépés: Arduino (Uno)

Robusztus, nyílt forráskódú mikrokontroller és programozási környezet, amelyet kezdőknek terveztek, akik némi ismerettel rendelkeznek az áramkörökről.

Ajánlott korosztály: 12+ (vagy gyerekeknek kényelmes a programozás és az algebra)

Nehézség: Közepes

Átlagos költség: ~ 35 USD

Sokféle Arduino tábla létezik. Ez az Arduino Uno, a legjobban alkalmas kezdőknek! Vannak olyan táblák, amelyek nagyobbak, kisebbek, hordhatóak, és speciális használati esetekhez, például robotikához.

Jól ismeri az Arduino táblákat és a programozási térképeket a számítástechnikai, mérnöki és tervezési projektekhez és karrierekhez.

Hardver jellemzők

• Az Arduino Uno 14 digitális bemeneti és kimeneti ("I/O") tűvel, 6 analóg I/O tűvel, 2 tápkimeneti tűvel (3,3 V és 5 V) és 3 földelt (GND) tűvel rendelkezik.
• A tápellátás 5 és 12 V között lehet

• Az ICSP fejlécek lehetővé teszik egy csomó különböző "pajzs" -nak nevezett kiegészítő tábla csatlakoztatását.

  Például hozzáadhat egy WiFi pajzsot az Arduino csatlakoztatásához a hálózathoz

Programozási nyelv: vezetékek (C ++ kombináció/feldolgozás)

Példaprojekt: Mozgásreaktív Rázza meg a labirintus játékot!

Vásárlás/További információ: Arduino webhely

4. lépés: Mikro: bit

Egy barátságos lil’mikrokontroller, amely praktikus a gyerekeknek és az embereknek, akik még csak most kezdik használni a kódolást és a hardvert.

Ajánlott korosztály: 8+ éves korig (vagy gyerekeknek kényelmes áramkörök és egyszerű eszközök)

Nehézség: Kezdő

Átlagos költség: ~ 15 USD

A Micro: Bit nagyszerű eszköz a kódolás megtanulásának megkezdéséhez, mások, különösen általános iskolás diákok kódolásához, valamint egyszerű és gyors elektronikus prototípusok készítéséhez.

A Micro: Bit a Microsoft és a BBC együttműködése, amelynek célja, hogy az oktatási számítógépeket világszerte behozzák az osztálytermekbe.

Hardver jellemzők:

• A Micro: Bit 3 digitális és analóg I/O tűvel, 1 Kimeneti tűvel (3,3 V) és 1 földelt (GND) tűvel rendelkezik
• A tápellátásnak 3-5 VDC -nek kell lennie, mikro USB -kábelen vagy akkumulátorcsatlakozón keresztül.

• Ezenkívül sok beépített bemenetet, kimenetet és érzékelőt tartalmaz!

  • 5x5 (25) LED mátrix
  • Két (2) nyomógomb (A, B)
  • Rádió adó és vevő
  • Gyorsulásmérő
  • Iránytű
  • Fény és hőmérséklet érzékelők
• További I/O tűkért vegyen egy Micro: Bit kitörést!

Programozási nyelv: blokk alapú vagy Javascript (www. MakeCode.org); használhatja a CircuitPython programot is

Példaprojekt: Text Messenger Báb!

Vásárlás/További információ: Micro: Bit webhely

5. lépés: Circuit Playground Express

Sokoldalú mikrovezérlő, amely nagyszerű gyerekeknek és embereknek, akik még csak most kezdik használni a kódolást és a hardvert.

Megjegyzés: Ott van a Circuit Playground Classic is - a hardver majdnem azonos, de ez a tábla az Arduino IDE -ben van programozva.

Ajánlott korosztály: 8+ éves korig (vagy gyerekeknek kényelmes áramkörök és egyszerű eszközök)

Nehézség: Kezdő

Átlagos költség: ~ 25 USD

A Circuit Playground Express vagy CPX hasznos eszköz a kódolás megtanulásához, mások kódolásához, valamint gyors prototípusok készítéséhez kezdőknek és szakértőknek egyaránt.

A Circuit Playground Express egy erőteljes és sokoldalú mikrokontroller, amelyet az Adafruit Industries fejlesztett ki.

Hardver jellemzők

• A CPX 7 digitális/analóg bemeneti és kimeneti ("I/O") gyűrűvel rendelkezik, amelyek szintén kapacitív érintések!

  • 1 "valódi" analóg I/O gyűrű
  • 2 Kikapcsoló gyűrű (3.3V)
  • 3 földelt (GND) csap
• A tápellátásnak 3-5 VDC -nek kell lennie mikro USB -kábelen vagy akkumulátorcsatlakozón keresztül.

• Rengeteg fedélzeti bemenet, kimenet és érzékelő található!

  • 10 mini neopixel (lehet minden színben)
  • 2 nyomógomb (A, B)
  • 1 Tolókapcsoló

  • Infravörös adó és vevő

    Fogadhat/továbbíthat távirányító kódokat, üzenetet küldhet a CPX -ek között, és távolságérzékelőként működik

  • Gyorsulásmérő
  • Hangérzékelő és mini hangszóró
  • Fény és hőmérséklet érzékelők

Programozási nyelv: blokk alapú vagy Javascript (www. MakeCode.org); CircuitPython és Wiring (Arduino IDE) is használható

Példaprojekt: Minecraft gesztusvezérlő!

Vásárlás/További információ: Adafruit Industries

6. lépés: Makey Makey

Interaktív bevezető mikrokontroller, amely nagyszerű a fiatal gyerekeknek és az elektronikában és a kódolásban járatos embereknek, különösen azok számára, akik áramkörök és kódok építése nélkül akarnak játszani a technológiával.

Ajánlott korosztály: 5+ éves korig (vagy gyerekek kényelmesen, egyszerű eszközökkel)

Nehézség: Kezdő

Átlagos költség: ~ 50 USD

A Makey Makey egy nagyszerű első lépés az elektronika és a technológia területén - nincs szükség programozásra! Csatlakoztassa az aligátor klipeket a párnákhoz, majd csatlakoztasson valamilyen kissé vezető anyagot, például kezet, gyümölcsöt vagy fémtárgyat, hogy elindítsa bizonyos billentyűzet- és egérgombokat.

A Makey Makey egy Arduino-kompatibilis tábla, ami azt jelenti, hogy az Arduino Integrated Development Environment ("IDE") segítségével is átprogramozhatja.

Hardver jellemzők

• A Makey Makey hat (6) kapacitív érintőpárnával rendelkezik a tábla elején:

  • Négy vezérli a billentyűzet nyílbillentyűit,
  • Az egyik vezérli a szóközt, és
  • Az egyik vezérli a bal egérgombot.

• A tábla hátoldalán fejrészek találhatók a további vezérléshez (kapacitív érintés is):

  • Hat (6) betűre leképező csap,
  • Négy (4) gomb, amelyek nyilakra mutatnak,
  • Két (2) érintkező, amelyek egérgombokhoz illeszkednek, és
  • Egy (1) tű, amely a szóköz billentyűhöz társul.
  • Három (3) általános I/O érintkező, egy 5 V -os táp és egy földelt csap is rendelkezésre áll.

Programozási nyelv: Nem alkalmazható kezdőknek; tud Scratch programokat írni (blokk alapú); átprogramozható a vezetékekben (Arduino IDE)

Példa projektek

Kezdő: padlózongora

Középhaladó: Interaktív felmérési játék!

Vásárlás/További információ: Makey Makey webhely

7. lépés: Egyéb közös táblák

Túl sok mikrokontroller van ahhoz, hogy egy oktatóanyagban lefedje őket. Ha szuperspecifikus speciális igénye van, valószínűleg van erre mikrokontroller (csakúgy, mint az alkalmazások!). Ahhoz, hogy megtapasztalhassa az oktatóanyagban nem említett egyéb táblákat, tekintse át a SparkFun Electronics és az Adafruit Industries leltárait, és/vagy kérdezze meg a területen dolgozókat!

Íme néhány kedvencem:

Foton részecske

Az Arduino Nanohoz hasonlóan a Photon egy WiFi -hez csatlakoztatott mikrokontroller, amely vezeték nélkül programozható. A legegyszerűbb beállítás egy (ingyenes) okostelefon -alkalmazást használ, de ha közvetlenül USB -n keresztül is programozható, szinte ugyanazon a nyelven, mint az Arduino*.

Ajánlott korosztály: 12+ (vagy gyerekeknek kényelmes áramkörökkel és kódolással)

Nehézség: Közepes

Költség: ~ 20 USD

További információkért és a Photon beállításhoz látogasson el a Particle online áruházba itt.

Programozási nyelv: huzalozás (többé -kevésbé)

Példaprojekt

IoT ipari skála

*A kábelezés a kódkeret, így a legtöbb Arduino kód módosítás nélkül működik. C/C ++ vagy ARM összeállításban is írható

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Egy szuper kicsi, szuper olcsó (és jelenleg nagyon népszerű az IoT* közösségben) WiFi mikrokontroller. Szüksége lesz egy FTDI vagy konzol kábelre. Az Arduino IDE programozhatja ezt a táblát vagy a NodeMCU Lua tolmácsát.

Ajánlott korosztály: 14 éves kor felett (vagy gyerekeknek kényelmesen, hardverrel és szoftverrel)

Nehézségi fok: Középfokú ++

Költség: ~ 10 USD

További információkért látogasson el a HUZZAH Adafruit termékoldalára.

(A SparkFun -nak is van egy hasonló táblája, az "ESP8266 Thing", amit itt találsz ~ 15 dollárért.)

Programozási nyelv: Lua (például Python) vagy Wiring (Arduino IDE)

*Az IoT az "Internet of Things" kifejezés, amely a különböző hardvereszközök, például érzékelők és háztartási elektronika internethez való csatlakoztatására és vezérlésére utal.

Adafruit csecsebecsék M0

Aprócska, mégis erőteljes mikrokontroller, amely elmossa a vonalakat a számítógép és a mikrokontroller között (32 bites Cortex M0 ATSAMD21E18 processzorral rendelkezik). Programozható Circuit Python vagy az Arudino IDE segítségével.

Ajánlott korosztály: 14 éves kor felett (vagy gyerekeknek kényelmesen, hardverrel és szoftverrel)

Nehézség: Közepes

Költség: ~ 9 USD

További információért keresse fel a Trinket M0 Adafruit termékoldalát.

Programozási nyelv: CircuitPython vagy Wiring (Arduino IDE)

Van egy csomó más M0 kártya is, hasonlóan az Arduino Zero csatlakoztatható mikrovezérlőkhöz. Ha ez nem felel meg az Ön igényeinek vagy elképzeléseinek, keressen az Adafruit és a SparkFun webhelyeken!

8. lépés: Viselhető mikrovezérlők

Van egy maroknyi mikrokontroller is, amelyet viselhető projektekhez terveztek!

Ezeket különlegessé teszi az, hogy moshatók, így nem kell kitépned őket a félelmetes projektből (de távolítsd el az akkumulátort!).

A hordható mikrovezérlők speciális I/O csapokkal is rendelkeznek, amelyek megkönnyítik a ruházatba való bevarrást és az öltési áramkörök vezetést. Íme néhány kedvencem:

Adafruit FLORA

Kör alakú varrható mikrovezérlő 14 bemenettel és kimenettel. Mosható (de feltétlenül vegye ki az akkumulátort).

Ajánlott korosztály: 12+ (vagy gyerekeknek kényelmes áramkörökkel és kódolással)

Nehézség: Közepes

Költség: 15 USD

Programozási nyelv: vezetékek (Arduino IDE)

További információkért látogasson el az Adafruit FLORA termékoldalára.

Arduino Gemma

Egy apró, varrható mikrovezérlő 3 bemenettel és kimenettel. Tökéletes rejtőzködéshez, apró tárgyakhoz való kapcsolódáshoz és ékszerek készítéséhez.

Ajánlott korosztály: 12+

Nehézség: Közepes

Költség: ~ 5 USD

Programozási nyelv: vezetékek (Arduino IDE)

További információkért látogasson el az Arduino Gemma termékoldalára.

Arduino Lilypad

Kör alakú varrható mikrovezérlő 14 rendelkezésre álló bemenettel és kimenettel.

Ajánlott korosztály: 12+

Nehézség: Közepes

Költség: ~ 25 USD

Programozási nyelv: vezetékek (Arduino IDE)

További információkért látogasson el a SparkFun Lilypad termékoldalára.

9. lépés: Raspberry Pi 3

A Raspberry Pi vagy röviden Pi egy hitelkártya méretű számítógép*, amely a Linux speciális verzióját futtatja, és programozható a hardver vezérlésére.

Ajánlott korosztály: 12+vagy a gyerekek kényelmesen használhatják a kódolást és az algebrát

Nehézség: középhaladó (könnyű, mint a számítógép)

Átlagos költség: ~ 35 USD

A Raspberry Pi számítógép, vagy röviden Pi, használható „szabványos” számítógépként vagy vezérlőként mindenféle hardverprojekthez. Ez egy nagyszerű első számítógép a gyerekek számára, akik használhatják és megtanulhatnak kódolni, és a hardveres szakértők széles körben használják mindenféle elektronikus projekt készítéséhez, a robotoktól a 3D nyomtatókon át az otthoni automatizálási rendszerekig!

A Raspberry Pi megváltoztatta az elektronika építésének módját! Van néhány különböző verzió, a legújabb a Raspberry Pi 3 és a Pi Zero, a Pi 3 miniatűr változata mindössze 10 dollárért.

Hardver áttekintés

• Az ajánlott operációs rendszer („OS”) a Linux speciális verziója, Raspbian.

• A Pi 40 általános célú bemeneti és kimeneti („GPIO”) tűvel rendelkezik.

  • 26 digitális I/O érintkező (nincs analóg I/O)
  • 4 tápkimenet (két 3.3V és két 5V)
  • 8 földelt (GND) csap
  • 2 speciális csap (I2C ID EEPROM, csak speciális használatra)

• A Pi rendelkezik a legtöbb szabványos számítógépes funkcióval:

  • 4 USB port
  • 1 Ethernet port
  • 1 HDMI port
  • 1 Audio csatlakozó
  • 1 Kamera modul port

Programozási nyelv (GPIO pin -hez): Python vagy C ++

Mivel ez egy teljes számítógép, bármilyen nyelven programozhat, beleértve a többi mikrokontrollert is!

Példa projektek

IoT Pet Monitor!

Ütőerő monitor

Vásárlás/További információ: Raspberry Pi Foundation

*A Pi szabványos mikrokontrollerhez hasonlóan használható, és mikrokontrollereket is vezérelhet! Alapvetően a Pi szuper félelmetes, és * bele kell foglalnom, még akkor is, ha technikailag számítógép:)

10. lépés: Utolsó gondolatok

Ha még csak most kezdi a munkát, és mindenféle projektet szeretne építeni, akkor a Circuit Playground Express -et javaslom. Nagyon könnyű felállni és futni, és rengeteg beépített szerkentyű van benne.

Ha nagyon érdekli a számítógépes hálózatok, az AI vagy az internethez való csatlakoztatás (pl. „Okos otthon” készítése), akkor a Raspberry Pi -t javaslom.

Ha erős, stabil és megbízható táblát szeretne sokféle projekt felépítéséhez, vegye igénybe az Arduino -t.

Ha még mindig nincs ötlete, hogy hol kezdje, és teljesen megijedt, kezdje a Micro: Bit -el - ez mindössze 15 dollár, és rengeteg izgalmas dologgal kell játszani. Ráadásul ha kapsz egyet a barátodnak, küldhetsz lil üzeneteket oda -vissza:)

A legjobb tanács, amit adhatok, hogy keress egy olyan projektet, amelyért rajongsz, és építsd meg! Rengeteg oktatóanyag található az interneten, ezért keressen körül valakit, aki ugyanazt vagy hasonló projektet épített. Építsen a megállapításaikból, és állítsa be kedve szerint!

És természetesen hagyja a kapcsolódó kérdéseket a megjegyzésekben, és mindent megteszek, hogy segítsek!

Boldog hackelést!