Pradedančiųjų vadovas mikrovaldikliams: 10 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Ką bendro turi nuotoliniai valdikliai, maršrutizatoriai ir robotai? Mikrovaldikliai! Šiais laikais pradedantiesiems patogius mikrovaldiklius lengva naudoti ir programuoti naudojant tik nešiojamąjį kompiuterį, USB kabelį ir tam tikrą (nemokamą) atvirojo kodo programinę įrangą. Woohoo !! Visi projektai, štai mes!

Laimikis? Yra, pavyzdžiui, 4324302* skirtingų mikrovaldiklių, ir tai gali būti nelengva pradėti, ypač jei tik pradedate dirbti su elektronika. Kur po velnių tu pradedi ?!

Čia, bbies, aš turiu chu. Nesvarbu, ar norite kurti šaunius elektroninius projektus, ar mokytis programavimo/technologijų, ar norite mokyti kitus apie elektroniką, ši pamoka padės išsiaiškinti, koks mikrovaldiklis tinka jūsų poreikiams, tikslams ir biudžetui. Valio! Pradėkime!

Skaitymo laikas: ~ 20 min

*Gerai, gerai, galbūt ne *tiek daug, bet tikrai kelios dešimtys!

1 žingsnis: palaukite…. Kas yra mikrovaldiklis?

Galbūt matėte šį žodį ir atrodėte kaip „wtf“, bet nesijautėte pakankamai patogiai, kad galėtumėte paklausti*. Visiškai gerai, čia yra trumpas aprašymas:

Mikrovaldiklis yra „paprastas kompiuteris“, kuriame viena programa vykdoma ciklu. Jie skirti atlikti vieną konkrečią užduotį.

Šiame vadove mes sutelksime dėmesį į mikrovaldiklius, turinčius pertraukimo plokštes, arba plokštę, kuri palengvina prisijungimą prie mikrovaldiklio ir užprogramavimą.

Pertraukimo plokštėje mikrovaldiklio kaiščiai yra lituojami prie spausdintinės plokštės („PCB“), ant PCB pridedamos antraštės ar kitos jungtys, o kai kuri pagrindinė programinė įranga arba nuolatinė programinė įranga įkeliama, kad paruoštų mikrovaldiklį priimti signalus.

*Klausimai visada yra geri, net jei jie yra „kvaili“arba „n00by“, tiesiog raskite saugią erdvę, pvz., „Instructables“!

2 žingsnis: Koks skirtumas tarp „Raspberry Pi“ir mikrovaldiklio?

„Raspberry Pi“yra ne tik mažas ir žavingas, bet ir visavertis kompiuteris!: D

Kompiuteriai turi mikroprocesorius IR mikrovaldiklius, kurie kartu atlieka daug užduočių.

Mikroprocesorius yra tai, ką „sunkiai pakelia“kompiuteris. Jis atlieka instrukcijas ir skaičiavimus, kurie priverčia kompiuterį veikti. Mikroprocesoriai yra daug greitesni nei mikrovaldikliai, tačiau jiems reikalingi išoriniai ištekliai, tokie kaip RAM, įvesties/išvesties prievadai ir kt., Tuo tarpu mikrovaldiklis paprastai yra savarankiškas.

Kompiuteriai (turintys įvestį ir išvestį, saugojimą ir apdorojimą) vienu metu gali paleisti kelias programas - galite naršyti internete, prisiminti senomis nuotraukomis, rašyti popierių ir vienu metu atidaryti kaip 1000 skirtukų! Mikrovaldikliai … ne tiek daug. Galite padaryti vieną iš šių dalykų, bet ne visus.

Norėdami sužinoti daugiau apie „Raspberry Pi“, peržiūrėkite paskutinį šios pamokos skyrių!

3 žingsnis: „Arduino“(„Uno“)

Tvirta, atviro kodo mikrovaldiklis ir programavimo aplinka, sukurta pradedantiesiems, turintiems tam tikrų žinių apie grandines.

Rekomenduojamas amžius: 12+ (arba vaikams patogu programuoti ir algebra)

Sunkumas: tarpinis

Vidutinė kaina: ~ 35 USD

Yra daug įvairių tipų „Arduino“plokščių. Tai „Arduino Uno“, geriausiai tinkantis pradedantiesiems! Yra lentų, kurios yra didesnės, mažesnės, nešiojamos ir skirtos specialiam naudojimui, pavyzdžiui, robotikai.

Gerai išmanyti „Arduino“plokštes ir programavimo žemėlapius, skirtus projektams ir karjerai informatikos, inžinerijos ir dizaino srityse.

Techninės įrangos savybės

• „Arduino Uno“turi 14 skaitmeninių įvesties ir išvesties („I/O“) kaiščių, 6 analoginius įvesties/išvesties kaiščius, 2 maitinimo išvesties kaiščius (3,3 V ir 5 V) ir 3 įžeminimo (GND) kaiščius.
• Maitinimas gali būti nuo 5 iki 12 V nuolatinės srovės

• ICSP antraštės leidžia prijungti daugybę įvairių papildomų plokščių, vadinamų „skydais“.

  Pavyzdžiui, galite pridėti „WiFi“skydą, kad prijungtumėte „Arduino“prie tinklo

Programavimo kalba: laidai (C ++/apdorojimo derinys)

Projekto pavyzdys: judesiu reaguojantis purtykite labirinto žaidimą!

Pirkite/sužinokite daugiau: „Arduino“svetainė

4 žingsnis: mikro: bit

Draugiškas „lil“mikrovaldiklis, patogu vaikams ir žmonėms, kurie tik pradeda dirbti su kodavimu ir aparatine įranga.

Rekomenduojamas amžius: 8+ (arba vaikams patogu naudotis grandinėmis ir paprastais įrankiais)

Sunkumas: pradedantysis

Vidutinė kaina: ~ 15 USD

„Micro: Bit“yra puiki priemonė pradėti mokytis koduoti, mokyti kitus, ypač pradinių klasių mokinius, koduoti ir kurti paprastus bei greitus elektroninius prototipus.

„Micro: Bit“yra „Microsoft“ir BBC bendradarbiavimas, siekiant pristatyti mokomuosius kompiuterius į klases visame pasaulyje.

Techninės įrangos savybės:

• „Micro: Bit“turi 3 skaitmeninius ir analoginius įvesties/išvesties kaiščius, 1 maitinimo išvesties kaištį (3,3 V) ir 1 įžeminimo (GND) kaištį
• Maitinimas turi būti 3-5 VDC per mikro USB kabelį arba akumuliatoriaus jungtį.

• Jame taip pat yra daug įvesties, išvesties ir jutiklių!

  • 5x5 (25) LED matrica
  • Du (2) mygtukai (A, B)
  • Radijo siųstuvas ir imtuvas
  • Akselerometras
  • Kompasas
  • Šviesos ir temperatūros jutikliai
• Norėdami gauti daugiau įvesties/išvesties kaiščių, paimkite „Micro: Bit breakout“!

Programavimo kalba: „Block-Based“arba „Javascript“(www. MakeCode.org); taip pat gali naudoti „CircuitPython“

Projekto pavyzdys: „SMS Messenger“lėlė!

Pirkti/sužinoti daugiau: „Micro: Bit“svetainė

5 žingsnis: „Circuit Playground Express“

Universalus mikrovaldiklis, puikiai tinkantis vaikams ir žmonėms, kurie tik pradeda dirbti su kodavimu ir aparatine įranga.

Pastaba: Taip pat yra „Circuit Playground Classic“- aparatinė įranga yra beveik identiška, tačiau ši plokštė yra užprogramuota „Arduino IDE“.

Rekomenduojamas amžius: 8+ (arba vaikams patogu naudotis grandinėmis ir paprastais įrankiais)

Sunkumas: pradedantysis

Vidutinė kaina: ~ 25 USD

„Circuit Playground Express“arba CPX yra naudingas įrankis norint išmokti koduoti, išmokyti kitus koduoti ir greitai sukurti prototipus pradedantiesiems ir ekspertams.

„Circuit Playground Express“yra galingas ir universalus mikrovaldiklis, sukurtas „Adafruit Industries“.

Techninės įrangos savybės

• CPX turi 7 skaitmeninius/analoginius įvesties ir išvesties ("I/O") žiedus, kurie taip pat yra talpūs!

  • 1 „tikras“analoginis įvesties/išvesties žiedas
  • 2 išjungimo žiedas (3.3V)
  • 3 įžeminimo (GND) kaiščiai
• Maitinimas turi būti 3-5 VDC per mikro USB kabelį arba akumuliatoriaus jungtį.

• Taip pat yra daugybė įvesties, išvesties ir jutiklių!

  • 10 mini neopikselių (gali būti visų spalvų)
  • 2 mygtukai (A, B)
  • 1 Stumdomas jungiklis

  • Infraraudonųjų spindulių siųstuvas ir imtuvas

    Gali priimti/perduoti nuotolinio valdymo kodus, siųsti pranešimą tarp CPX ir veikti kaip atstumo jutiklis

  • Akselerometras
  • Garso jutiklis ir mini garsiakalbis
  • Šviesos ir temperatūros jutikliai

Programavimo kalba: „Block-Based“arba „Javascript“(www. MakeCode.org); taip pat gali naudoti „CircuitPython“ir laidus („Arduino IDE“)

Projekto pavyzdys: „Minecraft“gestų valdiklis!

Pirkti/sužinoti daugiau: „Adafruit Industries“

6 žingsnis: Makey Makey

Interaktyvus įvadinis mikrovaldiklis, puikiai tinkantis mažiems vaikams ir naujiems elektronikos ir kodavimo žmonėms, ypač tiems, kurie nori žaisti su technologijomis, nesukurdami grandinių ir kodų.

Rekomenduojamas amžius: 5+ (arba vaikams patogu naudoti paprastus įrankius)

Sunkumas: pradedantysis

Vidutinė kaina: ~ 50 USD

„Makey Makey“yra puikus pirmasis žingsnis į elektroniką ir technologijas - nereikia programuoti! Prijunkite aligatoriaus spaustukus prie trinkelių ir tada prijunkite bet kokią laidžią medžiagą, pvz., Rankas, vaisius ar metalinius daiktus, kad suaktyvintumėte tam tikrus klaviatūros ir pelės klavišus.

„Makey Makey“yra su „Arduino“suderinama plokštė, tai reiškia, kad ją taip pat galite perprogramuoti naudodami „Arduino Integrated Development Environment“(„IDE“).

Techninės įrangos savybės

• „Makey Makey“turi šešis (6) talpinius jutiklinius kilimėlius plokštės priekyje:

  • Keturi valdo klaviatūros rodyklių klavišus,
  • Vienas valdo tarpo klavišą ir
  • Vienas valdo kairįjį pelės klavišą.

• Lentos gale yra antraštės kaiščiai, skirti daugiau valdiklių (taip pat talpinis lietimas):

  • Šeši (6) kaiščiai, susieti su raidėmis,
  • Keturi (4) kaiščiai, susieti su rodyklėmis,
  • Du (2) kaiščiai, susiejantys pelės klavišus, ir
  • Vienas (1) smeigtukas, susietas su tarpo klavišu.
  • Taip pat yra trys (3) bendrieji įvesties/išvesties kaiščiai, 5 V maitinimo kaištis ir įžeminimo kaištis.

Programavimo kalba: netaikoma pradedantiesiems; gali rašyti „Scratch“programas (bloko pagrindu); gali perprogramuoti laiduose („Arduino IDE“)

Projektų pavyzdžiai

Pradedantysis: grindų fortepijonas

Tarpinis: interaktyvus apklausos žaidimas!

Pirkti/sužinoti daugiau: „Makey Makey“svetainė

7 veiksmas: kitos bendrosios lentos

Yra labai daug mikrovaldiklių, kuriuos reikia aprašyti vienoje pamokoje. Jei turite ypatingą specialybės poreikį, greičiausiai tam yra mikrovaldiklis (kaip ir programos!). Norėdami pajusti kai kurias kitas šioje pamokoje nepaminėtas plokštes, peržiūrėkite „SparkFun Electronics“ir „Adafruit Industries“inventorių ir (arba) paklauskite šios srities žmonių!

Štai keletas mano mėgstamiausių:

Fotonų dalelės

Panašiai kaip „Arduino Nano“, „Photon“yra „WiFi“prijungtas mikrovaldiklis, kurį galima užprogramuoti belaidžiu būdu. Lengviausia sąranka atliekama naudojant (nemokamą) išmaniojo telefono programą, tačiau jei ją galima užprogramuoti ir tiesiogiai per USB beveik ta pačia kalba kaip ir „Arduino“*.

Rekomenduojamas amžius: 12+ (arba vaikams patogiai su grandinėmis ir kodavimu)

Sunkumas: tarpinis

Kaina: ~ 20 USD

Norėdami gauti daugiau informacijos ir gauti „Photon“sąranką, apsilankykite „Particle“internetinėje parduotuvėje čia.

Programavimo kalba: laidai (daugiau ar mažiau)

Projekto pavyzdys

Daiktų interneto pramonės skalė

*Laidai yra kodo sistema, todėl dauguma „Arduino“kodų veiks be pakeitimų. Taip pat gali rašyti C/C ++ arba ARM surinkime

„Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout“

Itin mažas, itin pigus (ir šiuo metu labai populiarus IoT* bendruomenėje) WiFi mikrovaldiklis. Jums reikės FTDI arba konsolės kabelio. Galite naudoti „Arduino IDE“programuoti šią plokštę arba „NodeMCU“„Lua Interpreter“.

Rekomenduojamas amžius: 14 metų (arba vaikams patogus su aparatine ir programine įranga)

Sunkumas: tarpinis ++

Kaina: ~ 10 USD

Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite HUZZAH Adafruit produkto puslapyje.

(„SparkFun“taip pat turi panašią lentą „ESP8266 Thing“, kurią galite rasti čia už ~ 15 USD.)

Programavimo kalba: Lua (tokia kaip „Python“) arba „Wiring“(„Arduino IDE“)

*„IoT“reiškia „daiktų internetą“, kuris yra terminas, susijęs su įvairių aparatūros įrenginių, tokių kaip jutikliai ir buitinė elektronika, prijungimu ir valdymu prie interneto.

Adafruit Trinket M0

Mažas, bet galingas mikrovaldiklis, kuris išblukina linijas tarp kompiuterio ir mikrovaldiklio (jis turi 32 bitų „Cortex M0“procesorių ATSAMD21E18). Jis gali būti užprogramuotas naudojant „Circuit Python“arba „Arudino IDE“.

Rekomenduojamas amžius: 14 metų (arba vaikams patogus su aparatine ir programine įranga)

Sunkumas: tarpinis

Kaina: ~ 9 USD

Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite „Adafruit“produkto puslapyje, skirtame „Trinket M0“.

Programavimo kalba: „CircuitPython“arba laidai („Arduino IDE“)

Yra daugybė kitų M0 plokščių, panašių į „Arduino Zero“prijungiamus mikrovaldiklius. Jei tai neatitinka jūsų poreikių ar jūsų įgeidžių, ieškokite „Adafruit“ir „SparkFun“svetainėse!

8 žingsnis: nešiojami mikrovaldikliai

Taip pat yra keletas mikrovaldiklių, skirtų nešiojamiems projektams!

Ypatingas yra tai, kad juos galima skalbti, todėl jums nereikia jų išplėšti iš nuostabaus projekto, kurį padarėte (bet išimkite bateriją!).

Nešiojami mikrovaldikliai taip pat turi specialius įvesties/išvesties kaiščius, kurie palengvina siuvimą į drabužius ir susiuvimo grandines laidžiu siūlu. Štai keletas mano mėgstamiausių:

Adafruit FLORA

Apskritas siuvamas mikrovaldiklis su 14 įėjimų ir išėjimų. Galima skalbti (bet būtinai išimkite bateriją).

Rekomenduojamas amžius: 12+ (arba vaikams patogiai su grandinėmis ir kodavimu)

Sunkumas: tarpinis

Kaina: 15 USD

Programavimo kalba: laidai („Arduino IDE“)

Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite „Adafruit FLORA“produkto puslapyje.

Arduino Gemma

Mažas siuvamas mikrovaldiklis su 3 įėjimais ir išėjimais. Puikiai tinka slėptis, jungtis prie smulkių daiktų ir kurti papuošalus.

Rekomenduojamas amžius: 12+

Sunkumas: tarpinis

Kaina: ~ 5 USD

Programavimo kalba: laidai („Arduino IDE“)

Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite „Arduino Gemma“produkto puslapyje.

„Arduino Lilypad“

Apskritas siuvamas mikrovaldiklis su 14 galimų įėjimų ir išėjimų.

Rekomenduojamas amžius: 12+

Sunkumas: tarpinis

Kaina: ~ 25 USD

Programavimo kalba: laidai („Arduino IDE“)

Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite „SparkFun“produkto puslapyje, skirtame „Lilypad“.

9 žingsnis: Raspberry Pi 3

„Raspberry Pi“arba trumpai „Pi“yra kredito kortelės dydžio kompiuteris*, kuriame veikia speciali „Linux“versija ir kurį galima užprogramuoti valdyti aparatinę įrangą.

Rekomenduojamas amžius: 12+ Arba vaikai patogiai naudojasi kodavimu ir algebra

Sunkumas: vidutinis (lengvas kaip kompiuteris)

Vidutinė kaina: ~ 35 USD

„Raspberry Pi“kompiuteris arba trumpai „Pi“gali būti naudojamas kaip „standartinis“kompiuteris arba kaip visų tipų aparatinės įrangos valdiklis. Tai puikus pirmasis kompiuteris, kuriuo vaikai gali naudotis ir mokosi koduoti, ir jį plačiai naudoja aparatūros ekspertai, kurdami įvairius elektroninius projektus - nuo robotų iki 3D spausdintuvų iki namų automatikos sistemų!

„Raspberry Pi“pakeitė elektronikos kūrimo būdą! Yra keletas skirtingų versijų, naujausios yra „Raspberry Pi 3“ir „Pi Zero“, miniatiūrinė „Pi 3“versija tik už 10 USD.

Techninės įrangos apžvalga

• Rekomenduojama operacinė sistema („OS“) yra speciali „Linux“versija, vadinama „Raspbian“.

• „Pi“turi 40 bendrosios paskirties įvesties ir išvesties („GPIO“) kaiščių.

  • 26 skaitmeniniai įvesties/išvesties kaiščiai (be analoginio įvesties/išvesties)
  • 4 maitinimo kaiščiai (du 3.3V ir du 5V)
  • 8 įžeminimo (GND) kaiščiai
  • 2 specialūs kaiščiai (I2C ID EEPROM, tik išplėstiniam naudojimui)

• „Pi“taip pat turi daugumą standartinių kompiuterio funkcijų:

  • 4 USB prievadai
  • 1 Ethernet prievadas
  • 1 HDMI prievadas
  • 1 garso lizdas
  • 1 kameros modulio prievadas

Programavimo kalba (GPIO kaiščiams): Python arba C ++

Kadangi tai yra visas kompiuteris, galite programuoti bet kuria norima kalba, įskaitant kitų mikrovaldiklių programavimą!

Projektų pavyzdžiai

„IoT Pet Monitor“!

Smūgio jėgos monitorius

Pirkimas/daugiau informacijos: Raspberry Pi Foundation

*Pi gali būti naudojamas panašiai kaip standartinis mikrovaldiklis IR taip pat gali valdyti mikrovaldiklius! Iš esmės „Pi“yra nuostabus ir aš * turiu * jį įtraukti, net jei tai techniškai yra kompiuteris:)

10 žingsnis: paskutinės mintys

Jei dar tik pradedate ir norite kurti įvairius projektus, rekomenduoju „Circuit Playground Express“. Tai labai lengva pradėti ir paleisti, ir jame yra daugybė įtaisų.

Jei jus labai domina kompiuterių tinklai, dirbtinis intelektas ar daiktų prijungimas prie interneto (pvz., „Išmaniųjų namų“kūrimas), siūlau „Raspberry Pi“.

Jei norite tvirtos, stabilios ir patikimos plokštės, skirtos įvairiems projektams kurti, rinkitės „Arduino“.

Jei vis dar neįsivaizduojate, nuo ko pradėti ir esate visiškai įbauginti, pradėkite nuo „Micro: Bit“- tai tik 15 USD ir jame yra daug įdomių dalykų, su kuriais galima žaisti. Be to, jei gausite vieną savo draugui, galite siųsti pranešimus pirmyn ir atgal:)

Geriausias patarimas, kurį galiu jums duoti, yra susirasti aistringą projektą ir jį sukurti! Internete yra daugybė vadovėlių, todėl ieškokite to, kas sukūrė tą patį ar panašų projektą. Remkitės jų išvadomis ir koreguokite, kaip jums patinka!

Ir, žinoma, palikite visus susijusius klausimus komentaruose ir aš padarysiu viską, kad padėčiau!

Laimingas įsilaužimas!