Un ghid pentru începători pentru microcontrolere: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Ce au în comun telecomenzile, routerele și roboții? Microcontrolere! În zilele noastre, microcontrolerele pentru începători sunt ușor de utilizat și de programat cu doar un laptop, un cablu USB și unele software-uri open-source (gratuite). Woo hoo!! Toate proiectele, iată-ne!

Captura? Există, de exemplu, 4324302 * microcontrolere diferite și poate fi descurajant să începeți, mai ales dacă sunteți doar în domeniul electronicii. Unde naiba începi ?!

Chiar aici, băieți, am chu. Indiferent dacă doriți să construiți câteva proiecte electronice interesante, să învățați programarea / tehnologia sau doriți să învățați pe alții despre electronică, acest tutorial vă va ajuta să aflați ce microcontroler este potrivit pentru nevoile, obiectivele și bugetele dvs. Yay! Să începem!

Timp de citire: ~ 20 min

* Ok, ok, poate nu * atât de multe, dar cu siguranță câteva zeci!

Pasul 1: Așteptați … Ce este un microcontroler?

Poate că ați văzut acest cuvânt și ați fost ca „wtf”, dar nu v-ați simțit suficient de confortabil pentru a întreba *. Total bine, iată un rezumat rapid:

Un microcontroler este un „computer simplu” care rulează un program într-o buclă. Acestea sunt concepute pentru a efectua o singură sarcină specifică.

În acest ghid, ne vom concentra asupra microcontrolerelor care au plăci de breakout sau pe o placă care facilitează conectarea și programarea microcontrolerului.

Pe o placă de rupere, pinii microcontrolerului sunt lipiți pe o placă cu circuite imprimate („PCB”), anteturile sau alți conectori sunt adăugați la PCB, iar unele firmware de bază, sau software permanent, sunt încărcate pentru a pregăti microcontrolerul pentru a primi semnale.

* Întrebările sunt întotdeauna bune chiar dacă sunt „stupide” sau „n00by”, trebuie doar să găsiți un spațiu sigur - precum Instructables!

Pasul 2: Care este diferența dintre Raspberry Pi și un microcontroler?

Raspberry Pi nu este doar mic și adorabil, ci și un computer cu drepturi depline!: D

Calculatoarele au microprocesoare ȘI microcontrolere care lucrează împreună pentru a îndeplini multe sarcini simultan.

Microprocesorul este ceea ce face „ridicarea grea” într-un computer. Acesta efectuează instrucțiunile și calculele care fac ca computerul să funcționeze. Microprocesoarele sunt mult mai rapide decât microcontrolerele, dar au nevoie de resurse externe precum RAM, porturi de intrare / ieșire etc., în timp ce un microcontroler este de obicei autonom.

Computerele (care au intrări și ieșiri, stocare și procesare) pot rula mai multe programe la un moment dat - puteți naviga pe Internet, amintiți-vă cu fotografii vechi, puteți scrie o hârtie și aveți 1000 de file deschise în același timp! Microcontrolere … nu atât. Puteți face unul dintre aceste lucruri, dar nu toate.

Pentru a afla mai multe despre Raspberry Pi, consultați ultima secțiune a acestui tutorial!

Pasul 3: Arduino (Uno)

Un microcontroler robust și open-source și un mediu de programare conceput pentru începători cu o anumită cunoaștere a circuitelor.

Vârstă recomandată: 12+ (copiii confortabili cu programare și algebră)

Dificultate: Intermediar

Cost mediu: ~ 35 USD

Există o mulțime de tipuri diferite de plăci Arduino. Acesta este Arduino Uno, cel mai potrivit pentru începători! Există plăci mai mari, mai mici, purtabile și pentru cazuri de utilizare de specialitate, cum ar fi robotica.

Cunoașterea plăcilor Arduino și a hărților de programare bine pentru proiecte și cariere în informatică, inginerie și proiectare.

Caracteristici hardware

• Arduino Uno are 14 pini de intrare și ieșire digitale ("I / O"), 6 pini analogici I / O, 2 pini de ieșire (3,3 V și 5 V) și 3 pini de masă (GND).
• Puterea de intrare poate fi de la 5 la 12 VDC

• Anteturile ICSP vă permit să conectați o mulțime de plăci suplimentare suplimentare numite „scuturi”.

  De exemplu, puteți adăuga un scut WiFi pentru a vă conecta Arduino la 'net

Limbaj de programare: Cablare (Combo de C ++ / Procesare)

Exemplu de proiect: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Cumpărați / Aflați mai multe: site-ul Arduino

Pasul 4: Micro: Bit

Un microcontroler prietenos, la îndemână pentru copii și oameni, care tocmai încep să folosească codarea și hardware-ul.

Vârstă recomandată: peste 8 ani (sau copii confortabili cu circuite și instrumente simple)

Dificultate: Începător

Cost mediu: ~ 15 USD

Micro: Bit este un instrument excelent pentru a începe să înveți cum să codezi, să îi înveți pe ceilalți, în special pe elevii de școală elementară, cum să codezi și să faci prototipuri electronice simple și rapide.

Micro: Bit este o colaborare între Microsoft și BBC pentru a aduce calculatoare educaționale în sălile de clasă din întreaga lume.

Caracteristici hardware:

• Micro: Bit are 3 pini I / O digitale și analogice, 1 pin de ieșire (3.3V) și 1 pin de masă (GND)
• Alimentarea trebuie să fie de 3 - 5 VDC prin cablu micro USB sau conector pentru baterie.

• De asemenea, are o mulțime de intrări, ieșiri și senzori la bord!

  • 5x5 (25) matrice LED
  • Două (2) butoane (A, B)
  • Transmițător și receptor radio
  • Accelerometru
  • Busolă
  • Senzori de lumină și temperatură
• Pentru mai multe pini I / O, apucați un micro: Bit breakout!

Limbaj de programare: bazat pe blocuri sau Javascript (www. MakeCode.org); poate folosi și CircuitPython

Exemplu de proiect: marionetă Text Messenger!

Cumpărați / aflați mai multe: site-ul web Micro: Bit

Pasul 5: Circuit Playground Express

Un microcontroler versatil, excelent pentru copii și oameni care tocmai încep să folosească codarea și hardware-ul.

Notă: Există, de asemenea, Circuit Playground Classic - hardware-ul este aproape identic, dar această placă este programată în Arduino IDE.

Vârstă recomandată: peste 8 ani (sau copii confortabili cu circuite și instrumente simple)

Dificultate: Începător

Cost mediu: ~ 25 USD

Circuit Playground Express, sau CPX, este un instrument util pentru a învăța cum să codeze, să-i învețe pe ceilalți cum să codifice și să facă prototipuri rapide pentru începători, deopotrivă experților.

Circuit Playground Express este un microcontroler puternic și versatil creat de Adafruit Industries.

Caracteristici hardware

• CPX are 7 inele de intrare și ieșire digitale / analogice ("I / O"), care sunt, de asemenea, tactile capacitive!

  • 1 inel I / O analogic „adevărat”
  • 2 Inel de ieșire (3,3 V)
  • 3 pini de împământare (GND)
• Alimentarea trebuie să fie de 3 - 5 VDC prin cablu micro USB sau conector pentru baterie.

• Există, de asemenea, tone de intrări, ieșiri și senzori la bord!

  • 10 Mini Neopixeli (pot fi toate culorile)
  • 2 butoane (A, B)
  • 1 Comutator glisant

  • Transmițător și receptor infraroșu

    Poate primi / transmite coduri de telecomandă, trimite mesaje între CPX-uri și poate acționa ca un senzor de distanță

  • Accelerometru
  • Senzor de sunet și mini difuzor
  • Senzori de lumină și temperatură

Limbaj de programare: bazat pe blocuri sau Javascript (www. MakeCode.org); poate folosi, de asemenea, CircuitPython și Cablarea (Arduino IDE)

Exemplu de proiect: Minecraft Gesture Controller!

Cumpărați / Aflați mai multe: Adafruit Industries

Pasul 6: Makey Makey

Un microcontroler de introducere interactiv, minunat pentru copiii mici și pentru cei care sunt noi în domeniul electronicii și codării, în special pentru cei care doresc să se joace cu tehnologia fără a fi nevoie să construiască circuite și coduri.

Vârste recomandate: peste 5 ani (sau copii confortabili cu instrumente simple)

Dificultate: Începător

Cost mediu: ~ 50 USD

Makey Makey este un prim pas excelent în electronică și tehnologie - nu este necesară programarea! Conectați cleme de aligator la tampoane și apoi conectați orice material oarecum conductiv, cum ar fi mâini, fructe sau obiecte metalice, pentru a declanșa anumite taste de la tastatură și mouse.

Makey Makey este o placă compatibilă Arduino, ceea ce înseamnă că o puteți reprograma și utilizând mediul de dezvoltare integrat Arduino ("IDE").

Caracteristici hardware

• Makey Makey are șase (6) plăci tactile capacitive pe partea din față a plăcii:

  • Patru controlează tastele săgeată de la tastatură,
  • Unul controlează bara de spațiu și
  • Unul controlează clicul stâng al mouse-ului.

• Pe partea din spate a plăcii sunt știfturi pentru antet pentru mai multe comenzi (de asemenea, tactile capacitive):

  • Șase (6) pini care mapează la litere,
  • Patru (4) pini care mapează săgețile,
  • Doi (2) pini care mapează tastele mouse-ului și
  • Un (1) pin care se mapează la tasta barei de spațiu.
  • Există, de asemenea, trei (3) pini I / O generali, un pin de alimentare de 5V și un pin de masă.

Limbaj de programare: Nu se aplică pentru începători; poate scrie programe Scratch (bazate pe blocuri); poate reprograma în cablare (Arduino IDE)

Exemple de proiecte

Începător: Piano Floor

Intermediar: Joc de sondaj interactiv!

Cumpărați / Aflați mai multe: site-ul Makey Makey

Pasul 7: Alte consilii comune

Există prea multe microcontrolere pentru a acoperi într-un tutorial. Dacă aveți o nevoie specială foarte specifică, există probabil un microcontroler pentru asta (la fel ca aplicațiile!). Pentru a cunoaște unele dintre celelalte plăci care nu sunt menționate în acest tutorial, citiți inventarele SparkFun Electronics și Adafruit Industries și / sau întrebați oamenii din domeniu!

Iată câteva dintre favoritele mele:

Fotonul cu particule

Similar cu Arduino Nano, Photon este un microcontroler conectat WiFi care poate fi programat fără fir. Cea mai simplă configurare utilizează o aplicație pentru smartphone (gratuită), dar dacă poate fi programată și direct prin USB în aproape aceeași limbă ca Arduino *.

Vârstă recomandată: 12+ (sau copii confortabili cu circuite și codare)

Dificultate: Intermediar

Cost: ~ 20 USD

Pentru mai multe informații și pentru a obține configurarea Photon, vizitați magazinul online Particle aici.

Limbaj de programare: Cablare (mai mult sau mai puțin)

Exemplu de proiect

Scala industrială IoT

* Cablarea este cadrul de cod, deci majoritatea codului Arduino va funcționa fără modificări. Poate scrie, de asemenea, în asamblare C / C ++ sau ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Un microcontroler WiFi super mic, foarte ieftin (și în prezent foarte popular în comunitatea IoT *). Veți avea nevoie de un cablu FTDI sau consolă. Puteți utiliza IDE-ul Arduino pentru a programa această placă sau interpretul Lua al NodeMCU.

Vârstă recomandată: 14+ (sau copii confortabili cu hardware și software)

Dificultate: Intermediar ++

Cost: ~ 10 USD

Pentru mai multe informații, vizitați pagina produsului HUZZAH Adafruit.

(SparkFun are, de asemenea, o placă similară, „ESP8266 Thing”, pe care o puteți găsi aici la ~ 15 USD.)

Limbaj de programare: Lua (sorta ca Python) sau Cablare (Arduino IDE)

* IoT înseamnă „Internetul obiectelor”, care este termenul care se referă la conectarea și controlul diferitelor dispozitive hardware, cum ar fi senzorii și dispozitivele electronice de uz casnic, la Internet.

Adafruit Trinket M0

Un mic microcontroler mic, dar puternic, care estompează liniile dintre computer și microcontroler (are un procesor ATSAMD21E18 pe 32 de biți Cortex M0). Poate fi programat cu Circuit Python sau în Arudino IDE.

Vârstă recomandată: 14+ (sau copii confortabili cu hardware și software)

Dificultate: Intermediar

Cost: ~ 9 USD

Pentru mai multe informații, vizitați pagina produsului Adafruit pentru Trinket M0.

Limbaj de programare: CircuitPython sau cablare (Arduino IDE)

Există o TON de alte plăci M0, similare ca domeniu de aplicare cu microcontrolerele Arduino Zero conectabile. Dacă acest lucru nu se potrivește nevoilor sau fanteziei dvs., căutați pe site-urile web Adafruit și SparkFun!

Pasul 8: Microcontrolere purtabile

Există, de asemenea, o mână de microcontrolere concepute pentru proiecte purtabile!

Ceea ce le face speciale este că pot fi spălate, deci nu trebuie să le smulgeți din proiectul minunat pe care l-ați făcut (dar scoateți bateria!).

Microcontrolerele purtabile au, de asemenea, știfturi I / O speciale care fac mai ușor să coaseți în circuitele de îmbrăcăminte și cusături cu fir conductiv. Iată câteva dintre favoritele mele:

Adafruit FLORA

Un microcontroler circular cusibil cu 14 intrări și ieșiri. Poate fi spălat (dar scoateți bateria).

Vârstă recomandată: 12+ (sau copii confortabili cu circuite și codare)

Dificultate: Intermediar

Cost: 15 USD

Limbaj de programare: Cablare (Arduino IDE)

Pentru mai multe informații, vizitați pagina produsului Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Un mic microcontroler cusibil cu 3 intrări și ieșiri. Perfect pentru ascunderea, conectarea la obiecte mici și crearea de bijuterii.

Vârstă recomandată: 12+

Dificultate: Intermediar

Cost: ~ 5 USD

Limbaj de programare: Cablare (Arduino IDE)

Pentru mai multe informații, vizitați pagina produsului Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Un microcontroler circular cusibil cu 14 intrări și ieșiri disponibile.

Vârstă recomandată: 12+

Dificultate: Intermediar

Cost: ~ 25 USD

Limbaj de programare: Cablare (Arduino IDE)

Pentru mai multe informații, vizitați pagina produsului SparkFun pentru Lilypad.

Pasul 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, sau Pi pe scurt, este un computer cu dimensiunea unui card de credit * care rulează o versiune specială de Linux și poate fi programat pentru a controla hardware-ul.

Vârstă recomandată: 12 ani sau copii confortabili cu codificare și algebră

Dificultate: intermediar (ușor ca un computer)

Cost mediu: ~ 35 USD

Calculatorul Raspberry Pi, sau Pi pe scurt, poate fi folosit ca computer „standard” sau ca controler pentru tot felul de proiecte hardware. Este un prim computer excelent pe care copiii îl pot folosi și învață să se codeze și este utilizat pe scară largă de experții în hardware pentru a construi tot felul de proiecte electronice, de la roboți la imprimante 3D la sisteme de automatizare a casei!

Raspberry Pi a schimbat modul în care construim electronice! Există câteva versiuni diferite, cea mai recentă fiind Raspberry Pi 3 și Pi Zero, o versiune în miniatură a Pi 3 pentru doar 10 USD.

Prezentare generală a hardware-ului

• Sistemul de operare recomandat („OS”) este o versiune specială a Linux numită Raspbian.

• Pi are 40 de pini de intrare și ieșire de uz general („GPIO”).

  • 26 pini I / O digitale (fără I / O analogică)
  • 4 pini de ieșire (doi 3,3V și doi 5V)
  • 8 pini de împământare (GND)
  • 2 pini de specialitate (I2C ID EEPROM, numai pentru utilizare avansată)

• Pi are, de asemenea, cele mai multe caracteristici standard ale computerului:

  • 4 porturi USB
  • 1 port Ethernet
  • 1 port HDMI
  • 1 mufă audio
  • 1 port pentru modulul camerei

Limbaj de programare (pentru pini GPIO): Python sau C ++

Deoarece acesta este un computer complet, puteți programa în orice limbă doriți, inclusiv programarea altor microcontrolere!

Exemple de proiecte

Monitor IoT Pet!

Monitorul Forței de Impact

Cumpărare / Mai multe informații: Raspberry Pi Foundation

* Pi poate fi folosit similar unui microcontroler standard ȘI poate controla și microcontrolerele! Practic, Pi-ul este super minunat și trebuie să-l includ chiar dacă este tehnic un computer:)

Pasul 10: Gânduri finale

Dacă tocmai începeți și doriți să construiți tot felul de proiecte, aș recomanda Circuit Playground Express. Este foarte ușor de pus în funcțiune și are o grămadă de gadget-uri la bord.

Dacă sunteți foarte interesat de rețeaua computerizată, AI sau conectarea lucrurilor la Internet (de exemplu, crearea unei „case inteligente”), v-aș sugera Raspberry Pi.

Dacă doriți o placă robustă, stabilă și fiabilă pentru a construi o mare varietate de proiecte, mergeți cu un Arduino.

Dacă încă nu aveți nicio idee de unde să începeți și sunteți total intimidați, începeți cu Micro: Bit - este doar 15 USD și are o mulțime de lucruri strălucitoare pe care să le jucați. În plus, dacă primești unul pentru prietenul tău, poți trimite mesaje lil 'înainte și înapoi:)

Cel mai bun sfat pe care vi-l pot oferi este să găsiți un proiect care vă pasionează și să-l construiți! Există o mulțime de tutoriale online, așa căutați pe cineva care a construit același proiect sau similar. Construiți din rezultatele lor și ajustați-vă după cum doriți!

Și, desigur, lăsați orice întrebări conexe în comentarii și voi face tot posibilul să vă ajut!

Hacking fericit!