Arduino PC: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Přestože je mikrokontrolér počítač na čipu s integrovaným procesorem, pamětí a periferiemi I/O, stále se studentovi neliší od ostatních integrovaných obvodů DIP. Proto jsme navrhli projekt „Arduino PC“jako zadání pro studenty středních škol, kteří navštěvují kurz „Digitální elektronika“. Vyžaduje, aby navrhli a simulovali elektronický obvod v Tinkercad, aby dosáhli daných požadavků projektu (diskutováno níže). Cílem je umožnit studentům vidět mikrokontroléry jako plnohodnotný počítač (i když s omezenou schopností), který lze použít s vlastní klávesnicí a LCD (Liquid Crystal Display). Umožňuje nám také ověřit jejich zdatnost při používání konceptů naučených ve třídě.

Pro tento projekt úkolu doporučujeme Tinkercad, aby se studenti nemuseli držet komponent digitální elektroniky a mohli pracovat sami. Pro instruktory je také snadné sledovat stav každého studentského projektu přes Tinkercad, jakmile je sdílí.

Projekt požaduje, aby studenti:

1. Navrhněte vlastní klávesnici s 15 vstupními klávesami (10 kláves pro číslice 0-9 a 5 pro pokyny +, -, x, / a =) a maximálně 4 připojovacími (datovými) piny (kromě 2 vývodů používaných pro napájení) pro odeslání vstupu do Arduino Uno.
2. Rozhraní LCD s Arduino Uno.
3. Napište jednoduchý kód pro Arduino Uno, který interpretuje stisknutou klávesu a zobrazí ji na LCD.
4. Chcete -li provést jednoduché matematické operace (přes celočíselné vstupy) za předpokladu, že všechny vstupy a výsledky jsou vždy celá čísla v rozsahu -32, 768 až 32, 767.

Tento projekt pomáhá studentům naučit se

1. Zakódujte různé vstupy do binárních kódů.
2. Navrhněte binární kodér pomocí digitálního obvodu (to je jádro návrhu obvodu klávesnice).
3. Identifikujte (dekódujte) jednotlivé vstupy z jejich binárních kódování.
4. Zapište kódy Arduino.

Zásoby

Projekt vyžaduje:

1. Přístup k osobnímu počítači se stabilním připojením k internetu.
2. Moderní prohlížeč, který může podporovat Tinkercad.
3. Účet Tinkercad.

Krok 1: Návrh obvodu klávesnice

Navrhování obvodu klávesnice je jednou z hlavních součástí projektu, který vyžaduje, aby studenti zakódovali každý z 15 klíčových vstupů do různých 4bitových vzorů. Ačkoli existuje 16 odlišných 4bitových vzorů, jeden 4bitový vzor je výhradně vyžadován pro reprezentaci výchozího stavu, tj. Když není stisknuto žádné tlačítko. Proto jsme v naší implementaci přiřadili 0000 (tj. 0b0000), aby reprezentovaly výchozí stav. Potom jsme zakódovali desítkové číslice 1-9 podle jejich skutečné 4bitové binární reprezentace (tj. 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 a 1001), a desetinnou číslici 0 o 1010 (tj., 0b1010). Matematické operace '+', '-', 'x', '/' a '=' byly kódovány jako 1011, 1100, 1101, 1110 a 1111.

Po opravení kódování jsme navrhli obvod, jak je znázorněno na obrázku, kde klíče byly reprezentovány přepínači (tlačítky).

Krok 2: Rozhraní LCD

Pro zobrazení výstupu Arduino Uno se používá LCD 16x2. Obvody pro propojení LCD s Arduinem jsou celkem standardní. Ve skutečnosti Tinkercad poskytuje předem připravený obvod Arduino Uno propojený s 16x2 LCD. Lze však změnit některé piny Arduino Uno propojené s LCD, aby lépe vyhovovaly jiným periferním zařízením, jako je vlastní klávesnice, kterou jsme vyvinuli. V naší implementaci jsme použili obvod zobrazený na obrázku.

Krok 3: Psaní kódu pro Arduino Uno

Abychom mohli interpretovat vstup přicházející z klávesnice a zobrazit výsledek na LCD, musíme načíst pokyny do Arduino Uno. Psaní kódu pro Arduino je zcela na vlastní kreativitě. Pamatujte, že Atmega328p v Arduino Uno je 8bitový mikrokontrolér. Člověk tedy musí improvizovat, aby detekoval přetečení a pracoval pro velká čísla. Chceme však pouze ověřit, že Arduino Uno dokáže dekódovat vstup a rozlišovat mezi čísly (0-9) a matematickými pokyny. Proto omezujeme naše vstupy na malá celá čísla (-32, 768 až 32, 767) a zároveň zajišťujeme, aby výstup také spadal do stejného rozsahu. Dále lze obejít kontrolu dalších problémů, jako je odskakování tlačítek.

V příloze je jednoduchý kód, který jsme použili při implementaci projektu. To lze zkopírovat a vložit do editoru kódu v Tinkercad.

Krok 4: Dát vše dohromady

Nakonec jsme propojili napájecí kolíky klávesnice s Arduinem a připojili datové piny (které nesou 4bitová data) k digitálním pinům 10, 11, 12 a 13 (v pořadí, jak je uvedeno v Kód Arduino). Ke každému z datových pinů jsme také připojili LED (přes odpor 330 ohmů), abychom na klávesnici zobrazili binární kódování každé klávesy. Nakonec systém otestujeme stisknutím tlačítka „Spustit simulaci“.