Průvodce pro mikrokontroléry pro začátečníky: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Co mají společného dálkové ovladače, směrovače a roboti? Mikrokontroléry! V dnešní době se mikrokontroléry vhodné pro začátečníky snadno používají a programují pouze pomocí notebooku, kabelu USB a některého (bezplatného) softwaru s otevřeným zdrojovým kódem. Fuj !! Všechny projekty, jdeme na to!

Úlovek? Existuje asi 4324302* různých mikrokontrolérů a může být skličující začít, zvláště pokud se právě pouštíte do elektroniky. Kde sakra začínáš ?!

Právě tady, bbies, mám chu. Ať už se chystáte vybudovat skvělé elektronické projekty, naučit se programování/technologii nebo chcete učit ostatní o elektronice, tento tutoriál vám pomůže zjistit, jaký mikrokontrolér je vhodný pro vaše potřeby, cíle a rozpočty. Jé! Začněme!

Doba čtení: ~ 20 min

*Ok, ok, možná ne *tolik *, ale rozhodně pár desítek!

Krok 1: Počkejte…. Co je to mikrokontrolér?

Možná jste toto slovo viděli a byli jste jako „wtf“, ale necítili jste se dostatečně pohodlně na to, abyste se zeptali*. Úplně v pohodě, tady je stručný přehled:

Mikrokontrolér je „jednoduchý počítač“, který ve smyčce spouští jeden program. Jsou navrženy tak, aby prováděly jeden konkrétní úkol.

V této příručce se zaměříme na mikrokontroléry, které mají breakout desky, nebo desku, která usnadňuje připojení a programování mikrokontroléru.

Na odlamovací desce jsou piny mikrokontroléru připájeny k desce s plošnými spoji („PCB“), do desky plošných spojů jsou přidány záhlaví nebo jiné konektory a načten základní firmware nebo trvalý software pro přípravu mikrokontroléru na příjem signálů.

*Otázky jsou vždy dobré, i když jsou „hloupé“nebo „n00by“, stačí najít bezpečné místo - jako Instructables!

Krok 2: Jaký je rozdíl mezi Raspberry Pi a mikrokontrolérem?

Raspberry Pi je nejen malý a roztomilý, ale je také plnohodnotným počítačem!: D

Počítače mají mikroprocesory A mikrokontroléry, které společně provádějí mnoho úkolů najednou.

Mikroprocesor je to, co dělá „těžké zvedání“v počítači. Provádí pokyny a výpočty, díky nimž počítač funguje. Mikroprocesory jsou mnohem rychlejší než mikrokontroléry, ale potřebují externí zdroje, jako je RAM, vstupní/výstupní porty atd., Zatímco mikrokontrolér je obvykle soběstačný.

Počítače (které mají vstupy a výstupy, úložiště a zpracování) mohou provozovat více programů najednou - můžete surfovat po internetu, vzpomínat se starými fotografiemi, psát papír a mít otevřeno přibližně 1 000 karet najednou! Mikrokontroléry … ne tolik. Můžete udělat jednu z těchto věcí, ale ne všechny.

Chcete -li se dozvědět více o Raspberry Pi, podívejte se na poslední část tohoto tutoriálu!

Krok 3: Arduino (Uno)

Robustní, otevřený zdrojový mikrokontrolér a programovací prostředí určené pro začátečníky s určitou znalostí obvodů.

Doporučený věk: 12+ (nebo děti spokojené s programováním a algebrou)

Obtížnost: středně pokročilí

Průměrné náklady: ~ 35 $

Existuje mnoho různých typů desek Arduino. Toto je Arduino Uno, nejvhodnější pro začátečníky! Existují desky, které jsou větší, menší, nositelné a pro speciální případy použití, jako je robotika.

Být obeznámen s deskami Arduino a programovacími mapami pro projekty a kariéry v oblasti počítačové vědy, strojírenství a designu.

Hardwarové funkce

• Arduino Uno má 14 pinů digitálního vstupu a výstupu ("I/O"), 6 analogových I/O pinů, 2 piny Power Out (3,3 V a 5 V) a 3 piny Ground (GND).
• Příkon může být kdekoli od 5 do 12 V DC

• Záhlaví ICSP vám umožní připojit tunu různých přídavných desek nazývaných „štíty“.

  Můžete například přidat WiFi štít pro připojení Arduina k síti

Programovací jazyk: Wiring (Combo of C ++/Processing)

Příklad projektu: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Nákup/Zjistěte více: Web Arduino

Krok 4: Micro: Bit

Přátelský mikrokontrolér lil vhodný pro děti a lidi, kteří právě začínají s kódováním a hardwarem.

Doporučený věk: 8+ (nebo děti pohodlné s obvody a jednoduchými nástroji)

Obtížnost: začátečník

Průměrné náklady: ~ 15 $

Micro: Bit je skvělý nástroj, jak se začít učit kódovat, učit ostatní, zejména studenty základních škol, jak kódovat, a vytvářet jednoduché a rychlé elektronické prototypy.

Micro: Bit je spolupráce mezi společností Microsoft a BBC, která přináší vzdělávací počítače do učeben po celém světě.

Hardwarové vlastnosti:

• Micro: Bit má 3 digitální a analogové I/O piny, 1 vývodový kolík (3,3 V) a 1 uzemňovací (GND) kolík
• Příkon by měl být 3 - 5 VDC pomocí kabelu micro USB nebo konektoru sady baterií.

• Má také spoustu integrovaných vstupů, výstupů a senzorů!

  • Matice LED 5x5 (25)
  • Dvě (2) tlačítka (A, B)
  • Rádiový vysílač a přijímač
  • Akcelerometr
  • Kompas
  • Senzory světla a teploty
• Pro více I/O pinů si pořiďte Micro: Bit breakout!

Programovací jazyk: Block-Based nebo Javascript (www. MakeCode.org); lze také použít CircuitPython

Příklad projektu: Loutka textového messengeru!

Nákup/Zjistěte více: Micro: Bit Web

Krok 5: Circuit Playground Express

Všestranný mikrokontrolér skvělý pro děti a lidi, kteří právě začínají s kódováním a hardwarem.

Poznámka: Existuje také Circuit Playground Classic - hardware je téměř identický, ale tato deska je naprogramována v Arduino IDE.

Doporučený věk: 8+ (nebo děti pohodlné s obvody a jednoduchými nástroji)

Obtížnost: začátečník

Průměrné náklady: ~ 25 $

Circuit Playground Express, neboli CPX, je užitečný nástroj, jak se naučit kódovat, naučit ostatní kódovat a vytvářet rychlé prototypy pro začátečníky i pro odborníky.

Circuit Playground Express je výkonný a univerzální mikrokontrolér vytvořený společností Adafruit Industries.

Hardwarové funkce

• CPX má 7 digitálních/analogových vstupů a výstupů („I/O“), které jsou také kapacitní na dotek!

  • 1 „pravý“analogový I/O kroužek
  • 2 vypínací kroužek (3,3 V)
  • 3 zemnící (GND) piny
• Příkon by měl být 3 - 5 VDC pomocí kabelu micro USB nebo konektoru baterie.

• K dispozici jsou také tuny integrovaných vstupů, výstupů a senzorů!

  • 10 Mini Neopixelů (mohou mít všechny barvy)
  • 2 tlačítka (A, B)
  • 1 Posuvný přepínač

  • Infračervený vysílač a přijímač

    Může přijímat/vysílat kódy dálkového ovládání, odesílat zprávy mezi CPX a fungovat jako snímač vzdálenosti

  • Akcelerometr
  • Zvukový senzor a mini reproduktor
  • Senzory světla a teploty

Programovací jazyk: Block-Based nebo Javascript (www. MakeCode.org); lze také použít CircuitPython a Wiring (Arduino IDE)

Příklad projektu: Minecraft Gesture Controller!

Nákup/Zjistěte více: Adafruit Industries

Krok 6: Makey Makey

Interaktivní úvodní mikrokontrolér skvělý pro malé děti a lidi začínající s elektronikou a kódováním, zejména pro ty, kteří si chtějí hrát s technologiemi, aniž by museli stavět obvody a kódovat.

Doporučený věk: 5+ (nebo děti pohodlné s jednoduchými nástroji)

Obtížnost: začátečník

Průměrné náklady: ~ 50 $

Makey Makey je skvělý první krok do elektroniky a technologie - není nutné žádné programování! Připojte k krokům svorky aligátora a poté připojte jakýkoli poněkud vodivý materiál, jako jsou ruce, ovoce nebo kovové předměty, ke spuštění určitých kláves na klávesnici a myši.

Makey Makey je deska kompatibilní s Arduino, což znamená, že ji můžete také přeprogramovat pomocí integrovaného vývojového prostředí Arduino („IDE“).

Hardwarové funkce

• Makey Makey má šest (6) kapacitních dotykových plošek na přední straně desky:

  • Čtyři ovládají klávesy se šipkami na klávesnici,
  • Jeden ovládá mezerník a
  • Jeden ovládá kliknutí levým tlačítkem myši.

• Na zadní straně desky jsou kolíky záhlaví pro více ovládacích prvků (také kapacitní dotek):

  • Šest (6) pinů, které mapují písmena,
  • Čtyři (4) piny, které mapují šipky,
  • Dva (2) piny, které se mapují na klávesy myši, a
  • Jeden (1) pin, který mapuje na mezerník.
  • K dispozici jsou také tři (3) obecné I/O piny, 5V napájecí pin a zemnící pin.

Programovací jazyk: Nevhodné pro začátečníky; umí psát programy Scratch (založené na blocích); lze přeprogramovat v zapojení (Arduino IDE)

Ukázkové projekty

Začátečník: Podlahové piano

Intermediate: Interactive Survey Game!

Nákup/Zjistěte více: Web Makey Makey

Krok 7: Další společné desky

V jednom tutoriálu je příliš mnoho mikrokontrolérů na pokrytí. Pokud máte super specifickou speciální potřebu, pravděpodobně na to existuje mikrokontrolér (stejně jako aplikace!). Chcete -li získat přehled o některých dalších deskách, které nejsou v tomto tutoriálu zmíněny, prostudujte si zásoby společností SparkFun Electronics a Adafruit Industries a/nebo se zeptejte lidí v oboru!

Zde je několik mých oblíbených:

Foton částic

Podobně jako Arduino Nano je Photon mikrokontrolér připojený k WiFi, který lze programovat bezdrátově. Nejjednodušší nastavení používá (bezplatnou) aplikaci pro chytré telefony, ale lze ji také naprogramovat přímo přes USB v téměř stejném jazyce jako Arduino*.

Doporučený věk: 12+ (nebo děti pohodlné s obvody a kódováním)

Obtížnost: středně pokročilí

Cena: ~ 20 $

Pro více informací a nastavení Photon navštivte online obchod Particle zde.

Programovací jazyk: Zapojení (více či méně)

Příklad projektu

Průmyslová stupnice IoT

*Kabeláž je rámec kódu, takže většina kódu Arduino bude fungovat bez úprav. Může také psát v sestavení C/C ++ nebo ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Super malý, super levný (a v současné době velmi populární v komunitě IoT*) WiFi mikrokontrolér. Budete potřebovat kabel FTDI nebo konzolu. K programování této desky můžete použít Arduino IDE nebo Lua Interpreter NodeMCU.

Doporučený věk: 14+ (nebo pohodlné pro děti s hardwarem a softwarem)

Obtížnost: středně pokročilí ++

Cena: ~ 10 $

Pro více informací navštivte stránku produktu HUZZAH Adafruit.

(SparkFun má také podobnou desku, „věc ESP8266“, kterou zde najdete za ~ 15 $.)

Programovací jazyk: Lua (podobně jako Python) nebo Wiring (Arduino IDE)

*IoT znamená „internet věcí“, což je termín, který označuje připojení a ovládání různých hardwarových zařízení, jako jsou senzory a domácí elektronika, k internetu.

Cetka Adafruit M0

Malý, ale výkonný mikrokontrolér, který stírá hranice mezi počítačem a mikrokontrolérem (má 32bitový procesor Cortex M0 ATSAMD21E18). Lze jej naprogramovat s Circuit Python nebo v Arudino IDE.

Doporučený věk: 14+ (nebo pohodlné pro děti s hardwarem a softwarem)

Obtížnost: středně pokročilí

Cena: ~ 9 $

Pro více informací navštivte stránku produktu Adafruit pro Trinket M0.

Programovací jazyk: CircuitPython nebo Wiring (Arduino IDE)

Existuje TON dalších desek M0, svým rozsahem podobných připojitelným mikrokontrolérům Arduino Zero. Pokud to nevyhovuje vašim potřebám nebo fantazii, hledejte na webových stránkách Adafruit a SparkFun!

Krok 8: Nositelné mikrokontroléry

Existuje také několik mikrokontrolérů určených pro nositelné projekty!

Zvláštností je, že je lze prát, takže je nemusíte vytrhávat z úžasného projektu, který jste vytvořili (ale vyjměte baterii!).

Nositelné mikrokontroléry mají také speciální I/O piny, které usnadňují šití do oděvních a stehových obvodů vodivou nití. Zde je několik mých oblíbených:

Adafruit FLORA

Kruhový šitý mikrokontrolér se 14 vstupy a výstupy. Lze prát (ale vyjměte baterii).

Doporučený věk: 12+ (nebo děti pohodlné s obvody a kódováním)

Obtížnost: středně pokročilí

Cena: 15 $

Programovací jazyk: Wiring (Arduino IDE)

Další informace naleznete na stránce produktu Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Malý, šitý mikrokontrolér se 3 vstupy a výstupy. Ideální pro skrývání, připojení k malým předmětům a vytváření šperků.

Doporučený věk: 12+

Obtížnost: středně pokročilí

Cena: ~ 5 $

Programovací jazyk: Wiring (Arduino IDE)

Další informace naleznete na stránce produktu Arduino Gemma.

Lilypad Arduino

Kruhový šitý mikrokontrolér se 14 dostupnými vstupy a výstupy.

Doporučený věk: 12+

Obtížnost: středně pokročilí

Cena: ~ 25 USD

Programovací jazyk: Wiring (Arduino IDE)

Další informace naleznete na produktové stránce SparkFun pro Lilypad.

Krok 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, zkráceně Pi, je počítač velikosti kreditní karty* se speciální verzí Linuxu, který lze naprogramovat na ovládání hardwaru.

Doporučený věk: 12+ Nebo děti pohodlné s kódováním a algebrou

Obtížnost: středně pokročilá (snadná jako počítač)

Průměrné náklady: ~ 35 $

Počítač Raspberry Pi, nebo zkráceně Pi, lze použít jako „standardní“počítač nebo jako řadič pro všechny druhy hardwarových projektů. Je to skvělý první počítač, který mohou děti používat a naučit se na něm kódovat, a je široce používán odborníky na hardware k vytváření nejrůznějších elektronických projektů, od robotů přes 3D tiskárny až po systémy domácí automatizace!

Raspberry Pi změnilo způsob, jakým stavíme elektroniku! Existuje několik různých verzí, nejnovější je Raspberry Pi 3 a Pi Zero, miniaturní verze Pi 3 za pouhých 10 $.

Přehled hardwaru

• Doporučený operační systém („OS“) je speciální verzí Linuxu s názvem Raspbian.

• Pi má 40 vstupů a výstupů („GPIO“) obecného účelu.

  • 26 digitálních I/O pinů (žádné analogové I/O)
  • 4 vývody napájení (dva 3,3 V a dva 5 V)
  • 8 kolíků uzemnění (GND)
  • 2 speciální piny (I2C ID EEPROM, pouze pokročilé použití)

• Pi má také většinu standardních počítačových funkcí:

  • 4 porty USB
  • 1 ethernetový port
  • 1 port HDMI
  • 1 zvukový konektor
  • 1 Port modulu kamery

Programovací jazyk (pro piny GPIO): Python nebo C ++

Protože se jedná o plný počítač, můžete programovat v jakémkoli požadovaném jazyce, včetně programování dalších mikrokontrolérů!

Ukázkové projekty

IoT Pet Monitor!

Monitor nárazové síly

Nákup/Více informací: Raspberry Pi Foundation

*Pi lze použít podobně jako standardní mikrokontrolér A lze také ovládat mikrokontroléry! V zásadě je Pi super úžasný a já ho * musím zahrnout, i když je to technicky počítač:)

Krok 10: Závěrečné myšlenky

Pokud právě začínáte a chcete stavět nejrůznější projekty, doporučil bych Circuit Playground Express. Je velmi snadné se dostat do provozu a má spoustu integrovaných pomůcek.

Pokud vás zajímá počítačová síť, umělá inteligence nebo připojení k internetu (např. Vytvoření „chytré domácnosti“), doporučil bych Raspberry Pi.

Pokud chcete robustní, stabilní a spolehlivou desku pro stavbu nejrůznějších projektů, pořiďte si Arduino.

Pokud stále nemáte představu, kde začít, a jste úplně vystrašení, začněte s Micro: Bit - je to jen 15 $ a má spoustu hravých věcí, se kterými si můžete hrát. Navíc, pokud ho pro svého přítele získáte, můžete posílat lil zprávy sem a tam:)

Nejlepší rada, kterou vám mohu dát, je najít projekt, který vás nadchne, a postavit ho! Na internetu je mnoho návodů, takže hledejte někoho, kdo postavil stejný nebo podobný projekt. Vycházejte z jejich zjištění a upravte si je, jak chcete!

A samozřejmě zanechte jakékoli související otázky v komentářích a já se pokusím pomoci!

Šťastné hackování!