Panduan Pemula untuk Pengawal Mikro: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Apa kesamaan pengendali jarak jauh, router, dan robot? Pengawal mikro! Hari ini, mikrokontroler mesra pemula mudah digunakan dan diprogramkan hanya dengan komputer riba, kabel USB, dan beberapa perisian sumber terbuka (percuma). Woohoo !! Semua projek, kami datang!

Hasil tangkapan? Terdapat seperti, 4324302 * mikrokontroler yang berbeza dan boleh menakutkan untuk memulakannya, terutamanya jika anda baru memasuki bidang elektronik. Di manakah anda bermula ?!

Di sini, bbies, saya mendapat chu. Sama ada anda ingin membina beberapa projek elektronik yang menarik, belajar pengaturcaraan / teknologi, atau ingin mengajar orang lain mengenai elektronik, tutorial ini akan membantu anda mengetahui mikrokontroler yang sesuai untuk keperluan, matlamat, dan anggaran anda. Yay! Mari kita mulakan!

Masa Baca: ~ 20 min

* Ok, ok, mungkin tidak * itu * banyak, tetapi pasti beberapa dozen!

Langkah 1: Tunggu…. Apa itu Pengawal Mikro?

Mungkin anda pernah melihat perkataan ini dan seperti "wtf" tetapi tidak cukup selesa untuk bertanya *. Baiklah, inilah ikhtisar cepat:

Mikrokontroler adalah "komputer sederhana" yang menjalankan satu program dalam satu gelung. Mereka dirancang untuk melaksanakan satu tugas tertentu.

Dalam panduan ini, kami akan memfokuskan diri pada mikrokontroler yang mempunyai papan pemecah, atau papan yang memudahkan penyambungan ke dan memprogram mikrokontroler.

Pada papan pelarian, pin mikrokontroler disolder ke papan litar bercetak ("PCB"), tajuk atau penyambung lain ditambahkan ke PCB, dan beberapa firmware asas, atau perisian tetap, dimuat untuk menyiapkan mikrokontroler untuk menerima isyarat.

* Soalan selalu baik walaupun "bodoh" atau "n00by", cari ruang yang selamat - seperti Instructables!

Langkah 2: Apakah Perbezaan Antara Raspberry Pi dan Pengawal Mikro?

Raspberry Pi bukan sahaja kecil dan menggemaskan, ia juga merupakan komputer yang lengkap!: D

Komputer mempunyai mikropemproses DAN mikrokontroler yang bekerjasama untuk melakukan banyak tugas sekaligus.

Mikroprosesor adalah apa yang dilakukan "pengangkat berat" dalam komputer. Ia melaksanakan arahan dan pengiraan yang menjadikan komputer berfungsi. Mikropemproses jauh lebih pantas daripada mikrokontroler, tetapi mereka memerlukan sumber luaran seperti RAM, Input / Output port, dll., Sedangkan mikrokontroler biasanya mandiri.

Komputer (yang mempunyai input dan output, penyimpanan, dan pemprosesan) dapat menjalankan banyak program dalam satu masa - anda dapat melayari Internet, mengenang kembali foto lama, menulis kertas, dan membuka 1000 tab pada masa yang sama! Pengawal mikro … tidak begitu banyak. Anda boleh melakukan salah satu perkara itu, tetapi tidak semua.

Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Raspberry Pi, lihat bahagian terakhir tutorial ini!

Langkah 3: Arduino (Uno)

Persekitaran mikrokontroler dan pengaturcaraan sumber terbuka yang kuat yang direka untuk pemula dengan beberapa pengetahuan mengenai litar.

Usia yang Disyorkan: 12+ (kanak-kanak selesa dengan pengaturcaraan dan aljabar)

Kesukaran: Menengah

Kos Purata: ~ $ 35

Terdapat banyak jenis papan Arduino. Ini adalah Arduino Uno, paling sesuai untuk pemula! Terdapat papan yang lebih besar, lebih kecil, boleh dipakai, dan untuk kes penggunaan khusus seperti robotik.

Mengenal papan Arduino dan peta pengaturcaraan dengan baik untuk projek dan kerjaya dalam sains komputer, kejuruteraan, dan reka bentuk.

Ciri-ciri Perkakasan

• Arduino Uno mempunyai 14 pin Input & Output Digital ("I / O"), 6 pin Analog I / O, 2 pin Power Out (3.3V dan 5V), dan 3 pin Ground (GND).
• Input kuasa boleh berada di mana saja dari 5 hingga 12 VDC

• Header ICSP membolehkan anda menyambungkan banyak papan tambahan yang disebut "perisai".

  Sebagai contoh, anda boleh menambahkan perisai WiFi untuk menyambungkan Arduino anda ke 'net

Bahasa Pengaturcaraan: Pendawaian (Kombo C ++ / Pemprosesan)

Contoh Projek: Goyang-Gerakan Goyang Permainan Maze!

Beli / Ketahui Lebih Lanjut: Laman web Arduino

Langkah 4: Mikro: Bit

Mikrokontroler yang mudah digunakan untuk kanak-kanak dan orang yang baru memulakan pengkodan dan perkakasan.

Usia yang Disarankan: 8+ (atau kanak-kanak selesa dengan litar dan alat mudah)

Kesukaran: Pemula

Kos Purata: ~ $ 15

Mikro: Bit adalah alat yang bagus untuk mula belajar bagaimana membuat kod, mengajar orang lain, terutama pelajar sekolah rendah, bagaimana membuat kod, dan membuat prototaip elektronik yang mudah dan cepat.

Mikro: Bit adalah kerjasama antara Microsoft dan BBC untuk membawa komputer pendidikan ke dalam kelas di seluruh dunia.

Ciri Perkakasan:

• Mikro: Bit mempunyai 3 pin I / O Digital dan Analog, 1 pin Power Out (3.3V), dan 1 pin Ground (GND)
• Input kuasa hendaklah 3 - 5 VDC melalui kabel USB mikro atau penyambung pek bateri.

• Ia juga mempunyai banyak input, output, dan sensor onboard!

  • Matriks LED 5x5 (25)
  • Dua (2) Tombol Tekan (A, B)
  • Pemancar dan Penerima Radio
  • Pecut
  • Kompas
  • Sensor Cahaya dan Suhu
• Untuk lebih banyak pin I / O, ambil pelarian Mikro: Bit!

Bahasa Pengaturcaraan: Berasaskan Blok atau Javascript (www. MakeCode.org); juga boleh menggunakan CircuitPython

Contoh Projek: Boneka Utusan Teks!

Pembelian / Ketahui Lebih Lanjut: Mikro: Laman Web Bit

Langkah 5: Circuit Playground Express

Mikrokontroler serba boleh yang hebat untuk kanak-kanak dan orang yang baru memulakan pengkodan dan perkakasan.

Catatan: Terdapat juga Circuit Playground Classic - perkakasannya hampir sama, tetapi papan ini diprogramkan di Arduino IDE.

Usia yang Disarankan: 8+ (atau kanak-kanak selesa dengan litar dan alat mudah)

Kesukaran: Pemula

Kos Purata: ~ $ 25

Circuit Playground Express, atau CPX, adalah alat yang berguna untuk belajar bagaimana membuat kod, mengajar orang lain bagaimana membuat kod, dan membuat prototaip cepat untuk pemula hingga ahli sama.

Circuit Playground Express adalah mikrokontroler yang hebat dan serba boleh yang dibuat oleh Adafruit Industries.

Ciri-ciri Perkakasan

• CPX mempunyai 7 cincin Input & Output Digital / Analog ("I / O") yang juga sentuhan kapasitif!

  • 1 deringan I / O Analog "benar"
  • 2 Gelang kuasa (3.3V)
  • 3 pin Ground (GND)
• Input kuasa mestilah 3 - 5 VDC melalui kabel USB mikro atau penyambung pek bateri.

• Terdapat juga banyak input, output, dan sensor onboard!

  • 10 Mini Neopixels (boleh menjadi semua warna)
  • 2 butang tekan (A, B)
  • 1 Slaid Suis

  • Pemancar dan Penerima Inframerah

    Boleh menerima / menghantar kod kawalan jauh, mengirim mesej antara CPX, dan bertindak sebagai sensor jarak

  • Pecut
  • Sensor bunyi dan pembesar suara mini
  • Sensor Cahaya dan Suhu

Bahasa Pengaturcaraan: Berasaskan Blok atau Javascript (www. MakeCode.org); juga boleh menggunakan CircuitPython and Wiring (Arduino IDE)

Contoh Projek: Pengawal Gerak Minecraft!

Beli / Ketahui Lebih Lanjut: Adafruit Industries

Langkah 6: Makey Makey

Mikrokontroler pengenalan interaktif yang bagus untuk anak-anak kecil dan orang baru dalam bidang elektronik dan pengekodan, terutama bagi mereka yang ingin bermain dengan teknologi tanpa perlu membina litar dan kod.

Usia yang Disyorkan: 5+ (atau kanak-kanak selesa dengan alat mudah)

Kesukaran: Pemula

Kos Purata: ~ $ 50

Makey Makey adalah langkah pertama yang hebat dalam elektronik dan teknologi - tidak diperlukan pengaturcaraan! Sambungkan klip buaya ke alas dan kemudian sambungkan bahan yang agak konduktif, seperti tangan, buah, atau benda logam, untuk mencetuskan kekunci papan kekunci dan tetikus tertentu.

Makey Makey adalah papan serasi dengan Arduino, yang bermaksud bahawa anda juga dapat memprogramkannya kembali dengan menggunakan Arduino Integrated Development Environment ("IDE").

Ciri-ciri Perkakasan

• Makey Makey mempunyai enam (6) pad sentuh kapasitif di bahagian depan papan:

  • Empat mengawal kekunci anak panah papan kekunci,
  • Satu mengawal bar ruang, dan
  • Satu mengawal klik tetikus kiri.

• Di bahagian belakang papan terdapat pin header untuk lebih banyak kawalan (juga sentuhan kapasitif):

  • Enam (6) pin yang memetakan huruf,
  • Empat (4) pin yang memetakan ke anak panah,
  • Dua (2) pin yang memetakan ke kekunci tetikus, dan
  • Satu (1) pin yang dipetakan ke kekunci bar ruang.
  • Terdapat juga tiga (3) pin I / O umum, pin power 5V, dan pin ground.

Bahasa Pengaturcaraan: Tidak boleh digunakan untuk pemula; boleh menulis program Scratch (berasaskan blok); dapat memprogram semula dalam Pendawaian (Arduino IDE)

Contoh Projek

Pemula: Floor Piano

Pertengahan: Permainan Tinjauan Interaktif!

Beli / Ketahui Lebih Lanjut: Laman web Makey Makey

Langkah 7: Papan Biasa Lain

Terdapat banyak mikrokontroler yang perlu diliputi dalam satu tutorial. Sekiranya anda mempunyai keperluan khusus yang sangat spesifik, mungkin ada pengawal mikro untuk itu (seperti aplikasi!). Untuk mengetahui beberapa papan lain yang tidak disebutkan dalam tutorial ini, baca inventori SparkFun Electronics and Adafruit Industries dan / atau tanyakan orang di lapangan!

Berikut adalah beberapa kegemaran saya:

Foton Zarah

Sama seperti Arduino Nano, Photon adalah mikrokontroler yang disambungkan dengan WiFi yang boleh diprogramkan secara wayarles. Penyediaan paling mudah menggunakan aplikasi telefon pintar (percuma), tetapi jika dapat diprogramkan secara langsung melalui USB dalam bahasa yang hampir sama dengan Arduino *.

Usia yang Disyorkan: 12+ (atau kanak-kanak selesa dengan litar dan pengekodan)

Kesukaran: Menengah

Kos: ~ $ 20

Untuk maklumat lebih lanjut dan untuk mendapatkan persediaan Photon, kunjungi kedai dalam talian Partikel di sini.

Bahasa Pengaturcaraan: Pendawaian (lebih kurang)

Contoh Projek

Skala Perindustrian IoT

* Pendawaian adalah kerangka kod, jadi kebanyakan kod Arduino akan berfungsi tanpa pengubahsuaian. Boleh juga menulis dalam pemasangan C / C ++ atau ARM

Pelancaran Adafruit HUZZAH ESP8266

Mikrokontroler WiFi yang sangat kecil, sangat murah (dan kini sangat popular di komuniti IoT *). Anda memerlukan kabel FTDI atau konsol. Anda boleh menggunakan Arduino IDE untuk memprogram papan ini atau Lode Interpreter NodeMCU.

Usia yang Disyorkan: 14+ (atau kanak-kanak yang selesa dengan perkakasan & perisian)

Kesukaran: Menengah ++

Kos: ~ $ 10

Untuk maklumat lebih lanjut, lawati halaman produk HUZZAH Adafruit.

(SparkFun juga memiliki papan serupa, "ESP8266 Thing", yang dapat anda temukan di sini dengan harga ~ $ 15.)

Bahasa Pengaturcaraan: Lua (agak seperti Python) atau Pendawaian (Arduino IDE)

* IoT adalah singkatan dari "Internet of Things", yang merupakan istilah yang merujuk kepada menghubungkan dan mengendalikan pelbagai peranti perkakasan, seperti sensor dan elektronik isi rumah, ke Internet.

Adafruit Trinket M0

Mikrokontroler kecil namun kuat yang mengaburkan garis antara komputer dan mikrokontroler (ia mempunyai pemproses ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0). Ia boleh diprogramkan dengan Circuit Python atau di Arudino IDE.

Usia yang Disyorkan: 14+ (atau kanak-kanak yang selesa dengan perkakasan & perisian)

Kesukaran: Menengah

Kos: ~ $ 9

Untuk maklumat lebih lanjut, lawati halaman produk Adafruit untuk Trinket M0.

Bahasa Pengaturcaraan: CircuitPython atau Pendawaian (Arduino IDE)

Terdapat sebilangan besar papan M0 lain, yang serupa dengan skop mikrokontroler Arduino Zero. Sekiranya ini tidak sesuai dengan keperluan atau keinginan anda, cari di laman web Adafruit dan SparkFun!

Langkah 8: Pengawal Mikro yang Boleh Dipakai

Terdapat juga segelintir mikrokontroler yang dirancang untuk projek yang boleh dipakai!

Apa yang menjadikannya istimewa ialah mereka boleh dicuci, jadi anda tidak perlu mengeluarkannya dari projek hebat yang anda buat (tetapi keluarkan baterinya!).

Mikrokontroler yang boleh dipakai juga mempunyai pin I / O khas yang memudahkan menjahit pakaian dan menjahit litar dengan benang konduktif. Berikut adalah beberapa kegemaran saya:

Adafruit FLORA

Mikrokontroler boleh laras bulat dengan 14 input dan output. Boleh dicuci (tapi def mengeluarkan bateri).

Usia yang Disyorkan: 12+ (atau kanak-kanak selesa dengan litar dan pengekodan)

Kesukaran: Menengah

Kos: $ 15

Bahasa Pengaturcaraan: Pendawaian (Arduino IDE)

Untuk maklumat lebih lanjut, lawati halaman produk Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Mikrokontroler kecil yang boleh dijahit dengan 3 input dan output. Sangat sesuai untuk bersembunyi, menghubungkan ke objek kecil, dan membuat perhiasan.

Umur yang Disyorkan: 12+

Kesukaran: Menengah

Kos: ~ $ 5

Bahasa Pengaturcaraan: Pendawaian (Arduino IDE)

Untuk maklumat lebih lanjut, lawati halaman produk Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Mikrokontroler boleh laras bulat dengan 14 input dan output yang tersedia.

Umur yang Disyorkan: 12+

Kesukaran: Menengah

Kos: ~ $ 25

Bahasa Pengaturcaraan: Pendawaian (Arduino IDE)

Untuk maklumat lebih lanjut, lawati halaman produk SparkFun untuk Lilypad.

Langkah 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, atau Pi pendek, adalah komputer berukuran kad kredit * yang menjalankan versi khas Linux dan dapat diprogramkan untuk mengawal perkakasan.

Usia yang Disyorkan: 12+ Atau kanak-kanak selesa dengan pengekodan dan aljabar

Kesukaran: Menengah (semudah komputer)

Kos Purata: ~ $ 35

Komputer Raspberry Pi, atau Pi untuk jangka pendek, dapat digunakan sebagai komputer "standard" atau sebagai pengawal untuk semua jenis projek perkakasan. Ini adalah komputer pertama yang bagus untuk digunakan dan dipelajari oleh anak-anak, dan digunakan secara meluas oleh pakar perkakasan untuk membina pelbagai jenis projek elektronik, dari robot hingga pencetak 3D hingga sistem automasi rumah!

Raspberry Pi telah mengubah cara kita membina elektronik! Terdapat beberapa versi yang berbeza, yang terbaru adalah Raspberry Pi 3 dan Pi Zero, versi mini Pi 3 dengan harga hanya $ 10.

Gambaran Keseluruhan Perkakasan

• Sistem Operasi yang disyorkan (“OS”) adalah versi khas Linux yang disebut Raspbian.

• Pi mempunyai 40 pin Input dan Output Tujuan Umum ("GPIO").

  • 26 pin I / O Digital (tanpa I / O Analog)
  • 4 pin Power Out (dua 3.3V dan dua 5V)
  • 8 pin Ground (GND)
  • 2 Pin Khusus (I2C ID EEPROM, penggunaan lanjutan sahaja)

• Pi juga mempunyai kebanyakan ciri komputer standard:

  • 4 Port USB
  • 1 port Ethernet
  • 1 port HDMI
  • 1 Jack Audio
  • 1 Port Modul Kamera

Bahasa Pengaturcaraan (untuk pin GPIO): Python atau C ++

Oleh kerana ini adalah komputer penuh, anda boleh memprogram dalam bahasa apa sahaja yang anda mahukan, termasuk memprogram mikrokontroler lain!

Contoh Projek

Monitor Haiwan Peliharaan IoT!

Monitor Kekuatan Kesan

Pembelian / Maklumat Lanjut: Raspberry Pi Foundation

* Pi boleh digunakan serupa dengan mikrokontroler standard DAN juga dapat mengawal mikrokontroler! Pada dasarnya, Pi sangat hebat dan saya * harus memasukkannya walaupun secara teknikalnya komputer:)

Langkah 10: Pemikiran Akhir

Sekiranya anda baru memulakan dan ingin membina pelbagai jenis projek, saya akan mengesyorkan Circuit Playground Express. Sangat mudah untuk bangun dan berjalan dan mempunyai banyak alat onboard.

Sekiranya anda sangat berminat dengan rangkaian komputer, AI, atau menghubungkan sesuatu ke Internet (mis. Membuat "Rumah Pintar"), saya akan mencadangkan Raspberry Pi.

Sekiranya anda mahukan papan yang kukuh, stabil, dan boleh dipercayai untuk membina pelbagai jenis projek, gunakan Arduino.

Sekiranya anda masih tidak tahu di mana untuk memulakan dan benar-benar diintimidasi, mulakan dengan Micro: Bit - hanya $ 15 dan mempunyai banyak perkara menarik untuk dimainkan. Selain itu, jika anda mendapat satu untuk rakan anda, anda boleh menghantar mesej berulang-ulang:)

Nasihat terbaik yang dapat saya berikan adalah mencari projek yang anda gemari dan bina! Terdapat banyak tutorial dalam talian jadi cari seseorang yang telah membina projek yang sama atau serupa. Buat penemuan mereka dan sesuaikan sesuka hati!

Dan tentu saja, tinggalkan sebarang pertanyaan berkaitan di komen dan saya akan berusaha sedaya upaya!

Selamat menggodam!