Руководство по микроконтроллерам для новичков: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Что общего у удаленных контроллеров, маршрутизаторов и роботов? Микроконтроллеры! В наши дни микроконтроллеры, удобные для новичков, просты в использовании и программировании с помощью всего лишь ноутбука, USB-кабеля и некоторого (бесплатного) программного обеспечения с открытым исходным кодом. Woohoo !! Все проекты, вот и мы!

Уловка? Есть около 4324302 * разных микроконтроллеров, и начать работу может быть непросто, особенно если вы только начинаете заниматься электроникой. С чего, черт возьми, начать ?!

Прямо здесь, bbies, я получил чу. Если вы хотите создать классные электронные проекты, изучаете программирование / технологии или хотите научить других электронике, это руководство поможет вам выяснить, какой микроконтроллер подходит для ваших нужд, целей и бюджета. Ура! Давайте начнем!

Время чтения: ~ 20 мин.

* Ладно, ладно, может не * так * много, но определенно несколько десятков!

Шаг 1: Подождите…. Что такое микроконтроллер?

Может быть, вы видели это слово и сказали «что за хрень», но не почувствовали себя достаточно комфортно, чтобы спросить *. Совершенно нормально, вот краткое изложение:

Микроконтроллер - это «простой компьютер», который выполняет одну программу в цикле. Они предназначены для выполнения одной конкретной задачи.

В этом руководстве мы сосредоточимся на микроконтроллерах с коммутационными платами или плате, которая упрощает подключение и программирование микроконтроллера.

На коммутационной плате контакты микроконтроллера припаиваются к печатной плате («PCB»), к печатной плате добавляются заголовки или другие разъемы, и загружается некоторая базовая прошивка или постоянное программное обеспечение для подготовки микроконтроллера к приему сигналов.

* Вопросы всегда хороши, даже если они «тупые» или «непонятные», просто найдите безопасное место - например, Instructables!

Шаг 2: В чем разница между Raspberry Pi и микроконтроллером?

Raspberry Pi не только маленький и очаровательный, но и полноценный компьютер!: D

В компьютерах есть микропроцессоры И микроконтроллеры, которые работают вместе для одновременного выполнения множества задач.

Микропроцессор - это то, что делает «тяжелую работу» в компьютере. Он выполняет инструкции и вычисления, которые заставляют компьютер работать. Микропроцессоры намного быстрее микроконтроллеров, но им требуются внешние ресурсы, такие как ОЗУ, порты ввода / вывода и т. Д., Тогда как микроконтроллер обычно самодостаточен.

Компьютеры (которые имеют входы и выходы, хранилище и обработку) могут запускать несколько программ одновременно - вы можете путешествовать по Интернету, вспоминать старые фотографии, писать статьи и одновременно открывать около 1000 вкладок! Микроконтроллеры… не так много. Вы можете сделать одно из этих действий, но не все.

Чтобы узнать больше о Raspberry Pi, ознакомьтесь с последним разделом этого руководства!

Шаг 3: Arduino (Uno)

Надежный микроконтроллер с открытым исходным кодом и среда программирования, предназначенная для новичков с некоторыми знаниями схем.

Рекомендуемый возраст: 12+ (или дети, знакомые с программированием и алгеброй)

Сложность: средняя

Средняя стоимость: ~ 35 $

Есть много разных типов плат Arduino. Это Arduino Uno, лучше всего подходит для новичков! Существуют доски большего размера, меньшего размера, пригодные для ношения и для специальных целей, например для робототехники.

Знакомство с платами и программированием Arduino хорошо подходит для проектов и карьеры в области компьютерных наук, инженерии и дизайна.

Аппаратные особенности

• Arduino Uno имеет 14 контактов цифрового входа и выхода («I / O»), 6 контактов аналогового ввода / вывода, 2 контакта Power Out (3,3 В и 5 В) и 3 контакта заземления (GND).
• Потребляемая мощность может быть от 5 до 12 В постоянного тока.

• Заголовки ICSP позволяют подключать множество различных дополнительных плат, называемых «щитами».

  Например, вы можете добавить экран WiFi, чтобы подключить Arduino к сети

Язык программирования: проводка (комбинация C ++ / обработка)

Пример проекта: игра «Встряхни лабиринт» с реактивным движением!

Купить / узнать больше: веб-сайт Arduino

Шаг 4: Micro: Bit

Дружественный микроконтроллер для детей и людей, только начинающих писать код и работать с оборудованием.

Рекомендуемый возраст: 8+ (или детям нравятся схемы и простые инструменты)

Сложность: новичок

Средняя стоимость: ~ 15 $

Micro: Bit - отличный инструмент, чтобы начать учиться программировать, обучать других, особенно учеников начальной школы, программированию и создавать простые и быстрые электронные прототипы.

Micro: Bit - это результат сотрудничества Microsoft и BBC, целью которого является внедрение образовательных компьютеров в классы по всему миру.

Особенности оборудования:

• Micro: Bit имеет 3 вывода цифрового и аналогового ввода / вывода, 1 вывод питания (3,3 В) и 1 вывод заземления (GND).
• Входное напряжение должно составлять 3-5 В постоянного тока через кабель micro USB или разъем аккумуляторной батареи.

• Он также имеет множество встроенных входов, выходов и датчиков!

  • Светодиодная матрица 5x5 (25)
  • Две (2) кнопки (A, B)
  • Радиопередатчик и приемник
  • Акселерометр
  • Компас
  • Датчики света и температуры
• Чтобы получить больше контактов ввода / вывода, возьмите прорыв Micro: Bit!

Язык программирования: блочный или Javascript (www. MakeCode.org); также можно использовать CircuitPython

Пример проекта: Text Messenger Puppet!

Купить / узнать больше: Micro: Bit Website

Шаг 5: Circuit Playground Express

Универсальный микроконтроллер отлично подходит для детей и людей, которые только начинают программировать и заниматься аппаратным обеспечением.

Примечание: есть также Circuit Playground Classic - аппаратное обеспечение почти идентично, но эта плата запрограммирована в среде Arduino IDE.

Рекомендуемый возраст: 8+ (или детям нравятся схемы и простые инструменты)

Сложность: новичок

Средняя стоимость: ~ 25 долларов

Circuit Playground Express или CPX - это полезный инструмент, позволяющий научиться программировать, научить других программировать и создавать быстрые прототипы как для новичков, так и для экспертов.

Circuit Playground Express - это мощный и универсальный микроконтроллер, созданный Adafruit Industries.

Аппаратные особенности

• CPX имеет 7 колец цифровых / аналоговых входов и выходов («I / O»), которые также являются емкостными!

  • 1 "истинное" кольцо аналогового ввода / вывода
  • 2 Кольцо отключения питания (3,3 В)
  • 3 контакта заземления (GND)
• Входное напряжение должно составлять 3-5 В постоянного тока через кабель micro USB или разъем аккумуляторной батареи.

• Также есть множество встроенных входов, выходов и датчиков!

  • 10 мини-неопикселей (могут быть всех цветов)
  • 2 кнопки (A, B)
  • 1 ползунковый переключатель

  • Инфракрасный передатчик и приемник

    Может принимать / передавать коды дистанционного управления, отправлять сообщения между CPX и действовать как датчик расстояния

  • Акселерометр
  • Звуковой датчик и мини-динамик
  • Датчики света и температуры

Язык программирования: блочный или Javascript (www. MakeCode.org); также можно использовать CircuitPython и Wiring (Arduino IDE)

Пример проекта: Контроллер жестов Minecraft!

Купить / узнать больше: Adafruit Industries

Шаг 6: Макей Макей

Интерактивный вводный микроконтроллер отлично подходит для маленьких детей и людей, плохо знакомых с электроникой и программированием, особенно для тех, кто хочет играть с технологиями без необходимости создавать схемы и код.

Рекомендуемый возраст: 5+ (или дети, которые умеют пользоваться простыми инструментами)

Сложность: новичок

Средняя стоимость: ~ 50 долларов

Makey Makey - отличный первый шаг в электронику и технологии - программирование не требуется! Подсоедините зажимы типа «крокодил» к пэдам, а затем подсоедините любой немного проводящий материал, например руки, фрукты или металлические предметы, чтобы активировать определенные клавиши клавиатуры и мыши.

Makey Makey - это плата, совместимая с Arduino, что означает, что вы также можете перепрограммировать ее с помощью интегрированной среды разработки Arduino («IDE»).

Аппаратные особенности

• Makey Makey имеет шесть (6) емкостных сенсорных панелей на передней панели платы:

  • Четыре управляют клавишами со стрелками на клавиатуре,
  • Один управляет клавишей пробела, а
  • Один управляет щелчком левой кнопки мыши.

• На обратной стороне платы находятся контакты для дополнительных элементов управления (также емкостное касание):

  • Шесть (6) контактов, которые соответствуют буквам,
  • Четыре (4) булавки, которые соответствуют стрелкам,
  • Два (2) контакта, которые соответствуют клавишам мыши, и
  • Один (1) штифт, который соответствует клавише пробела.
  • Также имеется три (3) общих контакта ввода / вывода, вывод питания 5 В и вывод заземления.

Язык программирования: не подходит для начинающих; умеет писать программы Scratch (блочные); можно перепрограммировать в проводке (Arduino IDE)

Примеры проектов

Новичок: напольное фортепиано

Средний уровень: интерактивная игра-опрос!

Купить / узнать больше: веб-сайт Makey Makey

Шаг 7: другие общие платы

Слишком много микроконтроллеров, чтобы охватить их в одном руководстве. Если у вас есть особые потребности, возможно, для этого есть микроконтроллер (как и приложения!). Чтобы получить представление о некоторых других платах, не упомянутых в этом руководстве, просмотрите инвентарь SparkFun Electronics и Adafruit Industries и / или спросите людей в этой области!

Вот несколько моих любимых:

Фотон частиц

Подобно Arduino Nano, Photon - это микроконтроллер, подключенный к Wi-Fi, который можно программировать без проводов. Самая простая установка использует (бесплатное) приложение для смартфона, но его также можно запрограммировать напрямую через USB почти на том же языке, что и для Arduino *.

Рекомендуемый возраст: 12+ (или дети удобны со схемами и кодированием)

Сложность: средняя

Стоимость: ~ 20 $

Для получения дополнительной информации и настройки Photon посетите онлайн-магазин Particle здесь.

Язык программирования: проводка (более-менее)

Пример проекта

Промышленные масштабы Интернета вещей

* Подключение - это структура кода, поэтому большая часть кода Arduino будет работать без модификаций. Также можно писать на C / C ++ или сборке ARM.

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Суперкомпактный, супер дешевый (и в настоящее время очень популярный в сообществе Интернета вещей *) микроконтроллер WiFi. Вам понадобится FTDI или консольный кабель. Вы можете использовать Arduino IDE для программирования этой платы или интерпретатора Lua от NodeMCU.

Рекомендуемый возраст: 14+ (или дети, удобные с аппаратным и программным обеспечением)

Сложность: средний ++

Стоимость: ~ 10 $

Для получения дополнительной информации посетите страницу продукта HUZZAH Adafruit.

(У SparkFun также есть аналогичная плата, «ESP8266 Thing», которую вы можете найти здесь за ~ 15 долларов.)

Язык программирования: Lua (вроде как Python) или Wiring (Arduino IDE)

* IoT означает «Интернет вещей», который относится к подключению к Интернету различных аппаратных устройств, таких как датчики и бытовая электроника, и управления ими.

Адафрут Брелок M0

Крошечный, но мощный микроконтроллер, стирающий границы между компьютером и микроконтроллером (у него 32-битный процессор Cortex M0 ATSAMD21E18). Его можно запрограммировать с помощью Circuit Python или в среде Arudino IDE.

Рекомендуемый возраст: 14+ (или дети, удобные с оборудованием и программным обеспечением)

Сложность: средняя

Стоимость: ~ 9 $

Для получения дополнительной информации посетите страницу продукта Adafruit для Trinket M0.

Язык программирования: CircuitPython или Wiring (Arduino IDE)

Существует ТОННА других плат M0, аналогичных по объему подключаемым микроконтроллерам Arduino Zero. Если это не соответствует вашим потребностям или вашей фантазии, поищите на сайтах Adafruit и SparkFun!

Шаг 8: переносные микроконтроллеры

Также существует несколько микроконтроллеров, предназначенных для носимых проектов!

Что делает их особенными, так это то, что их можно мыть, поэтому вам не нужно вырывать их из созданного вами потрясающего проекта (но удалите батарею!).

Носимые микроконтроллеры также имеют специальные контакты ввода-вывода, которые упрощают вшивание в одежду и сшивание цепей токопроводящей нитью. Вот несколько моих любимых:

Адафрут ФЛОРА

Круглый сшиваемый микроконтроллер с 14 входами и выходами. Можно мыть (но обязательно извлеките аккумулятор).

Рекомендуемый возраст: 12+ (или дети удобны со схемами и кодированием)

Сложность: средняя

Стоимость: 15 $

Язык программирования: проводка (Arduino IDE)

Для получения дополнительной информации посетите страницу продукта Adafruit FLORA.

Ардуино Джемма

Маленький крошечный сшиваемый микроконтроллер с 3 входами и выходами. Идеально подходит для скрытия, соединения с небольшими предметами и создания украшений.

Рекомендуемый возраст: 12+

Сложность: средняя

Стоимость: ~ 5 $

Язык программирования: проводка (Arduino IDE)

Для получения дополнительной информации посетите страницу продукта Arduino Gemma.

Ардуино Лилипад

Круговой сшиваемый микроконтроллер с 14 доступными входами и выходами.

Рекомендуемый возраст: 12+

Сложность: средняя

Стоимость: ~ 25 $

Язык программирования: проводка (Arduino IDE)

Для получения дополнительной информации посетите страницу продукта SparkFun для Lilypad.

Шаг 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, или для краткости Pi, - это компьютер размером с кредитную карту *, на котором работает специальная версия Linux и который может быть запрограммирован для управления оборудованием.

Рекомендуемый возраст: 12 + Или дети, которые хорошо разбираются в программировании и алгебре.

Сложность: средний (легкий как компьютер)

Средняя стоимость: ~ 35 $

Компьютер Raspberry Pi, или сокращенно Pi, можно использовать как «стандартный» компьютер или как контроллер для всех видов аппаратных проектов. Это отличный первый компьютер для детей, который они могут использовать и научиться программировать, и широко используется экспертами по аппаратному обеспечению для создания всевозможных электронных проектов, от роботов до 3D-принтеров и систем домашней автоматизации!

Raspberry Pi изменил способ создания электроники! Существует несколько разных версий, самая последняя - Raspberry Pi 3 и Pi Zero, миниатюрная версия Pi 3 всего за 10 долларов.

Обзор оборудования

• Рекомендуемая операционная система («ОС») - это специальная версия Linux под названием Raspbian.

• Pi имеет 40 контактов ввода и вывода общего назначения (GPIO).

  • 26 контактов цифрового ввода / вывода (без аналогового ввода / вывода)
  • 4 контакта Power Out (два 3,3 В и два 5 В)
  • 8 контактов заземления (GND)
  • 2 специальных контакта (I2C ID EEPROM, только для расширенного использования)

• Pi также имеет большинство стандартных компьютерных функций:

  • 4 порта USB
  • 1 порт Ethernet
  • 1 порт HDMI
  • 1 аудиоразъем
  • 1 порт модуля камеры

Язык программирования (для контактов GPIO): Python или C ++

Поскольку это полноценный компьютер, вы можете программировать на любом языке, в том числе программировать другие микроконтроллеры!

Примеры проектов

IoT Pet Monitor!

Монитор силы удара

Покупка / Дополнительная информация: Raspberry Pi Foundation

* Pi может использоваться как стандартный микроконтроллер И также может управлять микроконтроллерами! По сути, Pi супер классный, и мне * нужно * включить его, даже несмотря на то, что технически это компьютер:)

Шаг 10: Заключительные мысли

Если вы только начинаете и хотите создавать всевозможные проекты, я бы порекомендовал Circuit Playground Express. Его очень легко установить и запустить, и он имеет массу встроенных гаджетов.

Если вас очень интересуют компьютерные сети, искусственный интеллект или подключение к Интернету (например, создание «умного дома»), я бы посоветовал Raspberry Pi.

Если вам нужна прочная, стабильная и надежная плата для создания самых разных проектов, выбирайте Arduino.

Если вы все еще не знаете, с чего начать, и полностью запуганы, начните с Micro: Bit - это всего лишь 15 долларов, и на нем есть много интересных вещей, с которыми можно поиграть. Кроме того, если вы получите один для своего друга, вы можете отправлять маленькие сообщения туда и обратно:)

Лучший совет, который я могу вам дать, - это найти проект, который вам нравится, и построить его! В Интернете есть множество руководств, поэтому поищите кого-нибудь, кто создал такой же или похожий проект. Основывайтесь на их выводах и приспосабливайте их, как вам будет угодно!

И, конечно же, оставляйте любые связанные вопросы в комментариях, и я сделаю все возможное, чтобы помочь!

Удачного взлома!