Arduino PC: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Vaikka mikrokontrolleri on tietokone sirulla, jossa on integroitu prosessori, muisti ja I/O -oheislaitteet, se on silti opiskelijalle, se tuntuu tuskin eroavan muista DIP -integroiduista piireistä. Siksi suunnittelimme projektin "Arduino PC" tehtäväksi lukiolaisille, jotka osallistuvat "Digital Electronics" -kurssille. Se edellyttää, että he suunnittelevat ja simuloivat elektronisen piirin Tinkercadissa saavuttaakseen annetut projektivaatimukset (käsitelty alla). Tavoitteena on, että oppilaat voivat nähdä mikro-ohjaimet täysivaltaisena tietokoneena (vaikkakin rajoitetusti), jota voidaan käyttää mukautetun näppäimistön ja nestekidenäytön kanssa. Sen avulla voimme myös tarkistaa heidän kykynsä käyttää luokassa opittuja käsitteitä.

Tässä tehtäväprojektissa suosittelemme Tinkercadia, jotta oppilaiden ei tarvitse jäädä komponenttien ympärille digitaalisen elektroniikkalaboratorion ympärille ja he voivat työskennellä omalla mukavuudellaan. Lisäksi opettajien on helppo seurata kunkin opiskelijan projektin tilaa Tinkercadissa, kun he ovat jakaneet sen.

Hanke edellyttää opiskelijoilta:

1. Suunnittele mukautettu näppäimistö, jossa on 15 syöttönäppäintä (10 näppäintä numeroille 0-9 ja 5 ohjeille +, -, x, / ja =) ja enintään 4 liitäntätapaa (data) (lukuun ottamatta kahta virtalähdettä) syötteen lähettämiseksi Arduino Unoon.
2. Liitä nestekidenäyttö Arduino Unoon.
3. Kirjoita yksinkertainen koodi Arduino Unolle tulkitaksesi painettua näppäintä ja näyttääksesi sen nestekidenäytössä.
4. Yksinkertaisten matemaattisten toimintojen suorittaminen (kokonaislukuisten tulojen yli) olettaen, että kaikki tulot ja tulokset ovat aina kokonaislukuja alueella -32, 768 -32, 767.

Tämä projekti auttaa opiskelijoita oppimaan

1. Koodaa eri tulot binäärikoodeiksi.
2. Suunnittele binäärikooderi käyttämällä digitaalista piiriä (tämä on näppäimistöpiirin suunnittelun ydin).
3. Tunnista (dekoodaa) yksittäiset tulot niiden binäärikoodauksista.
4. Kirjoita Arduino -koodit.

Tarvikkeet

Hanke edellyttää:

1. Pääsy henkilökohtaiseen tietokoneeseen, jossa on vakaa Internet -yhteys.
2. Moderni selain, joka tukee Tinkercadia.
3. Tinkercad -tili.

Vaihe 1: Näppäimistöpiirin suunnittelu

Näppäimistöpiirin suunnittelu on yksi projektin tärkeimmistä osista, mikä edellyttää oppilailta koodattaessa kaikki 15 näppäimistön tuloa eri 4-bittisiin kuvioihin. Vaikka on olemassa 4 erillistä 4-bittistä mallia, yksi 4-bittinen kuvio on kuitenkin välttämätön edustamaan oletustilaa eli silloin, kun mitään näppäintä ei paineta. Siksi toteutuksessamme annoimme 0000 (eli 0b0000) edustamaan oletustilaa. Sitten koodasimme desimaaliluvut 1-9 niiden todellisen 4-bittisen binäärisen esityksen mukaan (eli 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 ja 1001) ja desimaaliluku 0 1010 (eli, 0b1010). Matemaattiset operaatiot '+', '-', 'x', '/' ja '=' koodattiin 1011, 1100, 1101, 1110 ja 1111.

Kun koodaukset on korjattu, suunnittelimme piirin kuvan mukaisesti, jossa näppäimet on esitetty kytkimillä (painikkeilla).

Vaihe 2: Liitäntä nestekidenäyttöön

Arduino Unon lähdön katsomiseen käytetään 16x2 LCD -näyttöä. Piiri nestekidenäytön liittämiseksi Arduinon kanssa on melko vakio. Itse asiassa Tinkercad tarjoaa valmiiksi rakennetun Arduino Uno -piirin, joka on liitetty 16x2 LCD-näyttöön. Kuitenkin voidaan muuttaa joitain Arduino Unon nastoja, jotka on liitetty nestekidenäyttöön, jotta ne mahtuvat paremmin muihin oheislaitteisiin, kuten kehittämämme mukautettu näppäimistö. Toteutuksessamme käytimme kuvassa esitettyä piiriä.

Vaihe 3: Koodin kirjoittaminen Arduino Unolle

Jotta voimme tulkita näppäimistöltä tulevan tulon ja näyttää tuloksen nestekidenäytössä, meidän on ladattava ohjeet Arduino Unoon. Koodin kirjoittaminen Arduinolle on täysin oman luovuuden varassa. Muista, että Arduino Unon Atmega328p on 8-bittinen mikro-ohjain. Joten täytyy improvisoida, jotta se havaitsee ylivuodon ja toimii suurille määrille. Haluamme kuitenkin vain varmistaa, että Arduino Uno voi purkaa syötteen ja erottaa numerot (0-9) ja matemaattiset ohjeet. Siksi rajoitamme syötteemme pieniin kokonaislukuihin (-32, 768-32, 767) ja varmistamme samalla, että myös ulostulo putoaa samalle alueelle. Lisäksi voidaan tarkistaa muita ongelmia, kuten painikkeiden poistaminen käytöstä.

Liitteenä on yksinkertainen koodi, jota käytimme projektin toteuttamisessa. Tämä voidaan kopioida ja liittää Tinkercadin koodieditorissa.

Vaihe 4: Laita kaikki yhteen

Lopulta liitämme näppäimistön virtalähteen nastat Arduinon kanssa ja yhdistämme datanastat (jotka kuljettavat 4-bittistä dataa) digitaalisiin nastoihin 10, 11, 12 ja 13 (tässä Arduino -koodi). Yhdistimme myös LED-valon (330 ohmin vastuksen kautta) kuhunkin datanastaan nähdäksesi näppäimistön jokaisen näppäimen binäärikoodauksen. Lopuksi osuimme "Käynnistä simulaatio" -painikkeeseen testataksesi järjestelmää.