Aloittelijan opas mikro -ohjaimiin: 10 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Mitä yhteistä kaukosäätimillä, reitittimillä ja roboteilla on? Mikro -ohjaimet! Nykyään aloittelijaystävällisiä mikro-ohjaimia on helppo käyttää ja ohjelmoida vain kannettavan tietokoneen, USB-kaapelin ja joidenkin (ilmaisten) avoimen lähdekoodin ohjelmistojen avulla. Vau !! Kaikki projektit, täältä tullaan!

Saalis? On olemassa esimerkiksi 4324302* erilaista mikro -ohjainta, ja alku voi olla pelottavaa, varsinkin jos olet vasta aloittamassa elektroniikkaa. Mistä ihmeestä aloitat ?!

Tässä, bbies, sain chu. Halusitpa sitten rakentaa hienoja elektronisia projekteja, oppia ohjelmointia/tekniikkaa tai haluat opettaa muille elektroniikkaa, tämä opetusohjelma auttaa sinua selvittämään, mikä mikro -ohjain sopii tarpeisiisi, tavoitteisiisi ja budjetteihisi. Jee! Aloitetaan!

Lukuaika: ~ 20 min

*Ok, ok, ehkä ei *niin *monta, mutta ehdottomasti muutamia kymmeniä!

Vaihe 1: Odota…. Mikä on mikrokontrolleri?

Ehkä olet nähnyt tämän sanan ja ollut kuin "wtf", mutta et tuntenut olosi tarpeeksi mukavaksi kysyä*. Täysin hyvä, tässä on lyhyt kuvaus:

Mikro -ohjain on "yksinkertainen tietokone", joka suorittaa yhden ohjelman silmukassa. Ne on suunniteltu suorittamaan yksittäinen tehtävä.

Tässä oppaassa keskitymme mikro -ohjaimiin, joissa on katkaisukortteja, tai korttiin, joka helpottaa mikrokontrolleriin liittämistä ja ohjelmointia.

Erotuslevyllä mikrokontrollerin nastat on juotettu piirilevyyn ("PCB"), otsikot tai muut liittimet lisätään piirilevyyn, ja joitakin perusohjelmistoja tai pysyviä ohjelmistoja ladataan mikro -ohjaimen valmistelemiseksi vastaanottamaan signaaleja.

*Kysymykset ovat aina hyviä, vaikka ne olisivat "tyhmiä" tai "n00by", löydä vain turvallinen tila - kuten Instructables!

Vaihe 2: Mitä eroa on Raspberry Pi: n ja mikrokontrollerin välillä?

Raspberry Pi ei ole vain pieni ja ihana, vaan myös täysimittainen tietokone!: D

Tietokoneissa on mikroprosessoreita ja mikro -ohjaimia, jotka toimivat yhdessä suorittamaan monia tehtäviä kerralla.

Mikroprosessori on se, mitä tietokoneessa”raskaasti nostetaan”. Se suorittaa ohjeet ja laskelmat, jotka saavat tietokoneen toimimaan. Mikroprosessorit ovat paljon nopeampia kuin mikro-ohjaimet, mutta ne tarvitsevat ulkoisia resursseja, kuten RAM-muistia, tulo-/lähtöportteja jne., Kun taas mikro-ohjain on tyypillisesti itsenäinen.

Tietokoneet (joissa on tulot ja lähdöt, tallennus ja käsittely) voivat käyttää useita ohjelmia kerrallaan - voit surffata Internetissä, muistella vanhoja valokuvia, kirjoittaa paperia ja pitää auki noin 1000 välilehteä samanaikaisesti! Mikro -ohjaimet … ei niin paljon. Voit tehdä yhden näistä asioista, mutta et kaikkea.

Jos haluat lisätietoja Raspberry Pi: stä, tutustu tämän opetusohjelman viimeiseen osaan!

Vaihe 3: Arduino (Uno)

Vankka, avoimen lähdekoodin mikro- ja ohjelmointiympäristö, joka on suunniteltu aloittelijoille, joilla on jonkin verran tietoa piireistä.

Ikäsuositus: 12+ (tai lapset viihtyisät ohjelmoinnin ja algebran kanssa)

Vaikeusaste: Keskitaso

Keskimääräinen hinta: ~ 35 dollaria

Arduino -levyjä on paljon erilaisia. Tämä on Arduino Uno, joka sopii parhaiten aloittelijoille! On olemassa levyjä, jotka ovat suurempia, pienempiä, puettavia ja erikoiskäyttötapauksia, kuten robotiikkaa.

Arduino -levyjen ja ohjelmointikarttojen tunteminen hyvin tietotekniikan, tekniikan ja suunnittelun projekteihin ja uraan.

Laitteiston ominaisuudet

• Arduino Unossa on 14 digitaalituloa ja -lähtöä ("I/O"), 6 analogista I/O -nastaa, 2 virtalähdettä (3,3 V ja 5 V) ja 3 maadoitettua (GND) nastaa.
• Virransyöttö voi olla missä tahansa 5-12 VDC

• ICSP-otsikoiden avulla voit liittää tonnin erilaisia lisälevyjä, joita kutsutaan "kilpeiksi".

  Voit esimerkiksi lisätä WiFi -suojan yhdistääksesi Arduinosi verkkoon

Ohjelmointikieli: johdotus (yhdistelmä C ++/käsittely)

Esimerkkihanke: Liike-reaktiivinen Ravista sokkelopeliä!

Osta/Lue lisää: Arduino -sivusto

Vaihe 4: Mikro: bitti

Ystävällinen lil -mikrokontrolleri kätevä lapsille ja ihmisille, jotka ovat vasta aloittamassa koodausta ja laitteistoa.

Ikäsuositus: 8+ (tai lapset viihtyvät piireillä ja yksinkertaisilla työkaluilla)

Vaikeusaste: Aloittelija

Keskimääräiset kustannukset: ~ 15 dollaria

Micro: Bit on loistava työkalu opetella koodaamaan, opettamaan muita, etenkin peruskoulun oppilaita, koodaamaan ja tekemään yksinkertaisia ja nopeita elektronisia prototyyppejä.

Micro: Bit on yhteistyö Microsoftin ja BBC: n kanssa tuodakseen opetustietokoneita luokkahuoneisiin ympäri maailmaa.

Laitteiston ominaisuudet:

• Micro: Bitissä on 3 digitaalista ja analogista I/O -nastaa, 1 pistorasia (3.3 V) ja 1 maadoitus (GND)
• Virransyötön tulee olla 3-5 VDC mikro -USB -kaapelin tai akun liitännän kautta.

• Siinä on myös paljon sisään- ja ulostuloa sekä antureita!

  • 5x5 (25) LED -matriisi
  • Kaksi (2) painiketta (A, B)
  • Radiolähetin ja vastaanotin
  • Kiihtyvyysmittari
  • Kompassi
  • Valo- ja lämpötila -anturit
• Lisää I/O -nastoja nappaamalla Micro: Bit breakout!

Ohjelmointikieli: Block-Based tai Javascript (www. MakeCode.org); voi käyttää myös CircuitPythonia

Esimerkkiprojekti: Tekstiviestinukke!

Osta/Lue lisää: Micro: Bit -verkkosivusto

Vaihe 5: Circuit Playground Express

Monipuolinen mikro -ohjain, joka sopii erinomaisesti lapsille ja ihmisille, jotka ovat vasta aloittamassa koodausta ja laitteistoa.

Huomaa: Siellä on myös Circuit Playground Classic - laitteisto on lähes identtinen, mutta tämä kortti on ohjelmoitu Arduino IDE: hen.

Ikäsuositus: 8+ (tai lapset viihtyvät piireillä ja yksinkertaisilla työkaluilla)

Vaikeusaste: Aloittelija

Keskihinta: ~ 25 dollaria

Circuit Playground Express eli CPX on hyödyllinen työkalu koodin oppimiseen, muiden koodaamiseen ja nopeiden prototyyppien luomiseen aloittelijoille sekä asiantuntijoille.

Circuit Playground Express on tehokas ja monipuolinen Adafruit Industriesin luoma mikrokontrolleri.

Laitteiston ominaisuudet

• CPX: ssä on 7 digitaalista/analogista tulo- ja lähtö ("I/O") rengasta, jotka ovat myös kapasitiivisia!

  • 1 "oikea" analoginen I/O -rengas
  • 2 Virtalähderengas (3.3V)
  • 3 maadoitus (GND) nastaa
• Virransyötön tulee olla 3-5 VDC mikro -USB -kaapelin tai akun liitännän kautta.

• Laitteessa on myös tonnia tuloja, lähtöjä ja antureita!

  • 10 mini -neopikseliä (voi olla kaikkia värejä)
  • 2 painiketta (A, B)
  • 1 Liukukytkin

  • Infrapunalähetin ja -vastaanotin

    Voi vastaanottaa/lähettää kauko -ohjaimen koodeja, lähettää viestejä CPX: ien välillä ja toimia etäisyysanturina

  • Kiihtyvyysmittari
  • Äänianturi ja minikaiutin
  • Valo- ja lämpötila -anturit

Ohjelmointikieli: Block-Based tai Javascript (www. MakeCode.org); voi käyttää myös CircuitPythonia ja johdotusta (Arduino IDE)

Esimerkkihanke: Minecraft -eleohjain!

Osta/Lue lisää: Adafruit Industries

Vaihe 6: Makey Makey

Interaktiivinen johdanto -mikro, joka sopii erinomaisesti nuorille lapsille ja elektroniikan ja koodauksen aloittelijoille, erityisesti niille, jotka haluavat leikkiä tekniikalla ilman, että tarvitse rakentaa piirejä ja koodia.

Ikäsuositus: 5+ (tai lapset viihtyvät yksinkertaisilla työkaluilla)

Vaikeusaste: Aloittelija

Keskimääräinen hinta: ~ 50 dollaria

Makey Makey on loistava ensimmäinen askel elektroniikan ja tekniikan parissa - ohjelmointia ei tarvita! Liitä alligaattoripidikkeet tyynyihin ja liitä sitten jonkin verran johtava materiaali, kuten kädet, hedelmät tai metalliesineet, laukaistaksesi tiettyjä näppäimistön ja hiiren näppäimiä.

Makey Makey on Arduino-yhteensopiva levy, mikä tarkoittaa, että voit myös ohjelmoida sen uudelleen käyttämällä Arduinon integroitua kehitysympäristöä ("IDE").

Laitteiston ominaisuudet

• Makey Makeyssä on kuusi (6) kapasitiivista kosketuslevyä levyn etuosassa:

  • Neljä ohjaa näppäimistön nuolinäppäimiä,
  • Yksi ohjaa välilyöntiä ja
  • Yksi ohjaa hiiren vasenta napsautusta.

• Taulun takana on otsikkotapit lisää ohjaimia varten (myös kapasitiivinen kosketus):

  • Kuusi (6) nastaa, jotka yhdistyvät kirjaimiin,
  • Neljä (4) nastaa, jotka yhdistyvät nuoliin,
  • Kaksi (2) nastaa, jotka yhdistetään hiiren näppäimiin, ja
  • Yksi (1) nasta, joka yhdistää välilyöntinäppäimeen.
  • Mukana on myös kolme (3) yleistä I/O -nastaa, 5 V: n virtatappi ja maadoitusliitin.

Ohjelmointikieli: Ei sovellu aloittelijoille; osaa kirjoittaa Scratch-ohjelmia (lohkopohjaisia); voi ohjelmoida uudelleen johdotuksessa (Arduino IDE)

Esimerkkihankkeet

Aloittelija: Lattiapiano

Intermediate: Interaktiivinen kyselypeli!

Osta/Lue lisää: Makey Makey -sivusto

Vaihe 7: Muut yleiset levyt

Mikro -ohjaimia on kerrottavana liikaa yhdessä opetusohjelmassa. Jos sinulla on erityinen erikoistarve, siihen on todennäköisesti mikrokontrolleri (aivan kuten sovellukset!). Saadaksesi tuntumaa joihinkin muihin levyihin, joita ei ole mainittu tässä opetusohjelmassa, tutustu SparkFun Electronicsin ja Adafruit Industriesin inventaarioihin ja/tai kysy alan ihmisiltä!

Tässä muutama suosikkini:

Hiukkasfotoni

Arduino Nanon tapaan Photon on WiFi -yhteys, joka voidaan ohjelmoida langattomasti. Helpoin asennus käyttää (ilmaista) älypuhelinsovellusta, mutta jos se voidaan ohjelmoida myös suoraan USB: n kautta lähes samalla kielellä kuin Arduino*.

Ikäsuositus: 12+ (tai lapsille mukava piireillä ja koodauksella)

Vaikeusaste: Keskitaso

Hinta: ~ 20 dollaria

Lisätietoja ja saadaksesi fotoniasetukset löydät Particle -verkkokaupasta täältä.

Ohjelmointikieli: johdotus (enemmän tai vähemmän)

Esimerkki projekti

IoT -teollisuusasteikko

*Johdotus on koodikehys, joten useimmat Arduino -koodit toimivat ilman muutoksia. Voi kirjoittaa myös C/C ++ tai ARM -kokoonpanossa

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Erittäin pieni, erittäin halpa (ja tällä hetkellä erittäin suosittu IoT* -yhteisössä) WiFi -mikrokontrolleri. Tarvitset FTDI- tai konsolikaapelin. Voit ohjelmoida tämän kortin tai NodeMCU: n Lua -tulkin Arduino IDE: n avulla.

Ikäsuositus: 14+ (tai lapsille mukava, laitteisto ja ohjelmisto)

Vaikeusaste: Keskitaso ++

Hinta: ~ 10 dollaria

Lisätietoja on HUZZAH Adafruit -sivulla.

(SparkFunilla on myös samanlainen levy, "ESP8266 Thing", jonka löydät täältä ~ 15 dollaria.)

Ohjelmointikieli: Lua (kuten Python) tai johdotus (Arduino IDE)

*IoT tarkoittaa "esineiden Internetiä", joka on termi, joka viittaa eri laitteiden, kuten antureiden ja kotitalouselektroniikan, liittämiseen ja ohjaamiseen Internetiin.

Adafruit -riipus M0

Pieni, mutta tehokas mikro-ohjain, joka hämärtää tietokoneen ja mikro-ohjaimen väliset rajat (siinä on ATSAMD21E18 32-bittinen Cortex M0 -prosessori). Se voidaan ohjelmoida Circuit Pythonilla tai Arudino IDE: llä.

Ikäsuositus: 14+ (tai lapset mukavat laitteiston ja ohjelmiston kanssa)

Vaikeusaste: Keskitaso

Hinta: ~ 9 dollaria

Lisätietoja on Trinket M0: n Adafruit -tuotesivulla.

Ohjelmointikieli: CircuitPython tai johdotus (Arduino IDE)

Muita M0 -kortteja on TON, jotka ovat samanlaisia kuin Arduino Zero -yhteensopivat mikro -ohjaimet. Jos tämä ei vastaa tarpeitasi tai mielikuvitustasi, etsi ympärillesi Adafruit- ja SparkFun -sivustoilta!

Vaihe 8: Käytettävät mikro -ohjaimet

On myös kourallinen mikrokontrollereita, jotka on suunniteltu puettaviin projekteihin!

Näistä tekee erityisiä se, että ne voidaan pestä, joten sinun ei tarvitse repiä niitä irti mahtavasta projektistasi (mutta poista akku!).

Käytettävissä mikrokontrollereissa on myös erityiset I/O -nastat, jotka helpottavat ompelemista vaatteisiin ja ommelpiireihin johtavalla langalla. Tässä muutama suosikkini:

Adafruit FLORA

Pyöreä ommeltu mikrokontrolleri, jossa on 14 tuloa ja lähtöä. Voidaan pestä (mutta irrota akku).

Ikäsuositus: 12+ (tai lapsille mukava piireillä ja koodauksella)

Vaikeusaste: Keskitaso

Hinta: 15 dollaria

Ohjelmointikieli: johdotus (Arduino IDE)

Lisätietoja on Adafruit FLORA -sivulla.

Arduino Gemma

Pieni ommeltu mikrokontrolleri, jossa on 3 tuloa ja lähtöä. Täydellinen piiloutumiseen, yhdistämiseen pieniin esineisiin ja korujen luomiseen.

Ikäsuositus: 12+

Vaikeusaste: Keskitaso

Hinta: ~ 5 dollaria

Ohjelmointikieli: johdotus (Arduino IDE)

Lisätietoja saat Arduino Gemma -sivulta.

Arduino Lilypad

Pyöreä ommeltu mikrokontrolleri, jossa on 14 käytettävissä olevaa tuloa ja lähtöä.

Ikäsuositus: 12+

Vaikeusaste: Keskitaso

Hinta: ~ 25 dollaria

Ohjelmointikieli: johdotus (Arduino IDE)

Lisätietoja on Lilypadin SparkFun -tuotesivulla.

Vaihe 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi tai lyhyesti Pi on luottokorttikokoinen tietokone*, joka käyttää erityistä Linux-versiota ja voidaan ohjelmoida ohjaamaan laitteistoa.

Suositellut ikäryhmät: 12+ Tai lapset viihtyvät koodauksella ja algebralla

Vaikeusaste: Keskitaso (helppo kuin tietokone)

Keskimääräinen hinta: ~ 35 dollaria

Raspberry Pi -tietokonetta tai lyhyesti Pi: tä voidaan käyttää "vakiotietokoneena" tai ohjaimena kaikenlaisiin laitteistoprojekteihin. Se on loistava ensimmäinen tietokone, jota lapset voivat käyttää ja oppia koodimaan, ja laitteistoasiantuntijat käyttävät sitä laajalti kaikenlaisten sähköisten projektien rakentamiseen roboteista 3D -tulostimiin ja kotiautomaatiojärjestelmiin!

Raspberry Pi on muuttanut tapaamme rakentaa elektroniikkaa! On olemassa muutamia erilaisia versioita, uusin on Raspberry Pi 3 ja Pi Zero, pienoisversio Pi 3: sta vain 10 dollaria.

Laitteiston yleiskatsaus

• Suositeltu käyttöjärjestelmä (”OS”) on Linuxin erityisversio nimeltä Raspbian.

• Pi: ssä on 40 yleiskäyttöistä tulo- ja lähtö (”GPIO”) -tappia.

  • 26 digitaalista I/O -nastaa (ei analogista I/O)
  • 4 pistorasiaa (kaksi 3.3V ja kaksi 5V)
  • 8 maadoitus (GND) nastaa
  • 2 erikoistappia (I2C ID EEPROM, vain edistynyt käyttö)

• Pi: llä on myös useimmat tietokoneen vakiotoiminnot:

  • 4 USB -porttia
  • 1 Ethernet -portti
  • 1 HDMI -portti
  • 1 Ääniliitäntä
  • 1 Kameramoduulin portti

Ohjelmointikieli (GPIO -nastat): Python tai C ++

Koska tämä on täysi tietokone, voit ohjelmoida haluamallasi kielellä, mukaan lukien muiden mikro -ohjaimien ohjelmointi!

Esimerkkihankkeet

IoT Pet Monitor!

Iskuvoiman valvonta

Osto/Lisätietoja: Raspberry Pi Foundation

*Pi: tä voidaan käyttää tavallisen mikro -ohjaimen tapaan JA se voi myös ohjata mikro -ohjaimia! Pohjimmiltaan Pi on erittäin mahtava ja minun * on * sisällytettävä se, vaikka se on teknisesti tietokone:)

Vaihe 10: Viimeiset ajatukset

Jos olet vasta aloittamassa ja haluat rakentaa kaikenlaisia projekteja, suosittelen Circuit Playground Expressiä. Se on erittäin helppo saada käyttöön ja siinä on paljon laitteita.

Jos olet erittäin kiinnostunut tietokoneverkoista, tekoälystä tai asioiden yhdistämisestä Internetiin (esim. "Älykkään kodin" tekeminen), suosittelen Raspberry Pi: tä.

Jos haluat tukevan, vakaan ja luotettavan levyn monenlaisten projektien rakentamiseen, käytä Arduinoa.

Jos sinulla ei vieläkään ole aavistustakaan mistä aloittaa ja olet täysin peloissaan, aloita Micro: Bitillä - se on vain 15 dollaria ja siinä on paljon hauskoja asioita. Lisäksi, jos saat sellaisen ystävällesi, voit lähettää lil -viestejä edestakaisin:)

Paras neuvo, jonka voin antaa, on löytää intohimoinen projekti ja rakentaa se! Netissä on paljon opetusohjelmia, joten etsi ympärillesi joku, joka on rakentanut saman tai samanlaisen projektin. Rakenna heidän havaintojaan ja säädä haluamallasi tavalla!

Ja tietysti jätä kaikki aiheeseen liittyvät kysymykset kommentteihin ja autan parhaani mukaan!

Hyvää hakkerointia!