Przewodnik dla początkujących po mikrokontrolerach: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Co mają wspólnego piloty, routery i roboty? Mikrokontrolery! W dzisiejszych czasach mikrokontrolery przyjazne dla początkujących są łatwe w użyciu i programowaniu za pomocą laptopa, kabla USB i (bezpłatnego) oprogramowania typu open source. Hurra!! Wszystkie projekty, nadchodzimy!

Połów? Są jak 4324302* różne mikrokontrolery i rozpoczęcie pracy może być trudne, zwłaszcza jeśli dopiero zaczynasz przygodę z elektroniką. Od czego do cholery zaczynasz?!

Tutaj, bbies, mam chu. Niezależnie od tego, czy chcesz budować fajne projekty elektroniczne, uczyć się programowania/technologii, czy też chcesz uczyć innych o elektronice, ten samouczek pomoże ci dowiedzieć się, jaki mikrokontroler jest odpowiedni dla twoich potrzeb, celów i budżetu. Tak! Zacznijmy!

Czas czytania: ~ 20 min

*Ok, ok, może nie *tak* wielu, ale na pewno kilkadziesiąt!

Krok 1: Poczekaj…. Co to jest mikrokontroler?

Być może widziałeś to słowo i pomyślałeś „wtf”, ale nie czułeś się na tyle komfortowo, by zapytać*. Całkowicie w porządku, oto krótkie podsumowanie:

Mikrokontroler to „prosty komputer”, który uruchamia jeden program w pętli. Przeznaczone są do wykonywania jednego, konkretnego zadania.

W tym przewodniku skupimy się na mikrokontrolerach wyposażonych w płytki typu breakout lub płytkę, która ułatwia łączenie się z mikrokontrolerem i jego programowanie.

Na płytce zaciskowej styki mikrokontrolera są lutowane do płytki drukowanej („PCB”), nagłówki lub inne złącza są dodawane do płytki drukowanej, a niektóre podstawowe oprogramowanie układowe lub stałe oprogramowanie jest ładowane w celu przygotowania mikrokontrolera do odbioru sygnałów.

*Pytania są zawsze dobre, nawet jeśli są „głupie” lub „n00by”, po prostu znajdź bezpieczną przestrzeń - jak Instructables!

Krok 2: Jaka jest różnica między Raspberry Pi a mikrokontrolerem?

Raspberry Pi jest nie tylko małe i urocze, to także pełnowartościowy komputer!:D

Komputery mają mikroprocesory ORAZ mikrokontrolery, które współpracują ze sobą, aby wykonywać wiele zadań jednocześnie.

Mikroprocesor jest tym, co „ciężko podnosi” w komputerze. Wykonuje instrukcje i obliczenia, dzięki którym komputer działa. Mikroprocesory są znacznie szybsze niż mikrokontrolery, ale wymagają zasobów zewnętrznych, takich jak pamięć RAM, porty wejścia/wyjścia itp., podczas gdy mikrokontroler jest zazwyczaj samowystarczalny.

Komputery (które mają wejścia i wyjścia, pamięć i przetwarzanie) mogą uruchamiać wiele programów jednocześnie – możesz surfować po Internecie, wspominać stare zdjęcia, pisać pracę i mieć otwartych 1000 kart jednocześnie! Mikrokontrolery… nie tak bardzo. Możesz zrobić jedną z tych rzeczy, ale nie wszystkie.

Aby dowiedzieć się więcej o Raspberry Pi, zapoznaj się z ostatnią sekcją tego samouczka!

Krok 3: Arduino (Uno)

Solidny mikrokontroler typu open source i środowisko programistyczne przeznaczone dla początkujących z pewną wiedzą na temat obwodów.

Zalecany wiek: 12+ (lub dzieci, które dobrze sobie radzą z programowaniem i algebrą)

Poziom trudności: średniozaawansowany

Średni koszt: ~ 35 USD

Istnieje wiele różnych typów płytek Arduino. Oto Arduino Uno, najlepiej dopasowane dla początkujących! Istnieją tablice, które są większe, mniejsze, nadające się do noszenia i do specjalnych zastosowań, takich jak robotyka.

Znajomość płyt Arduino i programowania dobrze odwzorowuje projekty i kariery w informatyce, inżynierii i projektowaniu.

Funkcje sprzętowe

• Arduino Uno ma 14 pinów wejść i wyjść cyfrowych ("I/O"), 6 pinów analogowych I/O, 2 piny Power Out (3.3V i 5V) i 3 piny uziemienia (GND).
• Wejście zasilania może wynosić od 5 do 12 VDC

• Nagłówki ICSP pozwalają na podłączenie tony różnych płyt dodatkowych zwanych „osłonami”.

  Na przykład możesz dodać osłonę WiFi, aby połączyć Arduino z siecią

Język programowania: okablowanie (kombinacja C++/przetwarzanie)

Przykładowy projekt: Motion-Reactive Gra Wstrząsnąć labiryntem!

Kup/Dowiedz się więcej: Strona Arduino

Krok 4: Mikro:Bit

Przyjazny mały mikrokontroler przydatny dla dzieci i osób dopiero zaczynających pracę z kodowaniem i sprzętem.

Zalecany wiek: 8+ (lub dzieci, które czują się komfortowo z obwodami i prostymi narzędziami)

Poziom trudności: początkujący

Średni koszt: ~15 USD

Micro:Bit to świetne narzędzie do nauki kodowania, uczenia innych, zwłaszcza uczniów szkół podstawowych, kodowania oraz tworzenia prostych i szybkich elektronicznych prototypów.

Micro:Bit to efekt współpracy Microsoftu i BBC, który ma na celu wprowadzenie komputerów edukacyjnych do klas na całym świecie.

Funkcje sprzętowe:

• Micro:Bit ma 3 cyfrowe i analogowe piny we/wy, 1 pin wyjścia zasilania (3.3V) i 1 pin uziemienia (GND)
• Wejście zasilania powinno wynosić 3 - 5 VDC za pośrednictwem kabla micro USB lub złącza akumulatora.

• Ma również wiele wbudowanych wejść, wyjść i czujników!

  • 5x5 (25) matryca LED
  • Dwa (2) przyciski (A, B)
  • Nadajnik i odbiornik radiowy
  • Akcelerometr
  • Kompas
  • Czujniki światła i temperatury
• Aby uzyskać więcej pinów we/wy, skorzystaj z przełomu Micro:Bit!

Język programowania: blokowy lub Javascript (www. MakeCode.org); może również używać CircuitPythona

Przykładowy projekt: Kukiełkowy komunikator tekstowy!

Kup/Dowiedz się więcej: Witryna Micro:Bit

Krok 5: Ekspresowy plac zabaw dla dzieci

Wszechstronny mikrokontroler, idealny dla dzieci i osób, które dopiero zaczynają przygodę z kodowaniem i sprzętem.

Uwaga: Istnieje również Circuit Playground Classic – sprzęt jest prawie identyczny, ale ta płytka jest zaprogramowana w Arduino IDE.

Zalecany wiek: 8+ (lub dzieci wygodne z obwodami i prostymi narzędziami)

Poziom trudności: początkujący

Średni koszt: ~ 25 USD

Circuit Playground Express lub CPX to pomocne narzędzie do nauki kodowania, uczenia innych kodowania i tworzenia szybkich prototypów zarówno dla początkujących, jak i dla ekspertów.

Circuit Playground Express to potężny i wszechstronny mikrokontroler stworzony przez Adafruit Industries.

Funkcje sprzętowe

• CPX posiada 7 pierścieni wejść i wyjść cyfrowych/analogowych („I/O”), które są również pojemnościowe!

  • 1 "prawdziwy" analogowy pierścień we/wy
  • 2 Pierścień wyjścia zasilania (3,3 V)
  • 3 piny uziemienia (GND)
• Wejście zasilania powinno wynosić 3 - 5 VDC za pośrednictwem kabla micro USB lub złącza akumulatora.

• Istnieje również mnóstwo wbudowanych wejść, wyjść i czujników!

  • 10 Mini Neopikseli (może mieć wszystkie kolory)
  • 2 przyciski (A, B)
  • 1 przełącznik suwakowy

  • Nadajnik i odbiornik podczerwieni

    Może odbierać/przesyłać kody zdalnego sterowania, wysyłać wiadomości między CPX i działać jako czujnik odległości;

  • Akcelerometr
  • Czujnik dźwięku i mini głośnik
  • Czujniki światła i temperatury

Język programowania: blokowy lub Javascript (www. MakeCode.org); może również korzystać z CircuitPython i Wiring (Arduino IDE)

Przykładowy projekt: Kontroler gestów Minecraft!

Zakup/dowiedz się więcej:Adafruit Industries

Krok 6: Makey Makey

Interaktywny mikrokontroler wprowadzający, idealny dla małych dzieci i osób, które dopiero zaczynają przygodę z elektroniką i kodowaniem, zwłaszcza dla tych, którzy chcą bawić się technologią bez konieczności budowania obwodów i kodu.

Zalecany wiek: 5+ (lub dzieci wygodne dzięki prostym narzędziom)

Poziom trudności: początkujący

Średni koszt: ~50 USD

Makey Makey to świetny pierwszy krok w stronę elektroniki i technologii - nie wymaga programowania! Podłącz zaciski krokodylkowe do podkładek, a następnie podłącz dowolny materiał przewodzący, taki jak ręce, owoce lub metalowe przedmioty, aby uruchomić określone klawisze klawiatury i myszy.

Makey Makey jest płytą zgodną z Arduino, co oznacza, że można ją również przeprogramować za pomocą zintegrowanego środowiska programistycznego Arduino ("IDE").

Funkcje sprzętowe

• Makey Makey ma sześć (6) pojemnościowych paneli dotykowych z przodu deski:

  • Cztery kontroluj klawisze strzałek na klawiaturze,
  • Jeden kontroluje spację i
  • Jeden kontroluje lewy przycisk myszy.

• Z tyłu płytki znajdują się styki nagłówka dla większej liczby elementów sterujących (także pojemnościowy dotyk):

  • Sześć (6) szpilek, które odwzorowują litery,
  • Cztery (4) szpilki mapujące na strzałki,
  • Dwa (2) szpilki, które są mapowane na klawisze myszy, oraz
  • Jeden (1) pin, który mapuje do klawisza spacji.
  • Istnieją również trzy (3) ogólne styki we/wy, pin zasilania 5 V i pin uziemienia.

Język programowania: nie dotyczy początkujących; potrafi pisać programy typu Scratch (oparte na blokach); można przeprogramować w Wiring (Arduino IDE)

Przykładowe projekty

Początkujący: fortepian podłogowy

Średniozaawansowany: interaktywna gra ankietowa!

Kup/Dowiedz się więcej: strona internetowa Makey Makey

Krok 7: Inne wspólne tablice

W jednym samouczku jest o wiele za dużo mikrokontrolerów. Jeśli masz bardzo specyficzne potrzeby, prawdopodobnie jest do tego mikrokontroler (podobnie jak aplikacje!). Aby poznać niektóre inne tablice niewymienione w tym samouczku, przejrzyj wykazy SparkFun Electronics i Adafruit Industries i/lub zapytaj ludzi w tej dziedzinie!

Oto kilka moich ulubionych:

Foton cząstek

Podobnie jak Arduino Nano, Photon jest mikrokontrolerem podłączonym do sieci Wi-Fi, który można programować bezprzewodowo. Najłatwiejsza konfiguracja wykorzystuje (bezpłatną) aplikację na smartfona, ale można ją również zaprogramować bezpośrednio przez USB w prawie tym samym języku, co Arduino*.

Zalecany wiek: 12+ (lub dzieci wygodne z obwodami i kodowaniem)

Poziom trudności: średniozaawansowany

Koszt: ~20zł

Aby uzyskać więcej informacji i uzyskać konfigurację Photona, odwiedź sklep internetowy Particle tutaj.

Język programowania: okablowanie (mniej więcej)

Przykładowy projekt

Skala przemysłowa IoT

*Okablowanie to szkielet kodu, więc większość kodu Arduino będzie działać bez modyfikacji. Potrafi również pisać w C/C++ lub ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Super mały, super tani (i obecnie bardzo popularny w społeczności IoT*) mikrokontroler WiFi. Będziesz potrzebował kabla FTDI lub konsoli. Możesz użyć Arduino IDE do zaprogramowania tej płyty lub interpretera Lua NodeMCU.

Zalecany wiek: 14+ (lub dzieci wygodne ze sprzętem i oprogramowaniem)

Poziom trudności: średniozaawansowany++

Koszt: ~10 USD

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź stronę produktu HUZZAH Adafruit.

(SparkFun ma również podobną płytę, „ESP8266 Thing”, którą można znaleźć tutaj za ~15 USD.)

Język programowania: Lua (coś jak Python) lub Wiring (Arduino IDE)

*IoT to skrót od „Internet of Things”, który jest terminem odnoszącym się do łączenia i kontrolowania różnych urządzeń sprzętowych, takich jak czujniki i sprzęt RTV, z Internetem.

Ozdoba Adaowocowa M0

Malutki, ale potężny mikrokontroler, który zaciera granice między komputerem a mikrokontrolerem (posiada 32-bitowy procesor ATSAMD21E18 Cortex M0). Może być programowany w Circuit Python lub w Arudino IDE.

Zalecany wiek: 14+ (lub dzieci wygodne ze sprzętem i oprogramowaniem)

Poziom trudności: średniozaawansowany

Koszt: ~9 USD

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź stronę produktu Adafruit dla Trinket M0.

Język programowania: CircuitPython lub Wiring (Arduino IDE)

Istnieje TONA innych płyt M0, podobnych w zakresie do podłączanych mikrokontrolerów Arduino Zero. Jeśli to nie odpowiada Twoim potrzebom lub upodobaniu, poszukaj na stronach internetowych Adafruit i SparkFun!

Krok 8: Poręczne mikrokontrolery

Istnieje również garść mikrokontrolerów przeznaczonych do projektów ubieralnych!

To, co czyni je wyjątkowymi, to to, że można je prać, więc nie musisz wyrywać ich z niesamowitego projektu, który wykonałeś (ale wyjmij baterię!).

Mikrokontrolery do noszenia mają również specjalne szpilki I/O, które ułatwiają wszycie odzieży i obszycie obwodów przewodzącą nitką. Oto kilka moich ulubionych:

Adafruit FLORA

Okrągły szylny mikrokontroler z 14 wejściami i wyjściami. Można prać (ale definitywnie wyjmij baterię).

Zalecany wiek: 12+ (lub dzieci wygodne z obwodami i kodowaniem)

Poziom trudności: średniozaawansowany

Koszt: $15

Język programowania: Okablowanie (Arduino IDE)

Więcej informacji na stronie produktu Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Mały, szylny mikrokontroler z 3 wejściami i wyjściami. Idealny do ukrywania, łączenia z małymi przedmiotami i tworzenia biżuterii.

Zalecany wiek: 12+

Poziom trudności: średniozaawansowany

Koszt: ~5 USD

Język programowania: Okablowanie (Arduino IDE)

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź stronę produktu Arduino Gemma.

Lilypad Arduino

Okrągły mikrokontroler szylny z 14 dostępnymi wejściami i wyjściami.

Zalecany wiek: 12+

Poziom trudności: średniozaawansowany

Koszt: ~25 USD

Język programowania: Okablowanie (Arduino IDE)

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź stronę produktu SparkFun dla Lilypad.

Krok 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, w skrócie Pi, to komputer wielkości karty kredytowej*, który obsługuje specjalną wersję systemu Linux i można go zaprogramować do sterowania sprzętem.

Zalecany wiek: 12+ Lub dzieci dobrze z kodowaniem i algebrą

Poziom trudności: średniozaawansowany (łatwy jak komputer)

Średni koszt: ~ 35 USD

Komputer Raspberry Pi, lub w skrócie Pi, może być używany jako „standardowy” komputer lub jako kontroler dla wszelkiego rodzaju projektów sprzętowych. Jest to świetny pierwszy komputer, na którym dzieci mogą używać i uczyć się programowania, i jest szeroko stosowany przez ekspertów od sprzętu do budowania wszelkiego rodzaju projektów elektronicznych, od robotów przez drukarki 3D po systemy automatyki domowej!

Raspberry Pi zmieniło sposób, w jaki budujemy elektronikę! Istnieje kilka różnych wersji, najnowsza to Raspberry Pi 3 i Pi Zero, miniaturowa wersja Pi 3 za jedyne 10 USD.

Przegląd sprzętu

• Zalecany system operacyjny („OS”) to specjalna wersja systemu Linux o nazwie Raspbian.

• Pi ma 40 pinów wejścia i wyjścia ogólnego przeznaczenia („GPIO”).

  • 26 cyfrowych pinów we/wy (bez analogowych we/wy)
  • 4 piny wyjścia zasilania (dwa 3,3 V i dwa 5 V)
  • 8 pinów uziemienia (GND)
  • 2 piny specjalne (I2C ID EEPROM, tylko do użytku zaawansowanego)

• Pi ma również większość standardowych funkcji komputera:

  • 4 porty USB
  • 1 port Ethernet
  • 1 port HDMI
  • 1 gniazdo audio
  • 1 port modułu kamery

Język programowania (dla pinów GPIO): Python lub C++

Ponieważ jest to pełny komputer, możesz programować w dowolnym języku, w tym programować inne mikrokontrolery!

Przykładowe projekty

Monitor zwierząt domowych IoT!

Monitor siły uderzenia

Zakup/więcej informacji: Fundacja Raspberry Pi

*Pi może być używany podobnie do standardowego mikrokontrolera ORAZ może również sterować mikrokontrolerami! Zasadniczo Pi jest super niesamowite i *muszę* je uwzględnić, nawet jeśli technicznie jest to komputer:)

Krok 10: Końcowe myśli

Jeśli dopiero zaczynasz i chcesz budować różnego rodzaju projekty, polecam Circuit Playground Express. Jest bardzo łatwy do uruchomienia i ma mnóstwo wbudowanych gadżetów.

Jeśli jesteś bardzo zainteresowany sieciami komputerowymi, sztuczną inteligencją lub łączeniem rzeczy z Internetem (np. Tworzenie "inteligentnego domu"), sugeruję Raspberry Pi.

Jeśli chcesz solidnej, stabilnej i niezawodnej płyty do budowy szerokiej gamy projektów, wybierz Arduino.

Jeśli nadal nie masz pojęcia, od czego zacząć i jesteś całkowicie onieśmielony, zacznij od Micro:Bit – to tylko 15 USD i ma wiele odlotowych rzeczy do zabawy. Dodatkowo, jeśli zdobędziesz jeden dla swojego przyjaciela, możesz wysyłać małe wiadomości tam iz powrotem:)

Najlepszą radą, jaką mogę Ci dać, jest znalezienie projektu, który Cię pasjonuje i zbudowanie go! Istnieje mnóstwo samouczków online, więc poszukaj kogoś, kto zbudował ten sam lub podobny projekt. Opieraj się na ich odkryciach i dostosowuj, jak chcesz!

I oczywiście zostaw wszelkie powiązane pytania w komentarzach, a postaram się pomóc!

Miłego hackowania!