En begynderguide til mikrokontrollere: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hvad har fjernbetjeninger, routere og robotter alle til fælles? Mikrokontroller! I disse dage er nybegyndervenlige mikrokontroller nemme at bruge og programmere med kun en bærbar computer, et USB-kabel og noget (gratis) open source-software. Woohoo !! Alle projekter, her kommer vi!

Fangsten? Der er ligesom 4324302* forskellige mikrokontrollere, og det kan være skræmmende at komme i gang, især hvis du bare kommer til elektronik. Hvor fanden starter du ?!

Lige her, bbies, jeg fik chu. Uanset om du ønsker at bygge nogle fede elektroniske projekter, lære programmering/teknologi eller ønsker at lære andre om elektronik, vil denne vejledning hjælpe dig med at finde ud af, hvilken mikrokontroller der passer bedst til dine behov, mål og budgetter. Yay! Lad os komme igang!

Læsetid: ~ 20 min

*Ok, ok, måske ikke *så *mange, men bestemt et par dusin!

Trin 1: Vent…. Hvad er en mikrokontroller?

Måske har du set dette ord og var som "wtf", men følte dig ikke behagelig nok til at spørge*. Helt fint, her er en hurtig oversigt:

En mikrokontroller er en "simpel computer", der kører et program i en loop. De er designet til at udføre en enkelt, specifik opgave.

I denne vejledning fokuserer vi på mikrokontrollere, der har udbrudstavler, eller et kort, der gør det lettere at oprette forbindelse til og programmere mikrokontrolleren.

På et breakout -kort er mikrokontrollerstifterne loddet til et printkort ("PCB"), headere eller andre stik tilføjes til printkortet, og nogle grundlæggende firmware eller permanent software indlæses for at forberede mikrokontrolleren til at modtage signaler.

*Spørgsmål er altid gode, selvom de er "dumme" eller "n00by", bare find et sikkert sted - som Instructables!

Trin 2: Hvad er forskellen mellem Raspberry Pi og en mikrokontroller?

Raspberry Pi er ikke kun lille og yndig, det er også en fuldgyldig computer!: D

Computere har mikroprocessorer OG mikrokontrollere, der arbejder sammen for at udføre mange opgaver på én gang.

Mikroprocessoren er det, der gør "tunge løft" i en computer. Det udfører de instruktioner og beregninger, der får computeren til at fungere. Mikroprocessorer er meget hurtigere end mikrokontrollere, men de har brug for eksterne ressourcer som RAM, Input/Output-porte osv., Hvorimod en mikrokontroller typisk er selvstændig.

Computere (som har input og output, lagring og behandling) kan køre flere programmer ad gangen - du kan surfe på internettet, huske gamle fotos, skrive et papir og have ligesom 1000 faner åbne på samme tid! Mikrokontrollere … ikke så meget. Du kan gøre en af disse ting, men ikke alle.

For at lære mere om Raspberry Pi, tjek det sidste afsnit af denne vejledning!

Trin 3: Arduino (Uno)

En robust, open-source mikrokontroller og programmeringsmiljø designet til begyndere med en vis viden om kredsløb.

Anbefalede aldre: 12+ (for børn, der er komfortable med programmering og algebra)

Sværhedsgrad: Mellem

Gennemsnitlige omkostninger: ~ $ 35

Der er masser af forskellige typer Arduino -tavler. Dette er Arduino Uno, der passer bedst til begyndere! Der er tavler, der er større, mindre, bærbare og til specialbrugstilfælde som robotik.

At være fortrolig med Arduino -tavler og programmeringskort godt til projekter og karriere inden for datalogi, teknik og design.

Hardware -funktioner

• Arduino Uno har 14 digitale indgange og udgange ("I/O"), 6 analoge I/O -ben, 2 udgangsstifter (3,3V og 5V) og 3 jordede (GND) ben.
• Strømindgang kan være alt fra 5 til 12 VDC

• ICSP-overskrifterne giver dig mulighed for at forbinde masser af forskellige tilføjelseskort kaldet "skjolde".

  For eksempel kan du tilføje et WiFi -skjold til at forbinde din Arduino til 'net

Programmeringssprog: Ledningsføring (kombination af C ++/behandling)

Eksempelprojekt: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Køb/Lær mere: Arduino -websted

Trin 4: Micro: Bit

En venlig lil 'mikrokontroller, der er praktisk til børn og folk, der lige er begyndt med kodning og hardware.

Anbefalet alder: 8+ (eller børn komfortable med kredsløb og enkle værktøjer)

Vanskelighed: Begynder

Gennemsnitlige omkostninger: ~ $ 15

Micro: Bit er et fantastisk værktøj til at begynde at lære at kode, lære andre, især folkeskoleelever, at kode og lave enkle og hurtige elektroniske prototyper.

Micro: Bit er et samarbejde mellem Microsoft og BBC om at bringe uddannelsescomputere ind i klasseværelser rundt om i verden.

Hardware funktioner:

• Micro: Bit har 3 digitale og analoge I/O -ben, 1 udgangsstik (3,3V) og 1 jord (GND) -stift
• Strømindgang skal være 3-5 VDC via mikro -USB -kabel eller batteripakke.

• Det har også masser af indbyggede input, output og sensorer!

  • 5x5 (25) LED -matrix
  • To (2) trykknapper (A, B)
  • Radiosender og modtager
  • Accelerometer
  • Kompas
  • Lys- og temperatursensorer
• For flere I/O -ben, tag en Micro: Bit breakout!

Programmeringssprog: Blokbaseret eller Javascript (www. MakeCode.org); kan også bruge CircuitPython

Eksempelprojekt: Text Messenger Puppet!

Køb/Lær mere: Micro: Bit -websted

Trin 5: Circuit Playground Express

En alsidig mikrokontroller, der er fantastisk til børn og folk, der lige er begyndt med kodning og hardware.

Bemærk: Der er også Circuit Playground Classic - hardwaren er næsten identisk, men dette kort er programmeret i Arduino IDE.

Anbefalet alder: 8+ (eller børn komfortable med kredsløb og enkle værktøjer)

Vanskelighed: Begynder

Gennemsnitlige omkostninger: ~ $ 25

Circuit Playground Express eller CPX er et nyttigt værktøj til at lære at kode, lære andre at kode og lave hurtige prototyper til både begyndere og eksperter.

Circuit Playground Express er en kraftfuld og alsidig mikrokontroller skabt af Adafruit Industries.

Hardware -funktioner

• CPX har 7 Digital/Analog Input & Output ("I/O") ringe, der også er kapacitive berøring!

  • 1 "sand" analog I/O -ring
  • 2 Power out ring (3.3V)
  • 3 Jordede (GND) stifter
• Strømindgang skal være 3-5 VDC via mikro -USB -kabel eller batteripakke.

• Der er også masser af indbyggede input, output og sensorer!

  • 10 Mini Neopixels (kan være i alle farver)
  • 2 trykknapper (A, B)
  • 1 Skubkontakt

  • Infrarød sender og modtager

    Kan modtage/transmittere fjernbetjeningskoder, sende besked mellem CPX'er og fungere som en afstandssensor

  • Accelerometer
  • Lydsensor og minihøjttaler
  • Lys- og temperatursensorer

Programmeringssprog: Blokbaseret eller Javascript (www. MakeCode.org); kan også bruge CircuitPython og ledninger (Arduino IDE)

Eksempelprojekt: Minecraft Gesture Controller!

Køb/Lær mere: Adafruit Industries

Trin 6: Makey Makey

En interaktiv introduktionsmikrokontroller, der er fantastisk til unge børn og folk, der er nye inden for elektronik og kodning, især for dem, der ønsker at lege med teknologi uden at skulle bygge kredsløb og kode.

Anbefalet alder: 5+ (eller børn komfortable med enkle værktøjer)

Vanskelighed: Begynder

Gennemsnitlige omkostninger: ~ $ 50

Makey Makey er et godt første skridt inden for elektronik og teknologi - ingen programmering nødvendig! Tilslut alligatorklemmer til puderne, og tilslut derefter noget noget ledende materiale, f.eks. Hænder, frugt eller metalgenstande, for at udløse bestemte tastatur- og musetaster.

Makey Makey er et Arduino-kompatibelt kort, hvilket betyder, at du også kan omprogrammere det ved hjælp af Arduino Integrated Development Environment ("IDE").

Hardware -funktioner

• Makey Makey har seks (6) kapacitive berøringspuder på forsiden af brættet:

  • Fire styrer tastaturets piletaster,
  • Man styrer mellemrumstasten, og
  • Den ene styrer venstre museklik.

• På bagsiden af brættet er headerstifter til flere kontroller (også kapacitiv berøring):

  • Seks (6) ben, der knyttes til bogstaver,
  • Fire (4) ben, der knyttes til pile,
  • To (2) ben, der knyttes til musetaster, og
  • En (1) pin, der tilknyttes mellemrumstasten.
  • Der er også tre (3) generelle I/O -ben, en 5V power pin og en jordstift.

Programmeringssprog: Ikke relevant for begyndere; kan skrive Scratch-programmer (blokbaseret); kan omprogrammere i ledninger (Arduino IDE)

Eksempelprojekter

Begynder: Gulvklaver

Intermediate: Interactive Survey Game!

Køb/Lær mere: Makey Makeys websted

Trin 7: Andre fælles bestyrelser

Der er waaaay for mange mikrokontrollere til at dække i en selvstudie. Hvis du har et super specifikt specialbehov, er der sandsynligvis en mikrokontroller til det (ligesom apps!). For at få en fornemmelse af nogle af de andre tavler, der ikke er nævnt i denne vejledning, kan du læse oversigterne over SparkFun Electronics og Adafruit Industries og/eller spørge folk i feltet!

Her er et par af mine favoritter:

Partikel foton

Ligesom Arduino Nano er Photon en WiFi -tilsluttet mikrokontroller, der kan programmeres trådløst. Den nemmeste opsætning bruger en (gratis) smartphone -app, men hvis kan også programmeres direkte via USB på næsten samme sprog som Arduino*.

Anbefalede aldre: 12+ (eller børn komfortable m/ kredsløb og kodning)

Sværhedsgrad: Mellem

Omkostninger: ~ $ 20

For mere information og for at få Photon -opsætningen, besøg Particle online butik her.

Programmeringssprog: Ledningsføring (mere eller mindre)

Eksempel på projekt

IoT Industrial Scale

*Ledninger er koderammen, så de fleste Arduino -koder fungerer uden ændringer. Kan også skrive i C/C ++ eller ARM -samling

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

En super lille, super billig (og i øjeblikket meget populær i IoT* -samfundet) WiFi -mikrokontroller. Du skal bruge et FTDI- eller konsolkabel. Du kan bruge Arduino IDE til at programmere dette kort eller NodeMCUs Lua -tolk.

Anbefalede aldre: 14+ (eller børn komfortable med hardware og software)

Vanskelighed: Mellem ++

Omkostninger: ~ $ 10

For mere information, besøg HUZZAH Adafruit -produktsiden.

(SparkFun har også et lignende bord, "ESP8266 Thing", som du kan finde her for ~ $ 15.)

Programmeringssprog: Lua (ligesom Python) eller ledninger (Arduino IDE)

*IoT står for "Internet of Things", som er udtrykket, der refererer til tilslutning og styring af forskellige hardwareenheder, som sensorer og husholdningselektronik, til Internettet.

Adafruit Trinket M0

En lillebitte, men alligevel kraftfuld mikrokontroller, der slører grænserne mellem computer og mikrokontroller (den har en ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0-processor). Det kan programmeres med Circuit Python eller i Arudino IDE.

Anbefalede aldre: 14+ (eller børn komfortable med hardware og software)

Sværhedsgrad: Mellem

Omkostninger: ~ $ 9

For mere information, besøg Adafruit -produktsiden til Trinket M0.

Programmeringssprog: CircuitPython eller ledninger (Arduino IDE)

Der er TONS af andre M0 -kort, der i omfang svarer til Arduino Zero -mikrokontroller, der kan tilsluttes. Hvis dette ikke passer til dine behov eller din smag, skal du søge rundt på Adafruit- og SparkFun -webstederne!

Trin 8: Bærbare mikrokontroller

Der er også en håndfuld mikrokontrollere designet til bærbare projekter!

Det, der gør disse specielle, er, at de kan vaskes, så du ikke behøver at rive dem ud af det fantastiske projekt, du lavede (men fjern batteriet!).

Bærbare mikrokontroller har også særlige I/O -ben, der gør det lettere at sy i tøj og sy kredsløb med ledende tråd. Her er et par af mine favoritter:

Adafruit FLORA

En cirkulær sybar mikrokontroller med 14 ind- og udgange. Kan vaskes (men fjern batteriet).

Anbefalede aldre: 12+ (eller børn komfortable m/ kredsløb og kodning)

Sværhedsgrad: Mellem

Omkostninger: $ 15

Programmeringssprog: Ledningsføring (Arduino IDE)

For mere information, besøg Adafruit FLORA -produktsiden.

Arduino Gemma

En lille lille sybar mikrokontroller med 3 indgange og udgange. Perfekt til at skjule, forbinde til små genstande og skabe smykker.

Anbefalet alder: 12+

Sværhedsgrad: Mellem

Omkostninger: ~ $ 5

Programmeringssprog: Ledningsføring (Arduino IDE)

For mere information, besøg Arduino Gemma -produktsiden.

Arduino Lilypad

En cirkulær sybar mikrokontroller med 14 tilgængelige indgange og udgange.

Anbefalet alder: 12+

Sværhedsgrad: Mellem

Omkostninger: ~ $ 25

Programmeringssprog: Ledningsføring (Arduino IDE)

For mere information, besøg SparkFun -produktsiden for Lilypad.

Trin 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, eller kort sagt Pi, er en computer i kreditkortstørrelse*, der kører en særlig version af Linux og kan programmeres til at styre hardware.

Anbefalede aldre: 12+Eller børn, der er komfortable med kodning og algebra

Vanskelighed: Mellem (let som en computer)

Gennemsnitlige omkostninger: ~ $ 35

Raspberry Pi -computeren, eller kort sagt Pi, kan bruges som en "standard" computer eller som controller til alle slags hardware -projekter. Det er en fantastisk første computer, som børn kan bruge og lære at kode på, og bruges i vid udstrækning af hardwareeksperter til at bygge alle slags elektroniske projekter, fra robotter til 3D -printere til hjemmeautomatiseringssystemer!

Raspberry Pi har ændret den måde, vi bygger elektronik på! Der er et par forskellige versioner, den seneste er Raspberry Pi 3 og Pi Zero, en miniatureversion af Pi 3 til kun $ 10.

Hardwareoversigt

• Det anbefalede operativsystem ("OS") er en særlig version af Linux kaldet Raspbian.

• Pi’en har 40 generelle input og output (”GPIO”) ben.

  • 26 digitale I/O -ben (ingen analog I/O)
  • 4 udgangsstifter (to 3,3V og to 5V)
  • 8 jordede (GND) stifter
  • 2 specialnåle (I2C ID EEPROM, kun avanceret brug)

• Pi har også de fleste standard computerfunktioner:

  • 4 USB -porte
  • 1 Ethernet -port
  • 1 HDMI -port
  • 1 lydstik
  • 1 Kameramodulport

Programmeringssprog (til GPIO -pins): Python eller C ++

Da dette er en fuld computer, kan du programmere på hvilket sprog du vil, herunder programmering af andre mikrokontrollere!

Eksempelprojekter

IoT Pet Monitor!

Impact Force Monitor

Køb/mere information: Raspberry Pi Foundation

*Pi'en kan bruges på samme måde som en standard mikrokontroller OG kan også styre mikrokontroller! Grundlæggende er Pi super fantastisk, og jeg * skal * inkludere den, selvom det teknisk set er en computer:)

Trin 10: Endelige tanker

Hvis du lige er begyndt og vil bygge alle mulige projekter, vil jeg anbefale Circuit Playground Express. Det er super let at komme i gang og har masser af indbyggede gadgets.

Hvis du er super interesseret i computernetværk, AI eller forbinder ting til internettet (f.eks. At lave et "Smart Home"), vil jeg foreslå Raspberry Pi.

Hvis du vil have et robust, stabilt og pålideligt bord til at bygge en lang række projekter, skal du gå med en Arduino.

Hvis du stadig ikke aner, hvor du skal starte og er totalt skræmt, skal du starte med Micro: Bit - det er kun $ 15 og har masser af sjove ting at spille med. Plus, hvis du får en til din ven, kan du sende lil 'beskeder frem og tilbage:)

Det bedste råd, jeg kan give dig, er at finde et projekt, du brænder for og bygge det! Der er masser af tutorials online, så søg rundt efter en, der har bygget det samme eller lignende projekt. Byg ud af deres fund og juster, som du vil!

Og lad selvfølgelig alle relaterede spørgsmål stå i kommentarerne, og jeg vil gøre mit bedste for at hjælpe!

Glad hacking!