رایانه آردوینو: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

اگرچه میکروکنترلر یک رایانه روی یک تراشه با پردازنده یکپارچه ، حافظه و لوازم جانبی ورودی/خروجی است ، اما هنوز برای یک دانش آموز متفاوت است ، اما تقریباً هیچ تفاوتی با سایر مدارهای مجتمع DIP ندارد. بنابراین ، ما یک پروژه "Arduino PC" را به عنوان تکلیف برای دانش آموزان دبیرستانی که در دوره "الکترونیک دیجیتال" شرکت می کنند طراحی کردیم. برای دستیابی به الزامات پروژه معین (در زیر مورد بحث قرار می گیرد) ، آنها نیاز به طراحی و شبیه سازی مدار الکترونیکی در Tinkercad دارند. هدف این است که دانش آموزان بتوانند میکروکنترلرها را به عنوان یک کامپیوتر تمام عیار (هر چند در محدودیت قابلیت) ببینند که می تواند با صفحه کلید سفارشی و LCD (صفحه نمایش کریستال مایع) استفاده شود. همچنین به ما این امکان را می دهد که توانایی آنها را در استفاده از مفاهیم آموخته شده در کلاس بررسی کنیم.

برای این پروژه تعیین تکلیف ، ما Tinkercad را توصیه می کنیم تا دانش آموزان برای آزمایش قطعات به آزمایشگاه الکترونیک دیجیتال نچسبند و بتوانند به راحتی خود کار کنند. همچنین ، برای مربیان آسان است که وضعیت پروژه هر دانش آموز را از طریق Tinkercad هنگامی که توسط آنها به اشتراک گذاشته می شود ، پیگیری کنند.

این پروژه از دانش آموزان می خواهد که:

1. طراحی یک صفحه کلید سفارشی با 15 کلید ورودی (10 کلید برای رقم 0-9 و 5 برای دستورالعمل +، -، x ، / و =) و حداکثر 4 پین اتصال دهنده (داده) (جدا از 2 پین مورد استفاده برای تأمین منبع تغذیه) برای ارسال ورودی به Arduino Uno.
2. رابط LCD با آردوینو Uno.
3. کد ساده ای برای Arduino Uno بنویسید تا کلید فشرده را تفسیر کرده و روی LCD نمایش دهد.
4. برای انجام عملیات ساده ریاضی (بیش از ورودی های عدد صحیح) با فرض اینکه همه ورودی ها و نتایج همیشه صحیح در محدوده -32 ، 768 تا 32 ، 767 هستند.

این پروژه به دانش آموزان در یادگیری کمک می کند

1. ورودی های مختلف را در کدهای باینری رمزگذاری کنید.
2. طراحی رمزگذار باینری با استفاده از مدار دیجیتال (این قلب طراحی مدار صفحه کلید است).
3. شناسایی (رمزگشایی) ورودی های فردی از رمزگذاری های باینری آنها.
4. کدهای آردوینو بنویسید.

تدارکات

پروژه مستلزم موارد زیر است:

1. دسترسی به رایانه شخصی با اتصال به اینترنت پایدار.
2. یک مرورگر مدرن که می تواند Tinkercad را پشتیبانی کند.
3. یک حساب Tinkercad.

مرحله 1: طراحی مدار صفحه کلید

طراحی مدار صفحه کلید یکی از اجزای اصلی پروژه است که از دانش آموزان می خواهد هر یک از 15 ورودی کلیدی را در الگوهای مختلف 4 بیتی کدگذاری کنند. اگرچه 16 الگوی متمایز 4 بیتی وجود دارد ، اما یک الگوی 4 بیتی منحصراً برای نشان دادن حالت پیش فرض ، یعنی زمانی که هیچ کلیدی فشار داده نمی شود ، مورد نیاز است. بنابراین در پیاده سازی ما ، 0000 (یعنی 0b0000) را به نمایندگی از حالت پیش فرض اختصاص دادیم. سپس ، ما ارقام اعشاری 1-9 را با نمای باینری 4 بیتی واقعی آنها (یعنی 0001 ، 0010 ، 0011 ، 0100 ، 0101 ، 0110 ، 0111 ، 1000 و 1001 به ترتیب) و رقم اعشاری 0 در 1010 (به عنوان مثال ، 0b1010). عملیات ریاضی '+' ، '-' ، 'x' ، '/' و '=' به ترتیب 1011 ، 1100 ، 1101 ، 1110 و 1111 کدگذاری شد.

با ثابت کردن رمزگذاری ها ، ما مدار را همانطور که در شکل نشان داده شده است طراحی کردیم ، جایی که کلیدها با سوئیچ ها (دکمه های فشار) نشان داده شده اند.

مرحله 2: رابط LCD

برای مشاهده خروجی Arduino Uno ، از LCD 16x2 استفاده می شود. مدار اتصال رابط LCD با آردوینو کاملاً استاندارد است. در واقع ، Tinkercad یک مدار Arduino Uno از پیش ساخته شده که دارای یک LCD 16x2 است را ارائه می دهد. با این حال ، ممکن است برخی از پین های Arduino Uno که با LCD متصل هستند را تغییر دهید تا سایر لوازم جانبی مانند صفحه کلید سفارشی که ما توسعه داده ایم را بهتر در خود جای دهد. در اجرای ما ، از مدار نشان داده شده در شکل استفاده کردیم.

مرحله 3: نوشتن کد برای Arduino Uno

برای تفسیر ورودی از صفحه کلید و نمایش نتیجه روی LCD ، باید دستورالعمل ها را در Arduino Uno بارگذاری کنیم. نوشتن کد برای آردوینو کاملاً به خلاقیت شخص بستگی دارد. به یاد داشته باشید که Atmega328p در Arduino Uno یک میکروکنترلر 8 بیتی است. بنابراین باید بداهه پردازی کرد تا بتواند سرریز را تشخیص دهد و برای تعداد زیادی کار کند. با این حال ، ما فقط می خواهیم تأیید کنیم که Arduino Uno می تواند ورودی را رمزگشایی کرده و بین اعداد (0-9) و دستورات ریاضی تمایز قائل شود. بنابراین ، ورودی های خود را به اعداد صحیح کوچک (-32 ، 768 تا 32 ، 767) محدود می کنیم در حالی که اطمینان داریم خروجی نیز در همان محدوده قرار می گیرد. علاوه بر این ، می توانید برای بررسی مسائل دیگر مانند خروج از دکمه کار کنید.

یک کد ساده که در اجرای پروژه از آن استفاده کردیم ضمیمه شده است. این را می توان کپی و در ویرایشگر کد در Tinkercad کپی کرد.

مرحله 4: همه چیز را کنار هم قرار دهید

در پایان ، ما پین های منبع تغذیه صفحه کلید را با آردوینو وصل کردیم و پایه های داده (که اطلاعات 4 بیتی را حمل می کنند) به پین های دیجیتال 10 ، 11 ، 12 و 13 وصل کردیم (به ترتیب که در کد آردوینو) ما همچنین یک LED (از طریق مقاومت 330 اهم) به هر یک از پین های داده متصل کردیم تا کدگذاری باینری هر کلید روی صفحه کلید را مشاهده کنید. در نهایت ، برای آزمایش سیستم ، دکمه "شروع شبیه سازی" را فشار می دهیم.