راهنمای مبتدی برای میکروکنترلرها: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

ریموت کنترل ها ، روترها و روبات ها چه ویژگی مشترکی دارند؟ میکروکنترلرها! این روزها ، استفاده از میکروکنترلرهای دوستدار مبتدی و لپ تاپ ، کابل USB و برخی نرم افزارهای منبع باز (رایگان) آسان است. وووو !! همه پروژه ها ، ما آمده ایم!

گرفتن؟ مانند ، 4324302* میکروکنترلرهای مختلف وجود دارد و شروع به کار می تواند دلهره آور باشد ، به خصوص اگر به تازگی وارد حوزه وسایل الکترونیکی شده اید. لعنتی را از کجا شروع می کنی ؟!

همینجا ، عزیزم ، من چو گرفتم. این که آیا به دنبال ایجاد برخی از پروژه های جالب الکترونیکی هستید ، برنامه نویسی/فناوری را یاد می گیرید یا می خواهید در مورد الکترونیک به دیگران آموزش دهید ، این آموزش به شما کمک می کند تا دریابید که میکروکنترلر مناسب نیازها ، اهداف و بودجه شما است. بله! بیایید شروع کنیم!

زمان خواندن: 20 دقیقه

*خوب ، خوب ، شاید نه *آنقدر زیاد ، اما قطعاً چند ده نفر!

مرحله 1: صبر کنید…. میکروکنترلر چیست؟

شاید شما این کلمه را دیده اید و شبیه "wtf" بوده اید اما آنقدر راحت نبوده اید که از*بپرسید. کاملاً خوب ، در اینجا یک توضیح سریع وجود دارد:

میکروکنترلر یک "کامپیوتر ساده" است که یک برنامه را در یک حلقه اجرا می کند. آنها برای انجام یک کار واحد و خاص طراحی شده اند.

در این راهنما ، ما بر روی میکروکنترلرهایی که دارای برد شکست هستند ، یا بردی که اتصال و برنامه ریزی میکروکنترلر را آسان تر می کند ، تمرکز می کنیم.

روی برد بریکت ، پین های میکروکنترلر به یک برد مدار چاپی ("PCB") لحیم می شوند ، هدرها یا اتصالات دیگر به PCB اضافه می شوند و برخی از سیستم عامل اصلی یا نرم افزارهای دائمی برای آماده سازی میکروکنترلر برای دریافت سیگنال بارگذاری می شوند.

*سوالات همیشه خوب هستند حتی اگر "گنگ" یا "n00by" باشند ، فقط یک فضای امن پیدا کنید - مانند دستورالعمل ها!

مرحله 2: تفاوت رزبری پای با میکروکنترلر چیست؟

رزبری پای نه تنها کوچک و دوست داشتنی است ، بلکه یک کامپیوتر تمام عیار است!: D

رایانه ها دارای ریزپردازنده ها و میکروکنترلرهایی هستند که با یکدیگر کار می کنند و کارهای زیادی را همزمان انجام می دهند.

ریزپردازنده همان چیزی است که "بلند کردن سنگین" را در رایانه انجام می دهد. دستورالعمل ها و محاسباتی را انجام می دهد که باعث می شود کامپیوتر کار کند. ریزپردازنده ها بسیار سریعتر از میکروکنترلرها هستند ، اما به منابع خارجی مانند RAM ، پورت های ورودی/خروجی و غیره نیاز دارند ، در حالی که میکروکنترلرها معمولاً خودگردان هستند.

رایانه ها (که دارای ورودی و خروجی ، ذخیره و پردازش هستند) می توانند چندین برنامه را همزمان اجرا کنند - می توانید در اینترنت گشت و گذار کنید ، با عکس های قدیمی خاطرات خود را مرور کنید ، مقاله بنویسید و 1000 زبانه همزمان باز شوند! میکروکنترلرها … نه چندان زیاد. شما می توانید یکی از این کارها را انجام دهید ، اما نه همه آنها.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد رزبری پای ، آخرین قسمت این آموزش را بررسی کنید!

مرحله 3: آردوینو (Uno)

یک میکروکنترلر قوی و منبع باز و محیط برنامه نویسی برای مبتدیان با دانش مدارها طراحی شده است.

رده های سنی توصیه شده: بالای 12 سال (بچه ها با برنامه نویسی و جبر راحت هستند)

دشواری: متوسط

هزینه متوسط: 35 دلار

انواع مختلفی از برد های آردوینو وجود دارد. این Arduino Uno است ، مناسب برای مبتدیان! تخته هایی بزرگتر ، کوچکتر ، پوشیدنی و برای موارد خاص مانند رباتیک وجود دارد.

آشنایی با بردها و برنامه نویسی آردوینو برای پروژه ها و مشاغل در علوم کامپیوتر ، مهندسی و طراحی.

ویژگی های سخت افزاری

• Arduino Uno دارای 14 پین ورودی و خروجی دیجیتال ("I/O") ، 6 پین I/O آنالوگ ، 2 پین Power Out (3.3V و 5V) و 3 پین زمینی (GND) است.
• ورودی برق می تواند بین 5 تا 12 VDC باشد

• سرصفحه های ICSP به شما این امکان را می دهد که تعداد زیادی تابلوی اضافی مختلف به نام "سپر" را به یکدیگر متصل کنید.

  به عنوان مثال ، می توانید یک سپر WiFi اضافه کنید تا Arduino خود را به شبکه متصل کنید

زبان برنامه نویسی: سیم کشی (ترکیبی از C ++/پردازش)

پروژه نمونه: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

خرید/بیشتر بدانید: وب سایت آردوینو

مرحله 4: میکرو: بیت

یک میکروکنترلر دوستانه lil برای کودکان و افراد تازه کار با کد نویسی و سخت افزار مفید است.

رده های توصیه شده: 8+ (یا بچه ها با مدارها و ابزارهای ساده راحت هستند)

مشکل: مبتدی

هزینه متوسط: 15 دلار

Micro: Bit یک ابزار عالی برای شروع یادگیری نحوه کدگذاری ، آموزش دیگران ، به ویژه دانش آموزان دبستانی ، نحوه کد نویسی و ساخت نمونه های اولیه ساده و سریع الکترونیکی است.

Micro: Bit همکاری مایکروسافت و بی بی سی برای آوردن رایانه های آموزشی به کلاس های درس در سراسر جهان است.

ویژگی های سخت افزاری:

• Micro: Bit دارای 3 پین ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ ، 1 پین خروجی (3.3 ولت) و 1 پین زمینی (GND) است
• ورودی برق باید 3 - 5 VDC از طریق کابل میکرو USB یا اتصال باتری باشد.

• همچنین دارای ورودی ، خروجی و حسگرهای داخلی زیادی است!

  • ماتریس LED 5x5 (25)
  • دو (2) دکمه (A ، B)
  • فرستنده و گیرنده رادیویی
  • شتاب سنج
  • قطب نما
  • سنسورهای نور و دما
• برای پین های ورودی/خروجی بیشتر ، Micro: Bit breakout را بگیرید!

زبان برنامه نویسی: مبتنی بر بلوک یا جاوا اسکریپت (www. MakeCode.org) ؛ همچنین می توانید از CircuitPython استفاده کنید

نمونه پروژه: پیام رسان عروسکی!

خرید/بیشتر بدانید: وب سایت Micro: Bit

مرحله 5: Circuit Playground Express

یک میکروکنترلر همه کاره عالی برای بچه ها و افرادی که تازه شروع به کار با کد نویسی و سخت افزار کرده اند.

توجه: Circuit Playground Classic نیز وجود دارد - سخت افزار تقریباً یکسان است ، اما این برد در Arduino IDE برنامه ریزی شده است.

سنین توصیه شده: 8+ (یا بچه ها با مدارها و ابزارهای ساده راحت هستند)

مشکل: مبتدی

هزینه متوسط: 25 دلار

Circuit Playground Express یا CPX ، یک ابزار مفید برای یادگیری نحوه کد نویسی ، آموزش نحوه کد نویسی به دیگران و ساخت نمونه های اولیه سریع برای مبتدیان تا متخصصان است.

Circuit Playground Express یک میکروکنترلر قدرتمند و همه کاره است که توسط صنایع Adafruit ایجاد شده است.

ویژگی های سخت افزاری

• CPX دارای 7 حلقه ورودی و خروجی دیجیتال/آنالوگ ("I/O") است که لمس خازنی نیز هستند!

  • 1 حلقه I/O آنالوگ "واقعی"
  • 2 حلقه قطع برق (3.3 ولت)
  • 3 پین زمینی (GND)
• منبع تغذیه باید 3 - 5 VDC از طریق کابل میکرو USB یا اتصال باتری باشد.

• همچنین تعداد زیادی ورودی ، خروجی و حسگر روی صفحه وجود دارد!

  • 10 مینی نئوپیکسل (می تواند همه رنگ باشد)
  • 2 دکمه (A ، B)
  • 1 سوئیچ اسلاید

  • فرستنده و گیرنده مادون قرمز

    می تواند کدهای کنترل از راه دور را دریافت/ارسال کند ، بین CPX ها پیام ارسال کند و به عنوان سنسور فاصله عمل کند

  • شتاب سنج
  • سنسور صدا و مینی اسپیکر
  • سنسورهای نور و دما

زبان برنامه نویسی: مبتنی بر بلوک یا جاوا اسکریپت (www. MakeCode.org) ؛ همچنین می توانید از CircuitPython و Wiring (Arduino IDE) استفاده کنید

مثال پروژه: کنترل کننده حرکت Minecraft!

خرید/بیشتر بدانید: صنایع Adafruit

مرحله 6: Makey Makey

یک میکروکنترلر مقدماتی تعاملی برای بچه های خردسال و افرادی که در زمینه الکترونیک و کد نویسی تازه کار می کنند بسیار مناسب است ، به ویژه برای کسانی که می خواهند بدون نیاز به ساختن مدار و کد ، با فناوری بازی کنند.

سنین توصیه شده: 5+ (یا بچه ها با ابزارهای ساده راحت هستند)

مشکل: مبتدی

هزینه متوسط: 50 دلار

Makey Makey اولین قدم عالی در زمینه الکترونیک و فناوری است - بدون نیاز به برنامه نویسی! گیره تمساح را به پدها وصل کنید و سپس هرگونه مواد رسانا ، مانند دست ، میوه یا اشیاء فلزی را به هم متصل کنید تا کلیدهای خاصی از صفحه کلید و موس را فعال کند.

Makey Makey یک برد سازگار با آردوینو است ، به این معنی که شما همچنین می توانید آن را با استفاده از محیط توسعه یکپارچه Arduino ("IDE") برنامه ریزی مجدد کنید.

ویژگی های سخت افزاری

• Makey Makey دارای شش (6) پد لمسی خازنی در جلوی تخته است:

  • چهار کنترل کلیدهای جهت دار صفحه کلید ،
  • یکی فاصله را کنترل می کند ، و
  • یکی کلیک چپ ماوس را کنترل می کند.

• در پشت تخته سنجاق هایی برای کنترل بیشتر (همچنین لمس خازنی) وجود دارد:

  • شش (6) پین که با حروف ترسیم می شوند ،
  • چهار (4) پین که به فلش نشان داده می شوند ،
  • دو (2) پین که روی کلیدهای ماوس ترسیم می شوند ، و
  • یک (1) پین که با کلید فاصله فاصله مطابقت دارد.
  • همچنین سه (3) پین I/O عمومی ، یک پین برق 5 ولت و یک پایه زمین وجود دارد.

زبان برنامه نویسی: برای مبتدیان قابل استفاده نیست. می تواند برنامه های Scratch (مبتنی بر بلوک) بنویسد. قابلیت برنامه ریزی مجدد در سیم کشی (Arduino IDE)

نمونه پروژه ها

مبتدی: پیانو طبقه

متوسط: بازی پیمایش تعاملی!

خرید/بیشتر بدانید: وب سایت Makey Makey

مرحله 7: سایر هیئت های متداول

تعداد زیادی میکروکنترلر وجود دارد که نمی توان آنها را در یک آموزش پوشش داد. اگر به تخصص فوق العاده خاصی نیاز دارید ، احتمالاً یک میکروکنترلر برای آن وجود دارد (درست مانند برنامه ها!). برای درک برخی از تابلوهای دیگر که در این آموزش ذکر نشده اند ، از فهرست موجودی SparkFun Electronics و صنایع Adafruit دیدن کنید و/یا از افراد در این زمینه بپرسید!

در اینجا چند مورد از موارد مورد علاقه من است:

ذرات فوتون

مشابه آردوینو نانو ، Photon یک میکروکنترلر متصل به WiFi است که می تواند به صورت بی سیم برنامه ریزی شود. ساده ترین راه اندازی از یک برنامه تلفن هوشمند (رایگان) استفاده می کند ، اما اگر بتوان آن را مستقیماً از طریق USB تقریباً به همان زبان Arduino*برنامه ریزی کرد.

رده های توصیه شده: 12+ (یا بچه ها با مدار و برنامه نویسی راحت هستند)

دشواری: متوسط

هزینه: 20 دلار

برای اطلاعات بیشتر و دریافت تنظیمات فوتون ، از فروشگاه آنلاین Particle در اینجا دیدن کنید.

زبان برنامه نویسی: سیم کشی (بیشتر یا کمتر)

پروژه نمونه

مقیاس صنعتی اینترنت اشیا

*سیم کشی چارچوب کد است ، بنابراین اکثر کدهای آردوینو بدون تغییر کار می کنند. همچنین می تواند در مونتاژ C/C ++ یا ARM بنویسد

برآمدگی Adafruit HUZZAH ESP8266

یک میکروکنترلر WiFi بسیار کوچک ، فوق العاده ارزان (و در حال حاضر بسیار محبوب در جامعه IoT*). شما به یک کابل FTDI یا کنسول نیاز دارید. برای برنامه ریزی این برد یا مترجم Lua NodeMCU می توانید از Arduino IDE استفاده کنید.

سنین توصیه شده: 14+ (یا بچه ها از نظر سخت افزار و نرم افزار راحت هستند)

مشکل: ++ متوسط

هزینه: 10 دلار

برای اطلاعات بیشتر ، از صفحه محصول HUZZAH Adafruit دیدن کنید.

(SparkFun همچنین دارای یک برد مشابه است ، "ESP8266 Thing" ، که می توانید آن را در اینجا با 15 دلار پوند پیدا کنید.)

زبان برنامه نویسی: Lua (مانند Python) یا Wiring (Arduino IDE)

*اینترنت اشیا مخفف "اینترنت اشیا" است ، این اصطلاح به اتصال و کنترل دستگاه های سخت افزاری مختلف مانند حسگرها و لوازم الکترونیکی خانگی به اینترنت اشاره دارد.

Adafruit Trinket M0

یک میکروکنترلر کوچک و در عین حال قدرتمند که خطوط بین کامپیوتر و میکروکنترلر را محو می کند (دارای پردازنده Cortex M0 32 بیتی ATSAMD21E18). می توان آن را با Circuit Python یا Arudino IDE برنامه ریزی کرد.

سنین توصیه شده: 14+ (یا بچه ها از نظر سخت افزار و نرم افزار راحت هستند)

دشواری: متوسط

هزینه: 9 دلار

برای اطلاعات بیشتر ، از صفحه محصول Adafruit برای Trinket M0 دیدن کنید.

زبان برنامه نویسی: CircuitPython یا Wiring (Arduino IDE)

یک TON بردهای دیگر M0 وجود دارد که از نظر وسعت شبیه به میکروکنترلرهای قابل اتصال Arduino Zero است. اگر این مورد با نیازهای شما مطابقت ندارد ، در وب سایت های Adafruit و SparkFun جستجو کنید!

مرحله 8: میکروکنترلرهای پوشیدنی

تعدادی میکروکنترلر نیز برای پروژه های پوشیدنی طراحی شده اند!

چیزی که اینها را خاص می کند این است که می توان آنها را شستشو داد ، بنابراین لازم نیست آنها را از پروژه فوق العاده ای که ساخته اید جدا کنید (اما باتری را بردارید!).

میکروکنترلرهای پوشیدنی دارای پین های ورودی/خروجی خاصی هستند که دوختن لباس ها و دوختن مدارها را با نخ رسانا آسان می کند. در اینجا چند مورد از موارد مورد علاقه من است:

آدافروت فلورا

یک میکروکنترلر حلقوی فاضلاب با 14 ورودی و خروجی. قابل شستشو (اما باتری را جدا کنید)

رده های توصیه شده: 12+ (یا بچه ها با مدار و برنامه نویسی راحت هستند)

دشواری: متوسط

هزینه: 15 دلار

زبان برنامه نویسی: سیم کشی (Arduino IDE)

برای اطلاعات بیشتر ، از صفحه محصول Adafruit FLORA دیدن کنید.

آردوینو جما

یک میکروکنترلر کوچک فاضلاب با 3 ورودی و خروجی. ایده آل برای مخفی کردن ، اتصال به اشیاء کوچک و ایجاد جواهرات.

سنین توصیه شده: 12+ سال

دشواری: متوسط

هزینه: 5 دلار

زبان برنامه نویسی: سیم کشی (Arduino IDE)

برای اطلاعات بیشتر ، از صفحه محصول Arduino Gemma دیدن کنید.

آردوینو لیلی پد

میکروکنترلر حلقوی فاضلاب با 14 ورودی و خروجی در دسترس.

سنین توصیه شده: 12+ سال

دشواری: متوسط

هزینه: 25 دلار

زبان برنامه نویسی: سیم کشی (Arduino IDE)

برای اطلاعات بیشتر ، از صفحه محصول SparkFun برای Lilypad دیدن کنید.

مرحله 9: تمشک پای 3

Raspberry Pi یا به اختصار Pi یک رایانه با اندازه کارت اعتباری* است که نسخه خاصی از لینوکس را اجرا می کند و می تواند برای کنترل سخت افزار برنامه ریزی شود.

سنین توصیه شده: 12+ یا بچه ها با کد نویسی و جبر راحت هستند

دشواری: متوسط (آسان به عنوان یک کامپیوتر)

هزینه متوسط: 35 دلار

رایانه Raspberry Pi یا به اختصار Pi می تواند به عنوان یک رایانه "استاندارد" یا به عنوان یک کنترل کننده برای انواع پروژه های سخت افزاری مورد استفاده قرار گیرد. این اولین رایانه ای است که بچه ها می توانند از آن استفاده کنند و یاد بگیرند ، و به طور گسترده توسط متخصصان سخت افزار برای ساخت انواع پروژه های الکترونیکی ، از روبات ها تا چاپگرهای سه بعدی تا سیستم های اتوماسیون خانگی استفاده می شود!

رزبری پای روش ساخت لوازم الکترونیکی را تغییر داده است! چند نسخه مختلف وجود دارد ، جدیدترین آنها Raspberry Pi 3 و Pi Zero است ، نسخه مینیاتوری Pi 3 با قیمت تنها 10 دلار.

مروری بر سخت افزار

• سیستم عامل توصیه شده ("OS") نسخه خاصی از لینوکس به نام Raspbian است.

• Pi دارای 40 پین ورودی و خروجی با هدف عمومی ("GPIO") است.

  • 26 پین ورودی/خروجی دیجیتال (بدون ورودی/خروجی آنالوگ)
  • 4 پین برق (دو عدد 3.3 ولت و دو ولت 5 ولت)
  • 8 پین زمینی (GND)
  • 2 پین تخصصی (I2C ID EEPROM ، فقط برای استفاده پیشرفته)

• Pi همچنین دارای اکثر ویژگی های رایانه ای استاندارد است:

  • 4 پورت USB
  • 1 پورت اترنت
  • 1 پورت HDMI
  • 1 جک صوتی
  • 1 پورت ماژول دوربین

زبان برنامه نویسی (برای پین های GPIO): پایتون یا C ++

از آنجا که این یک کامپیوتر کامل است ، می توانید به هر زبانی که می خواهید برنامه ریزی کنید ، از جمله برنامه نویسی سایر میکروکنترلرها!

نمونه پروژه ها

IoT Pet Monitor!

مانیتور نیروی ضربه

خرید/اطلاعات بیشتر: بنیاد تمشک پای

*Pi می تواند مشابه یک میکروکنترلر استاندارد استفاده شود و همچنین می تواند کنترل کننده های میکرو را کنترل کند! در اصل ، Pi فوق العاده است و من * باید * آن را اضافه کنم حتی اگر از نظر فنی یک کامپیوتر باشد:)

مرحله دهم: اندیشه های نهایی

اگر به تازگی شروع به کار کرده اید و می خواهید انواع پروژه ها را بسازید ، من Circuit Playground Express را توصیه می کنم. راه اندازی و دویدن بسیار آسان است و دارای تعداد زیادی ابزار روی صفحه است.

اگر به شبکه های کامپیوتری ، هوش مصنوعی یا اتصال وسایل به اینترنت (مانند ساختن "خانه هوشمند") علاقه زیادی دارید ، من Raspberry Pi را پیشنهاد می کنم.

اگر می خواهید یک تخته محکم ، پایدار و قابل اعتماد برای ساخت انواع پروژه ها داشته باشید ، با آردوینو همراه باشید.

اگر هنوز نمی دانید از کجا شروع کنید و کاملاً ترسیده اید ، با Micro: Bit شروع کنید - این فقط 15 دلار است و چیزهای عجیب و غریب زیادی برای بازی با آن وجود دارد. به علاوه ، اگر برای دوست خود یکی دریافت می کنید ، می توانید پیام های lil را به این سو و آن سو ارسال کنید:)

بهترین توصیه ای که می توانم به شما بدهم این است که پروژه ای را پیدا کنید که به آن علاقه دارید و آن را بسازید! هزاران آموزش آنلاین وجود دارد ، بنابراین در جستجوی شخصی باشید که پروژه مشابه یا مشابهی را ساخته است. از یافته های آنها استفاده کنید و هرطور که می خواهید تنظیم کنید!

و البته ، هر گونه سوال مرتبط را در نظرات بنویسید و من تمام تلاش خود را برای کمک به شما انجام خواهم داد!

هک مبارک!