PC Arduino: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Tot i que un microcontrolador és un ordinador amb un xip amb processador integrat, memòria i perifèrics d'E / S, encara per a un estudiant, no se sent gaire diferent dels altres circuits integrats DIP. Per tant, hem dissenyat un projecte "Arduino PC" com a tasca per als estudiants de secundària que assisteixen al curs "Electrònica digital". Els requereix dissenyar i simular un circuit electrònic a Tinkercad per assolir els requisits del projecte donats (que es descriuen a continuació). L’objectiu és permetre als estudiants veure els microcontroladors com un ordinador complet (tot i que té una capacitat limitada) que es pot utilitzar amb un teclat personalitzat i una pantalla LCD (Liquid Crystal Display). També ens permet comprovar la seva capacitat per utilitzar els conceptes apresos a la classe.

Per a aquest projecte de tasques, es recomana Tinkercad perquè els estudiants no necessitin quedar-se al laboratori d'electrònica digital dels components i puguin treballar a la seva conveniència. A més, és fàcil per als instructors fer un seguiment de l’estat del projecte de cada estudiant a través de Tinkercad un cop compartit per ells.

El projecte requereix que els estudiants:

1. Dissenyeu un teclat personalitzat amb 15 tecles d’entrada (10 tecles per al dígit 0-9 i 5 per a les instruccions +, -, x, / i =) i màxim 4 pins de connexió (dades) (a part dels 2 pins utilitzats per subministrar la font d’alimentació) per enviar l'entrada a l'Arduino Uno.
2. Interfície d'una pantalla LCD amb l'Arduino Uno.
3. Escriviu un codi senzill perquè l’Arduino Uno interpreti la tecla premuda i la mostri a la pantalla LCD.
4. Per realitzar les operacions matemàtiques simples (sobre entrades enteres) suposant que totes les entrades i els resultats sempre són enters dins del rang -32, 768 a 32, 767.

Aquest projecte ajuda els estudiants a aprendre a fer-ho

1. Codifiqueu diferents entrades en codis binaris.
2. Dissenyeu un codificador binari mitjançant circuit digital (aquest és el cor del disseny de circuits de teclat).
3. Identificar (descodificar) les entrades individuals de les seves codificacions binàries.
4. Escriu codis Arduino.

Subministraments

El projecte requereix:

1. Accés a un ordinador personal amb connexió a Internet estable.
2. Un navegador modern que admet Tinkercad.
3. Un compte de Tinkercad.

Pas 1: dissenyar el circuit del teclat

El disseny del circuit de teclat és un dels components principals del projecte, que requereix que els estudiants codifiquin cadascuna de les 15 entrades de tecles en diferents patrons de 4 bits. Tot i que hi ha 16 patrons diferents de 4 bits, però, només es requereix un patró de 4 bits per representar l’estat per defecte, és a dir, quan no es prem cap tecla. Per tant, en la nostra implementació, hem assignat 0000 (és a dir, 0b0000) per representar l’estat per defecte. A continuació, hem codificat els dígits decimals 1-9 per la seva representació binària real de 4 bits (és a dir, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 i 1001 respectivament) i el dígit decimal 0 per 1010 (és a dir,, 0b1010). Les operacions matemàtiques '+', '-', 'x', '/' i '=' es van codificar com a 1011, 1100, 1101, 1110 i 1111 respectivament.

Un cop solucionades les codificacions, hem dissenyat el circuit tal com es mostra a la figura, on les tecles han estat representades per commutadors (polsadors).

Pas 2: Interfície de la pantalla LCD

Per veure la sortida de l’Arduino Uno, s’utilitza una pantalla LCD de 16x2. Els circuits per a la interfície de la pantalla LCD amb l'Arduino són bastant estàndard. De fet, Tinkercad proporciona un circuit Arduino Uno preconstruït, que té una interfície LCD de 16x2. Tot i això, es poden canviar alguns dels pins Arduino Uno interfaciats amb la pantalla LCD per tal d’acomodar millor altres perifèrics com el teclat personalitzat que hem desenvolupat. En la nostra implementació, hem utilitzat el circuit que es mostra a la figura.

Pas 3: escriure codi per a l'Arduino Uno

Per interpretar l'entrada que ve del teclat i mostrar el resultat a la pantalla LCD, hem de carregar les instruccions a Arduino Uno. Escriure codi per a l’Arduino depèn de la pròpia creativitat. Recordeu que l'Atmega328p de l'Arduino Uno és un microcontrolador de 8 bits. Per tant, cal improvisar perquè detecti el desbordament i funcioni en gran nombre. Tot i això, només volem verificar que l’Arduino Uno pugui descodificar l’entrada i diferenciar entre números (0-9) i instruccions matemàtiques. Per tant, restringim les nostres entrades a nombres enters petits (-32, 768 a 32, 767) alhora que garantim que la sortida també caigui en el mateix rang. A més, es pot treballar per comprovar altres qüestions, com ara la descàrrega de botons.

S'adjunta un codi senzill que hem utilitzat en la implementació del projecte. Es pot copiar i enganxar a l'editor de codi de Tinkercad.

Pas 4: ajuntar-ho tot

Al final, hem interfaçat els pins d’alimentació del teclat amb els de l’Arduino i hem connectat els pins de dades (que transporten les dades de 4 bits) als pins digitals 10, 11, 12 i 13 (en l’ordre tal com s’esmenta al Codi Arduino). També hem connectat un LED (mitjançant una resistència de 330 ohms) a cadascun dels pins de dades per veure la codificació binària de cada tecla del teclat. Finalment, premem el botó "Inicia la simulació" per provar el sistema.