Una guia per a principiants sobre microcontroladors: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Què tenen en comú els controladors, routers i robots remots? Microcontroladors! Actualment, els microcontroladors per a principiants són fàcils d’utilitzar i programar amb només un ordinador portàtil, un cable USB i alguns programes de codi obert (gratuïts). Woohoo !! Tots els projectes, aquí arribem!

La captura? Hi ha microcontroladors 4324302 * diferents i pot ser descoratjador començar, sobretot si només us dediqueu a l'electrònica. On diables comences ?!

Aquí mateix, noies, tinc chu. Tant si voleu construir alguns projectes electrònics interessants, aprendre programació / tecnologia o voler ensenyar a altres sobre electrònica, aquest tutorial us ajudarà a esbrinar quin microcontrolador és adequat per a les vostres necessitats, objectius i pressupostos. Visca! Comencem!

Temps de lectura: ~ 20 min

* D'acord, d'acord, potser no * tantes *, però sens dubte unes quantes dotzenes!

Pas 1: Espereu … Què és un microcontrolador?

Potser heu vist aquesta paraula i era com "wtf" però no us heu sentit prou còmodes com per preguntar-los *. Totalment bé, aquí teniu un resum ràpid:

Un microcontrolador és un "ordinador senzill" que executa un programa en bucle. Estan dissenyats per realitzar una única tasca específica.

En aquesta guia, ens centrarem en els microcontroladors que tenen plaques de ruptura o en una placa que facilita la connexió i la programació del microcontrolador.

En una placa de sortida, els pins del microcontrolador es solden a una placa de circuit imprès ("PCB"), s'afegeixen capçaleres o altres connectors a la PCB i es carrega algun firmware bàsic, o programari permanent, per preparar el microcontrolador per rebre senyals.

* Les preguntes sempre són bones fins i tot si són "ximples" o "n00by", només cal trobar un espai segur, com ara Instructables.

Pas 2: Quina diferència hi ha entre el Raspberry Pi i un microcontrolador?

El Raspberry Pi no només és petit i adorable, sinó que també és un ordinador complet.: D

Els ordinadors tenen microprocessadors i microcontroladors que treballen junts per realitzar moltes tasques alhora.

El microprocessador és el que fa el "pes elevat" en un ordinador. Realitza les instruccions i els càlculs que fan funcionar l’ordinador. Els microprocessadors són molt més ràpids que els microcontroladors, però necessiten recursos externs com RAM, ports d’entrada / sortida, etc., mentre que un microcontrolador sol ser autònom.

Els ordinadors (que tenen entrades i sortides, emmagatzematge i processament) poden executar diversos programes alhora: podeu navegar per Internet, rememorar fotos antigues, escriure un paper i tenir 1000 pestanyes obertes al mateix temps. Microcontroladors … no tant. Podeu fer una d’aquestes coses, però no totes.

Per obtenir més informació sobre Raspberry Pi, consulteu l’última secció d’aquest tutorial.

Pas 3: Arduino (Uno)

Un entorn de programació i microcontrolador de codi obert robust, dissenyat per a principiants amb cert coneixement de circuits.

Edats recomanades: majors de 12 anys (per a nens còmodes amb programació i àlgebra)

Dificultat: Intermèdia

Cost mitjà: ~ 35 dòlars

Hi ha molts tipus diferents de plaques Arduino. Aquest és l’Arduino Uno, el més adequat per a principiants. Hi ha taules més grans, més petites, portables i per a casos d’ús especials com la robòtica.

Conèixer bé les taules Arduino i la programació de mapes de projectes i carreres en informàtica, enginyeria i disseny.

Característiques del maquinari

• L'Arduino Uno té 14 pins d'entrada i sortida digitals ("E / S"), 6 pins d'E / S analògics, 2 pins de sortida de potència (3,3 V i 5 V) i 3 pins de terra (GND).
• L’entrada d’alimentació pot variar entre 5 i 12 V CC

• Les capçaleres ICSP us permeten connectar una gran quantitat de taules addicionals anomenades "escuts".

  Per exemple, podeu afegir un escut WiFi per connectar el vostre Arduino a la xarxa

Llenguatge de programació: cablejat (combinació de C ++ / processament)

Exemple de projecte: Motion-Reactive Shake the Maze Game.

Compra / Més informació: lloc web Arduino

Pas 4: Micro: Bit

Un microcontrolador agradable per a nens i gent que acaba de començar amb la codificació i el maquinari.

Edats recomanades: 8+ (o nens còmodes amb circuits i eines senzilles)

Dificultat: principiant

Cost mitjà: ~ 15 dòlars

El Micro: Bit és una eina fantàstica per començar a aprendre a codificar, a ensenyar a altres, especialment als estudiants de primària, a codificar i a fer prototips electrònics senzills i ràpids.

The Micro: Bit és una col·laboració entre Microsoft i la BBC per portar ordinadors educatius a les aules de tot el món.

Característiques del maquinari:

• El Micro: Bit té 3 pins d'E / S digitals i analògics, 1 pin de sortida de potència (3,3 V) i 1 pin de terra (GND)
• L’entrada d’alimentació ha de ser de 3 a 5 V CC mitjançant un cable micro USB o un connector de bateria.

• També té moltes entrades, sortides i sensors integrats.

  • 5x5 (25) matriu LED
  • Dos (2) polsadors (A, B)
  • Emissor i receptor de ràdio
  • Acceleròmetre
  • Brúixola
  • Sensors de llum i temperatura
• Per obtenir més pins d'E / S, agafa un micro: Bit Breakout.

Llenguatge de programació: basat en blocs o Javascript (www. MakeCode.org); també pot utilitzar CircuitPython

Exemple de projecte: Puppet de missatgeria de text.

Compra / Més informació: lloc web Micro: Bit

Pas 5: Circuit Playground Express

Un microcontrolador versàtil ideal per a nens i gent que acaba de començar amb la codificació i el maquinari.

Nota: també hi ha el Circuit Playground Classic: el maquinari és gairebé idèntic, però aquesta placa està programada a l'IDE Arduino.

Edats recomanades: 8+ (o nens còmodes amb circuits i eines senzilles)

Dificultat: principiant

Cost mitjà: ~ 25 dòlars

El Circuit Playground Express, o CPX, és una eina útil per aprendre a codificar, ensenyar als altres a codificar i fer prototips ràpids per a principiants i experts.

El Circuit Playground Express és un potent i versàtil microcontrolador creat per Adafruit Industries.

Característiques del maquinari

• El CPX té 7 anells d'entrada i sortida digitals / analògics ("E / S") que també són tàctils capacitius.

  • 1 anell d'E / S analògic "veritable"
  • 2 anell de sortida (3,3 V)
  • 3 passadors de terra (GND)
• L’entrada d’alimentació ha de ser de 3 a 5 V CC mitjançant un cable micro USB o un connector de bateria.

• També hi ha un munt d’entrades, sortides i sensors integrats.

  • 10 mini neopíxels (poden ser de tots els colors)
  • 2 polsadors (A, B)
  • 1 interruptor de lliscament

  • Emissor i receptor d'infrarojos

    Pot rebre / transmetre codis de control remot, enviar missatges entre CPX i actuar com a sensor de distància

  • Acceleròmetre
  • Sensor de so i mini altaveu
  • Sensors de llum i temperatura

Llenguatge de programació: basat en blocs o Javascript (www. MakeCode.org); també pot utilitzar CircuitPython i Wiring (Arduino IDE)

Exemple de projecte: Minecraft Gesture Controller.

Compra / Més informació: Adafruit Industries

Pas 6: Makey Makey

Un microcontrolador d’introducció interactiu ideal per a nens petits i gent nova en electrònica i codificació, especialment per a aquells que vulguin jugar amb la tecnologia sense haver de crear circuits i codis.

Edats recomanades: més de 5 anys (o nens còmodes amb eines senzilles)

Dificultat: principiant

Cost mitjà: ~ 50 dòlars

El Makey Makey és un gran primer pas cap a l'electrònica i la tecnologia, sense programació. Connecteu clips de cocodril als coixinets i, a continuació, connecteu qualsevol material una mica conductor, com ara mans, fruites o objectes metàl·lics, per activar certes tecles del teclat i del ratolí.

El Makey Makey és una placa compatible amb Arduino, és a dir, que també podeu reprogramar-la utilitzant l'Arduino Integrated Development Environment ("IDE").

Característiques del maquinari

• El Makey Makey té sis (6) coixinets tàctils capacitius a la part frontal del tauler:

  • Quatre controlen les tecles de fletxa del teclat,
  • Un controla la barra espaiadora i
  • Un controla el clic esquerre del ratolí.

• A la part posterior del tauler hi ha pins de capçalera per obtenir més controls (també tàctils capacitius):

  • Sis (6) pins que mapen a lletres,
  • Quatre (4) pins que mapen les fletxes,
  • Dos (2) pins que mapen a les tecles del ratolí i
  • Un (1) pin que s’assigna a la tecla de la barra espaiadora.
  • També hi ha tres (3) pins d'E / S generals, un pin d'alimentació de 5 V i un pin de terra.

Llenguatge de programació: no aplicable per a principiants; pot escriure programes Scratch (basats en blocs); es pot reprogramar a Wiring (Arduino IDE)

Exemple de projectes

Principiant: Piano de terra

Intermedi: Joc d’enquesta interactiva!

Compra / Més informació: lloc web de Makey Makey

Pas 7: altres taules comunes

Hi ha massa microcontroladors per cobrir en un tutorial. Si teniu una necessitat d’especialitat súper específica, probablement hi hagi un microcontrolador (igual que les aplicacions!). Per tenir una idea d'alguns dels altres taulers que no s'esmenten en aquest tutorial, consulteu els inventaris de SparkFun Electronics i Adafruit Industries i / o pregunteu a la gent del camp.

Aquests són alguns dels meus favorits:

Fotó de partícules

Similar a l’Arduino Nano, el Photon és un microcontrolador connectat a WiFi que es pot programar sense fils. La configuració més senzilla utilitza una aplicació per a telèfons intel·ligents (gratuïta), però també es pot programar directament mitjançant USB en gairebé el mateix idioma que Arduino *.

Edats recomanades: majors de 12 anys (o per a nens còmodes amb circuits i codificació)

Dificultat: Intermèdia

Cost: ~ 20 dòlars

Per obtenir més informació i obtenir la configuració de Photon, visiteu la botiga en línia Particle aquí.

Llenguatge de programació: cablejat (més o menys)

Exemple de projecte

Escala Industrial IoT

* El cablejat és el marc de codi, de manera que la majoria de codi Arduino funcionarà sense modificacions. També es pot escriure en conjunt C / C ++ o ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Un microcontrolador WiFi súper petit, molt barat (i actualment molt popular a la comunitat IoT *). Necessitareu un cable FTDI o consola. Podeu utilitzar l’IDE Arduino per programar aquesta placa o l’intèrpret Lua de NodeMCU.

Edats recomanades: majors de 14 anys (o còmode per a nens amb maquinari i programari)

Dificultat: Intermèdia ++

Cost: ~ 10 dòlars

Per obtenir més informació, visiteu la pàgina del producte HUZZAH Adafruit.

(SparkFun també té un tauler similar, el "ESP8266 Thing", que podeu trobar aquí per uns $ 15).

Llenguatge de programació: Lua (sorta com Python) o Cablatge (Arduino IDE)

* IoT significa "Internet de les coses", que és el terme que fa referència a la connexió i el control de diversos dispositius de maquinari, com ara sensors i electrònica domèstica, a Internet.

Adafruit Trinket M0

Un petit i potent microcontrolador que difumina les línies entre l’ordinador i el microcontrolador (compta amb un processador ATSAMD21E18 de 32 bits Cortex M0). Es pot programar amb Circuit Python o a l'IDE Arudino.

Edats recomanades: majors de 14 anys (o còmode per a nens amb maquinari i programari)

Dificultat: Intermèdia

Cost: ~ 9 dòlars

Per obtenir més informació, visiteu la pàgina del producte Adafruit del Trinket M0.

Llenguatge de programació: CircuitPython o Wiring (Arduino IDE)

Hi ha una TONA d’altres plaques M0, d’abast similar als microcontroladors connectables Arduino Zero. Si això no s'adapta a les vostres necessitats o fantasia, cerqueu als llocs web d'Adafruit i SparkFun.

Pas 8: Microcontroladors portables

També hi ha un grapat de microcontroladors dissenyats per a projectes portables.

El que fa que siguin especials és que es poden rentar, de manera que no haureu de treure-les del fantàstic projecte que heu fet (però traieu la bateria!).

Els microcontroladors portables també tenen pins d'E / S especials que faciliten la costura de circuits de roba i puntades amb fil conductor. Aquests són alguns dels meus favorits:

Adafruit FLORA

Un microcontrolador circular cosible amb 14 entrades i sortides. Es pot rentar (però traieu la bateria).

Edats recomanades: majors de 12 anys (o per a nens còmodes amb circuits i codificació)

Dificultat: Intermèdia

Cost: 15 dòlars

Llenguatge de programació: cablejat (Arduino IDE)

Per obtenir més informació, visiteu la pàgina del producte Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Un petit microcontrolador cosible amb 3 entrades i sortides. Perfecte per amagar-se, connectar-se a objectes petits i crear joies.

Edats recomanades: majors de 12 anys

Dificultat: Intermèdia

Cost: ~ 5 dòlars

Llenguatge de programació: cablejat (Arduino IDE)

Per obtenir més informació, visiteu la pàgina del producte Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Un microcontrolador circular cosible amb 14 entrades i sortides disponibles.

Edats recomanades: majors de 12 anys

Dificultat: Intermèdia

Cost: ~ 25 dòlars

Llenguatge de programació: cablejat (Arduino IDE)

Per obtenir més informació, visiteu la pàgina del producte SparkFun del Lilypad.

Pas 9: Raspberry Pi 3

El Raspberry Pi, o Pi en definitiva, és un ordinador de mida de targeta de crèdit * que executa una versió especial de Linux i es pot programar per controlar el maquinari.

Edats recomanades: 12 anys o nens còmodes amb codificació i àlgebra

Dificultat: Intermèdia (fàcil com un ordinador)

Cost mitjà: ~ 35 dòlars

L'ordinador Raspberry Pi o, en definitiva, Pi, es pot utilitzar com a ordinador "estàndard" o com a controlador per a tota mena de projectes de maquinari. És un primer ordinador fantàstic que els nens poden utilitzar i aprendre a codificar, i és àmpliament utilitzat pels experts en maquinari per construir tot tipus de projectes electrònics, des de robots fins a impressores 3D fins a sistemes domòtics.

El Raspberry Pi ha canviat la nostra manera de construir electrònica. Hi ha algunes versions diferents, la més recent és la Raspberry Pi 3 i la Pi Zero, una versió en miniatura del Pi 3 per només 10 dòlars.

Visió general del maquinari

• El sistema operatiu recomanat (“OS”) és una versió especial de Linux anomenada Raspbian.

• El Pi té 40 pins d'entrada i sortida d'ús general ("GPIO").

  • 26 pins d'E / S digitals (sense E / S analògics)
  • 4 pins de sortida (dos de 3,3 V i dos de 5 V)
  • 8 pins de terra (GND)
  • 2 pins especials (identificador I2C EEPROM, només per a ús avançat)

• El Pi també té les funcions ordinàries més estàndard:

  • 4 ports USB
  • 1 port Ethernet
  • 1 port HDMI
  • 1 Jack d'àudio
  • 1 port de mòdul de càmera

Llenguatge de programació (per a pins GPIO): Python o C ++

Com que es tracta d'un equip complet, podeu programar en qualsevol idioma que vulgueu, inclosa la programació d'altres microcontroladors.

Exemple de projectes

Monitor de mascotes IoT!

Monitor de força d’impacte

Compra / Més informació: Raspberry Pi Foundation

* El Pi es pot utilitzar de manera similar a un microcontrolador estàndard I també pot controlar els microcontroladors. Bàsicament, el Pi és increïble i * he * d’incloure’l fins i tot si és tècnicament un ordinador:)

Pas 10: Pensaments finals

Si tot just comenceu i voleu construir tot tipus de projectes, us recomanaria el Circuit Playground Express. És molt fàcil posar-se en marxa i té una gran quantitat de dispositius integrats.

Si us interessa molt les xarxes informàtiques, la intel·ligència artificial o connectar coses a Internet (per exemple, fer un "Smart Home"), us suggeriria el Raspberry Pi.

Si voleu un tauler resistent, estable i fiable per construir una gran varietat de projectes, aneu amb un Arduino.

Si encara no teniu ni idea de per on començar i esteu intimidats, comenceu amb el Micro: Bit: només costa 15 dòlars i hi ha moltes coses fantàstiques per jugar. A més, si en tens un per al teu amic, pots enviar missatges lil 'd'anada i tornada:)

El millor consell que puc donar-vos és trobar un projecte que us apassioni i construir-lo. Hi ha un munt de tutorials en línia, de manera que busqueu algú que hagi construït el mateix o similar projecte. Aprofiteu de les seves troballes i ajusteu-ho com vulgueu.

I, per descomptat, deixeu qualsevol pregunta relacionada als comentaris i faré tot el possible per ajudar-vos.

Feliç pirateria!