Arduino PC: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Mặc dù vi điều khiển là một máy tính trên chip có bộ xử lý tích hợp, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi I / O, đối với học sinh, nó hầu như không có gì khác biệt so với các mạch tích hợp DIP khác. Vì vậy, chúng tôi đã thiết kế một dự án "Arduino PC" như một nhiệm vụ dành cho các học sinh trung học tham gia khóa học "Điện tử kỹ thuật số". Nó đòi hỏi họ phải thiết kế và mô phỏng một mạch điện tử trong Tinkercad để đạt được các yêu cầu của dự án đã cho (thảo luận bên dưới). Mục đích là cho phép sinh viên xem vi điều khiển như một máy tính chính thức (mặc dù bị hạn chế về khả năng) có thể được sử dụng với bàn phím tùy chỉnh và màn hình LCD (Màn hình tinh thể lỏng). Nó cũng cho phép chúng tôi kiểm tra khả năng của họ trong việc sử dụng các khái niệm đã học trong lớp.

Đối với dự án nhiệm vụ này, chúng tôi đề xuất Tinkercad để sinh viên không cần phải loanh quanh trong phòng thí nghiệm điện tử kỹ thuật số để tìm các thành phần và có thể tự làm việc một cách thuận tiện. Ngoài ra, người hướng dẫn có thể dễ dàng theo dõi trạng thái của dự án của từng học sinh qua Tinkercad sau khi họ chia sẻ dự án đó.

Dự án yêu cầu học sinh:

1. Thiết kế bàn phím tùy chỉnh với 15 phím đầu vào (10 phím cho chữ số 0-9 và 5 cho lệnh +, -, x, / và =) và tối đa 4 chân kết nối (dữ liệu) (ngoài 2 chân được sử dụng để cung cấp nguồn điện) để gửi đầu vào cho Arduino Uno.
2. Giao diện màn hình LCD với Arduino Uno.
3. Viết mã đơn giản cho Arduino Uno để giải thích phím được nhấn và hiển thị nó trên màn hình LCD.
4. Để thực hiện các phép toán đơn giản (trên đầu vào số nguyên) giả sử tất cả các đầu vào và kết quả luôn là số nguyên trong phạm vi -32, 768 đến 32, 767.

Dự án này giúp học sinh học tập

1. Mã hóa các đầu vào khác nhau thành mã nhị phân.
2. Thiết kế bộ mã hóa nhị phân sử dụng mạch kỹ thuật số (đây là trọng tâm của thiết kế mạch bàn phím).
3. Xác định (giải mã) các đầu vào riêng lẻ từ các mã nhị phân của chúng.
4. Viết mã Arduino.

Quân nhu

Dự án yêu cầu:

1. Truy cập vào máy tính cá nhân có kết nối internet ổn định.
2. Một trình duyệt hiện đại có thể hỗ trợ Tinkercad.
3. Một tài khoản Tinkercad.

Bước 1: Thiết kế mạch bàn phím

Thiết kế mạch bàn phím là một trong những thành phần chính của dự án, đòi hỏi các sinh viên phải mã hóa từng đầu vào trong số 15 phím đầu vào thành các mẫu 4 bit khác nhau. Mặc dù có 16 mẫu 4 bit riêng biệt, tuy nhiên, một mẫu 4 bit được yêu cầu riêng để thể hiện trạng thái mặc định, tức là khi không có phím nào được nhấn. Do đó, trong quá trình triển khai, chúng tôi đã gán 0000 (tức là 0b0000) để đại diện cho trạng thái mặc định. Sau đó, chúng tôi mã hóa các chữ số thập phân 1-9 bằng biểu diễn nhị phân 4 bit thực tế của chúng (ví dụ: 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 và 1001 tương ứng) và chữ số thập phân 0 x 1010 (tức là, 0b1010). Các phép toán '+', '-', 'x', '/' và '=' được mã hóa lần lượt là 1011, 1100, 1101, 1110 và 1111.

Sau khi cố định các bảng mã, chúng tôi thiết kế mạch như trong hình, trong đó các phím được biểu diễn bằng các công tắc (nút nhấn).

Bước 2: Giao diện màn hình LCD

Để xem đầu ra của Arduino Uno, màn hình LCD 16x2 được sử dụng. Mạch để giao tiếp màn hình LCD với Arduino là khá chuẩn. Trên thực tế, Tinkercad cung cấp mạch Arduino Uno dựng sẵn giao diện với màn hình LCD 16x2. Tuy nhiên, người ta có thể thay đổi một số chân Arduino Uno giao tiếp với màn hình LCD để phù hợp hơn với các thiết bị ngoại vi khác như bàn phím tùy chỉnh mà chúng tôi đã phát triển. Trong quá trình thực hiện của chúng tôi, chúng tôi đã sử dụng mạch được hiển thị trong hình.

Bước 3: Viết mã cho Arduino Uno

Để diễn giải đầu vào đến từ bàn phím và hiển thị kết quả trên màn hình LCD, chúng ta cần tải các hướng dẫn vào Arduino Uno. Viết mã cho Arduino là tùy thuộc vào sự sáng tạo của riêng mỗi người. Hãy nhớ rằng Atmega328p trong Arduino Uno là vi điều khiển 8-bit. Vì vậy, người ta cần phải ứng biến để làm cho nó phát hiện tràn và hoạt động với số lượng lớn. Tuy nhiên, chúng tôi chỉ muốn xác minh rằng Arduino Uno có thể giải mã đầu vào và phân biệt giữa các số (0-9) và các lệnh toán học. Do đó, chúng tôi hạn chế đầu vào của mình ở các số nguyên nhỏ (-32, 768 đến 32, 767) trong khi đảm bảo rằng đầu ra cũng nằm trong cùng một phạm vi. Hơn nữa, người ta có thể làm việc xung quanh để kiểm tra các vấn đề khác như gỡ lỗi nút.

Một đoạn mã đơn giản mà chúng tôi đã sử dụng trong quá trình thực hiện dự án được đính kèm. Điều này có thể được sao chép và dán trong trình chỉnh sửa mã trong Tinkercad.

Bước 4: Kết hợp mọi thứ lại với nhau

Cuối cùng, chúng tôi đã giao tiếp các chân cấp nguồn của bàn phím với Arduino và kết nối các chân dữ liệu (mang dữ liệu 4 bit) với các chân kỹ thuật số 10, 11, 12 và 13 (theo thứ tự như đã đề cập trong phần Mã Arduino). Chúng tôi cũng kết nối một đèn LED (thông qua điện trở 330-ohm) với mỗi chân dữ liệu để xem mã hóa nhị phân của mỗi phím trên bàn phím. Cuối cùng, chúng tôi nhấn nút "Start Simulation" để kiểm tra hệ thống.