Hướng dẫn cho người mới bắt đầu về bộ vi điều khiển: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Điểm chung của bộ điều khiển từ xa, bộ định tuyến và rô bốt là gì? Bộ vi điều khiển! Ngày nay, các bộ vi điều khiển thân thiện với người mới bắt đầu dễ sử dụng và lập trình chỉ với một máy tính xách tay, cáp USB và một số phần mềm nguồn mở (miễn phí). Tuyệt vời !! Tất cả các dự án, chúng tôi đến đây!

Cuộc đuổi bắt? Có tới 4324302 * bộ vi điều khiển khác nhau và bạn có thể khó khăn khi bắt đầu, đặc biệt nếu bạn mới bắt đầu làm việc trong lĩnh vực điện tử. Bạn bắt đầu từ đâu vậy ?!

Ngay đây, bbies, tôi hiểu rồi. Cho dù bạn đang muốn xây dựng một số dự án điện tử thú vị, học lập trình / công nghệ hay muốn dạy người khác về điện tử, hướng dẫn này sẽ giúp bạn tìm ra loại vi điều khiển nào phù hợp với nhu cầu, mục tiêu và ngân sách của bạn. Yay! Bắt đầu nào!

Thời gian đọc: ~ 20 phút

* Ok, ok, có thể không * mà * nhiều, nhưng chắc chắn là vài chục!

Bước 1: Chờ…. Vi điều khiển là gì?

Có thể bạn đã thấy từ này và giống như "wtf" nhưng không cảm thấy đủ thoải mái để hỏi *. Hoàn toàn ổn, đây là một bản tóm tắt nhanh:

Vi điều khiển là một "máy tính đơn giản" chạy một chương trình trong một vòng lặp. Chúng được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, duy nhất.

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ tập trung vào các bộ vi điều khiển có bảng đột phá hoặc bảng giúp kết nối và lập trình vi điều khiển dễ dàng hơn.

Trên một bảng mạch đột phá, các chân của bộ vi điều khiển được hàn vào bảng mạch in ("PCB"), các tiêu đề hoặc các đầu nối khác được thêm vào PCB và một số phần mềm cơ bản, hoặc phần mềm cố định, được tải để chuẩn bị cho bộ vi điều khiển nhận tín hiệu.

* Các câu hỏi luôn hay ngay cả khi chúng là "câm" hoặc "n00by", chỉ cần tìm một không gian an toàn - như Hướng dẫn!

Bước 2: Sự khác biệt giữa Raspberry Pi và Vi điều khiển là gì?

Raspberry Pi không chỉ nhỏ và đáng yêu, nó còn là một máy tính chính thức!:NS

Máy tính có bộ vi xử lý VÀ bộ vi điều khiển hoạt động cùng nhau để thực hiện nhiều tác vụ cùng một lúc.

Bộ vi xử lý là thứ thực hiện “công việc nặng nhọc” trong máy tính. Nó thực hiện các hướng dẫn và tính toán giúp máy tính hoạt động. Bộ vi xử lý nhanh hơn nhiều so với bộ vi điều khiển, nhưng chúng cần các tài nguyên bên ngoài như RAM, cổng Đầu vào / Đầu ra, v.v., trong khi vi điều khiển thường hoạt động độc lập.

Máy tính (có đầu vào và đầu ra, lưu trữ và xử lý) có thể chạy nhiều chương trình cùng một lúc - bạn có thể lướt Internet, hồi tưởng lại những bức ảnh cũ, viết báo và có khoảng 1000 tab mở tất cả cùng một lúc! Bộ vi điều khiển… không quá nhiều. Bạn có thể làm một trong những điều đó, nhưng không phải tất cả.

Để tìm hiểu thêm về Raspberry Pi, hãy xem phần cuối cùng của hướng dẫn này!

Bước 3: Arduino (Uno)

Một môi trường lập trình và vi điều khiển mã nguồn mở mạnh mẽ được thiết kế cho người mới bắt đầu có một số kiến thức về mạch.

Độ tuổi được đề xuất: 12+ (o r trẻ em thích lập trình và đại số)

Độ khó: Trung cấp

Chi phí trung bình: ~ $ 35

Có rất nhiều loại bảng Arduino khác nhau. Đây là Arduino Uno, phù hợp nhất cho người mới bắt đầu! Có những bảng lớn hơn, nhỏ hơn, có thể đeo được và dành cho các trường hợp sử dụng đặc biệt như rô bốt.

Làm quen tốt với bảng Arduino và lập trình bản đồ cho các dự án và nghề nghiệp trong khoa học máy tính, kỹ thuật và thiết kế.

Tính năng phần cứng

• Arduino Uno có 14 chân Đầu vào & Đầu ra Kỹ thuật số ("I / O"), 6 chân I / O Analog, 2 chân Power Out (3.3V và 5V), và 3 chân Ground (GND).
• Đầu vào nguồn có thể ở bất kỳ đâu từ 5 đến 12 VDC

• Các tiêu đề ICSP cho phép bạn kết nối rất nhiều bảng bổ trợ khác nhau được gọi là "lá chắn".

  Ví dụ: bạn có thể thêm một tấm chắn WiFi để kết nối Arduino của bạn với 'net

Ngôn ngữ lập trình: Wiring (Tổ hợp C ++ / Xử lý)

Dự án ví dụ: Trò chơi phản ứng chuyển động Lắc vòng mê cung!

Mua / Tìm hiểu thêm: Trang web Arduino

Bước 4: Micro: Bit

Một bộ vi điều khiển lil thân thiện, tiện dụng cho trẻ em và những người mới bắt đầu viết mã và phần cứng.

Độ tuổi được đề xuất: 8+ (hoặc trẻ em hài lòng với mạch và các công cụ đơn giản)

Độ khó: Người mới bắt đầu

Chi phí trung bình: ~ $ 15

Micro: Bit là một công cụ tuyệt vời để bắt đầu học cách viết mã, dạy những người khác, đặc biệt là học sinh tiểu học, cách viết mã và tạo ra các nguyên mẫu điện tử đơn giản và nhanh chóng.

Micro: Bit là sự hợp tác giữa Microsoft và BBC để đưa máy tính giáo dục vào các lớp học trên khắp thế giới.

Tính năng phần cứng:

• Micro: Bit có 3 chân I / O Kỹ thuật số và Tương tự, 1 chân Nguồn ra (3.3V) và 1 chân Nối đất (GND)
• Nguồn điện đầu vào phải là 3 - 5 VDC qua cáp micro USB hoặc đầu nối bộ pin.

• Nó cũng có rất nhiều đầu vào, đầu ra và cảm biến tích hợp!

  • Ma trận LED 5x5 (25)
  • Hai (2) Nút bấm (A, B)
  • Máy phát và Máy thu vô tuyến
  • Gia tốc kế
  • Compa
  • Cảm biến nhiệt độ và ánh sáng
• Để biết thêm các chân I / O, hãy lấy Micro: Bit breakout!

Ngôn ngữ lập trình: Dựa trên khối hoặc Javascript (www. MakeCode.org); cũng có thể sử dụng CircuitPython

Dự án ví dụ: Con rối văn bản Messenger!

Mua / Tìm hiểu thêm: Trang web Micro: Bit

Bước 5: Circuit Playground Express

Một bộ vi điều khiển đa năng tuyệt vời cho trẻ em và những người mới bắt đầu viết mã và phần cứng.

Lưu ý: Ngoài ra còn có Circuit Playground Classic - phần cứng gần giống nhau, nhưng bo mạch này được lập trình trong Arduino IDE.

Độ tuổi được đề xuất: 8+ (hoặc trẻ em hài lòng với mạch và các công cụ đơn giản)

Độ khó: Người mới bắt đầu

Chi phí trung bình: ~ $ 25

Circuit Playground Express, hay CPX, là một công cụ hữu ích để học cách viết mã, dạy người khác cách viết mã và tạo các mẫu thử nhanh cho người mới bắt đầu cũng như các chuyên gia.

Circuit Playground Express là một bộ vi điều khiển mạnh mẽ và linh hoạt được tạo ra bởi Adafruit Industries.

Tính năng phần cứng

• CPX có 7 vòng Đầu vào & Đầu ra Kỹ thuật số / Tương tự ("I / O") cũng là cảm ứng điện dung!

  • 1 vòng I / O Analog "đúng"
  • 2 Vòng ra nguồn (3.3V)
  • 3 chân nối đất (GND)
• Nguồn điện đầu vào phải là 3 - 5 VDC qua cáp micro USB hoặc đầu nối bộ pin.

• Ngoài ra còn có rất nhiều đầu vào, đầu ra và cảm biến trên bo mạch!

  • 10 Neopixels nhỏ (có thể có tất cả các màu)
  • 2 nút bấm (A, B)
  • 1 Công tắc trượt

  • Máy phát và máy thu hồng ngoại

    Có thể nhận / truyền mã điều khiển từ xa, gửi tin nhắn giữa các CPX và hoạt động như một cảm biến khoảng cách

  • Gia tốc kế
  • Cảm biến âm thanh và loa mini
  • Cảm biến nhiệt độ và ánh sáng

Ngôn ngữ lập trình: Dựa trên khối hoặc Javascript (www. MakeCode.org); cũng có thể sử dụng CircuitPython và Wiring (Arduino IDE)

Dự án ví dụ: Bộ điều khiển cử chỉ Minecraft!

Mua / Tìm hiểu thêm: Adafruit Industries

Bước 6: Trang điểm

Một bộ vi điều khiển giới thiệu tương tác tuyệt vời cho trẻ nhỏ và những người mới làm quen với điện tử và mã hóa, đặc biệt cho những người muốn chơi với công nghệ mà không cần phải xây dựng mạch và mã.

Độ tuổi được đề xuất: 5+ (hoặc trẻ em cảm thấy thoải mái với các công cụ đơn giản)

Độ khó: Người mới bắt đầu

Chi phí trung bình: ~ $ 50

Makey Makey là một bước đầu tiên tuyệt vời trong lĩnh vực điện tử và công nghệ - không cần lập trình! Kết nối các kẹp cá sấu với miếng đệm và sau đó kết nối bất kỳ vật liệu dẫn điện nào, như tay, trái cây hoặc các vật kim loại, để kích hoạt một số phím chuột và bàn phím nhất định.

Makey Makey là một bảng tương thích với Arduino, có nghĩa là bạn cũng có thể lập trình lại nó bằng cách sử dụng Môi trường phát triển tích hợp Arduino ("IDE").

Tính năng phần cứng

• Makey Makey có sáu (6) miếng cảm ứng điện dung ở mặt trước của bảng:

  • Bốn điều khiển các phím mũi tên trên bàn phím,
  • Một người điều khiển phím cách và
  • Một người điều khiển nhấp chuột trái.

• Ở mặt sau của bo mạch là các chân tiêu đề để điều khiển nhiều hơn (cũng như cảm ứng điện dung):

  • Sáu (6) ghim ánh xạ tới các chữ cái,
  • Bốn (4) chốt ánh xạ tới các mũi tên,
  • Hai (2) chân liên kết với các phím chuột và
  • Một (1) ghim ánh xạ tới phím phím cách.
  • Ngoài ra còn có ba (3) chân I / O chung, chân nguồn 5V và chân nối đất.

Ngôn ngữ lập trình: Không áp dụng cho người mới bắt đầu; có thể viết các chương trình Scratch (dựa trên khối); có thể lập trình lại trong Wiring (Arduino IDE)

Dự án mẫu

Người mới bắt đầu: Piano sàn

Trung gian: Trò chơi khảo sát tương tác!

Mua / Tìm hiểu thêm: Trang web Makey Makey

Bước 7: Các bảng thông thường khác

Có thể có quá nhiều vi điều khiển để bao gồm trong một hướng dẫn. Nếu bạn có nhu cầu đặc biệt cao, có thể có một bộ vi điều khiển cho điều đó (giống như các ứng dụng!). Để có cảm nhận về một số bo mạch khác không được đề cập trong hướng dẫn này, hãy xem xét các bản kiểm kê của SparkFun Electronics và Adafruit Industries và / hoặc hỏi những người trong lĩnh vực này!

Dưới đây là một số mục yêu thích của tôi:

Photon hạt

Tương tự như Arduino Nano, Photon là một vi điều khiển được kết nối WiFi có thể được lập trình không dây. Thiết lập dễ nhất là sử dụng ứng dụng điện thoại thông minh (miễn phí), nhưng nếu cũng có thể được lập trình trực tiếp qua USB với ngôn ngữ gần giống như Arduino *.

Độ tuổi được đề xuất: 12+ (hoặc trẻ em cảm thấy thoải mái về mạch và mã hóa)

Độ khó: Trung cấp

Chi phí: ~ $ 20

Để biết thêm thông tin và thiết lập Photon, hãy truy cập cửa hàng trực tuyến Particle tại đây.

Ngôn ngữ lập trình: Wiring (nhiều hơn hoặc ít hơn)

Dự án mẫu

Quy mô công nghiệp IoT

* Hệ thống dây là khung mã, vì vậy hầu hết mã Arduino sẽ hoạt động mà không cần sửa đổi. Cũng có thể viết bằng C / C ++ hoặc hợp ngữ ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Đột phá

Một bộ vi điều khiển WiFi siêu nhỏ, siêu rẻ (và hiện đang rất phổ biến trong cộng đồng IoT *). Bạn sẽ cần một FTDI hoặc cáp bảng điều khiển. Bạn có thể sử dụng Arduino IDE để lập trình bo mạch này hoặc Trình thông dịch Lua của NodeMCU.

Độ tuổi khuyến nghị: 14+ (hoặc trẻ em cảm thấy thoải mái với phần cứng & phần mềm)

Độ khó: Trung cấp ++

Chi phí: ~ $ 10

Để biết thêm thông tin, hãy truy cập trang sản phẩm HUZZAH Adafruit.

(SparkFun cũng có một bảng tương tự, "ESP8266 Thing", bạn có thể tìm thấy ở đây với giá ~ $ 15.)

Ngôn ngữ lập trình: Lua (sắp xếp như Python) hoặc Wiring (Arduino IDE)

* IoT là viết tắt của "Internet of Things", là thuật ngữ đề cập đến việc kết nối và điều khiển các thiết bị phần cứng khác nhau, như cảm biến và thiết bị điện tử gia dụng, với Internet.

Adafruit Trinket M0

Một bộ vi điều khiển nhỏ bé nhưng mạnh mẽ làm mờ ranh giới giữa máy tính và vi điều khiển (nó có bộ xử lý ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0). Nó có thể được lập trình bằng Circuit Python hoặc Arudino IDE.

Độ tuổi được đề xuất: 14+ (hoặc trẻ em cảm thấy thoải mái với phần cứng & phần mềm)

Độ khó: Trung cấp

Chi phí: ~ $ 9

Để biết thêm thông tin, hãy truy cập trang sản phẩm Adafruit cho Trinket M0.

Ngôn ngữ lập trình: CircuitPython hoặc Wiring (Arduino IDE)

Có một TẤN các bo mạch M0 khác, có phạm vi tương tự như vi điều khiển có thể kết nối Arduino Zero. Nếu điều này không phù hợp với nhu cầu của bạn hoặc sở thích của bạn, hãy tìm kiếm trên các trang web Adafruit và SparkFun!

Bước 8: Bộ vi điều khiển có thể đeo được

Ngoài ra còn có một số bộ vi điều khiển được thiết kế cho các dự án có thể đeo được!

Điều làm cho chúng trở nên đặc biệt là chúng có thể được rửa sạch, vì vậy bạn không cần phải tách chúng ra khỏi dự án tuyệt vời mà bạn đã thực hiện (nhưng hãy tháo pin!).

Các bộ vi điều khiển có thể đeo cũng có các chân I / O đặc biệt giúp bạn dễ dàng khâu vào quần áo và khâu mạch bằng chỉ dẫn điện. Đây là một vài mục yêu thích của tôi:

Adafruit FLORA

Một bộ vi điều khiển có thể may hình tròn với 14 đầu vào và đầu ra. Có thể được rửa (nhưng def tháo pin).

Độ tuổi được đề xuất: 12+ (hoặc trẻ em cảm thấy thoải mái về mạch và mã hóa)

Độ khó: Trung cấp

Chi phí: $ 15

Ngôn ngữ lập trình: Wiring (Arduino IDE)

Để biết thêm thông tin, hãy truy cập trang sản phẩm Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Một bộ vi điều khiển có thể khâu nhỏ lil 'với 3 đầu vào và đầu ra. Hoàn hảo để ẩn, kết nối với các vật nhỏ và tạo ra đồ trang sức.

Độ tuổi khuyến nghị: 12+

Độ khó: Trung cấp

Chi phí: ~ $ 5

Ngôn ngữ lập trình: Wiring (Arduino IDE)

Để biết thêm thông tin, hãy truy cập trang sản phẩm Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Một bộ vi điều khiển có thể may hình tròn với 14 đầu vào và đầu ra có sẵn.

Độ tuổi khuyến nghị: 12+

Độ khó: Trung cấp

Chi phí: ~ $ 25

Ngôn ngữ lập trình: Wiring (Arduino IDE)

Để biết thêm thông tin, hãy truy cập trang sản phẩm SparkFun dành cho Lilypad.

Bước 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi, viết tắt là Pi, là một máy tính có kích thước bằng thẻ tín dụng * chạy phiên bản đặc biệt của Linux và có thể được lập trình để điều khiển phần cứng.

Độ tuổi được đề xuất: 12 tuổi trở lên hoặc trẻ em cảm thấy hài lòng với mã hóa và đại số

Độ khó: Trung cấp (dễ dàng như một máy tính)

Chi phí trung bình: ~ $ 35

Máy tính Raspberry Pi, hay viết tắt là Pi, có thể được sử dụng như một máy tính “tiêu chuẩn” hoặc như một bộ điều khiển cho tất cả các loại dự án phần cứng. Đây là chiếc máy tính đầu tiên tuyệt vời cho trẻ em sử dụng và học viết mã, và được các chuyên gia phần cứng sử dụng rộng rãi để xây dựng tất cả các loại dự án điện tử, từ rô bốt đến máy in 3D đến các hệ thống tự động hóa gia đình!

Raspberry Pi đã thay đổi cách chúng ta chế tạo thiết bị điện tử! Có một vài phiên bản khác nhau, gần đây nhất là Raspberry Pi 3 và Pi Zero, một phiên bản thu nhỏ của Pi 3 với giá chỉ 10 đô la.

Tổng quan về phần cứng

• Hệ điều hành được khuyến nghị (“OS”) là một phiên bản đặc biệt của Linux được gọi là Raspbian.

• Pi có 40 chân Đầu vào và Đầu ra Mục đích Chung (“GPIO”).

  • 26 chân I / O kỹ thuật số (không có I / O Analog)
  • 4 chân Nguồn ra (hai chân 3,3V và hai chân 5V)
  • 8 chân nối đất (GND)
  • 2 Ghim Đặc biệt (I2C ID EEPROM, chỉ sử dụng nâng cao)

• Pi cũng có hầu hết các tính năng tiêu chuẩn của máy tính:

  • 4 cổng USB
  • 1 cổng Ethernet
  • 1 cổng HDMI
  • 1 Giắc cắm âm thanh
  • 1 cổng mô-đun máy ảnh

Ngôn ngữ lập trình (cho các chân GPIO): Python hoặc C ++

Vì đây là một máy tính hoàn chỉnh, bạn có thể lập trình bằng bất kỳ ngôn ngữ nào bạn muốn, kể cả lập trình các bộ vi điều khiển khác!

Dự án mẫu

Màn hình thú cưng IoT!

Giám sát lực tác động

Mua / Thông tin thêm: Raspberry Pi Foundation

* Pi có thể được sử dụng tương tự như vi điều khiển tiêu chuẩn VÀ cũng có thể điều khiển vi điều khiển! Về cơ bản, Pi là siêu tuyệt vời và tôi * phải * bao gồm nó ngay cả khi về mặt kỹ thuật nó là một máy tính:)

Bước 10: Kết luận

Nếu bạn mới bắt đầu và muốn xây dựng tất cả các loại dự án, tôi khuyên bạn nên sử dụng Circuit Playground Express. Thật dễ dàng để thiết lập và chạy và có rất nhiều tiện ích tích hợp.

Nếu bạn cực kỳ quan tâm đến mạng máy tính, AI hoặc kết nối mọi thứ với Internet (ví dụ: tạo "Nhà thông minh"), tôi đề xuất Raspberry Pi.

Nếu bạn muốn có một bo mạch mạnh mẽ, ổn định và đáng tin cậy để xây dựng nhiều dự án khác nhau, hãy sử dụng Arduino.

Nếu bạn vẫn không biết bắt đầu từ đâu và hoàn toàn lo lắng, hãy bắt đầu với Micro: Bit - nó chỉ có $ 15 và có rất nhiều thứ hấp dẫn trên đó để chơi. Ngoài ra, nếu bạn nhận được một tin nhắn cho bạn bè của mình, bạn có thể gửi tin nhắn qua lại:)

Lời khuyên tốt nhất mà tôi có thể dành cho bạn là hãy tìm một dự án mà bạn đam mê và xây dựng nó! Có rất nhiều hướng dẫn trực tuyến, vì vậy hãy tìm kiếm những người đã xây dựng cùng một dự án hoặc dự án tương tự. Dựa trên những phát hiện của họ và điều chỉnh theo ý bạn!

Và tất nhiên, hãy để lại bất kỳ câu hỏi liên quan nào trong phần bình luận và tôi sẽ cố gắng hết sức để trợ giúp!

Chúc bạn hack vui vẻ!