Een beginnershandleiding voor microcontrollers: 10 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Wat hebben afstandsbedieningen, routers en robots allemaal gemeen? Microcontrollers! Tegenwoordig zijn beginnersvriendelijke microcontrollers eenvoudig te gebruiken en te programmeren met slechts een laptop, een USB-kabel en wat (gratis) open-source software. Woehoe!! Alle projecten, here we come!

De vangst? Er zijn ongeveer 4324302* verschillende microcontrollers en het kan ontmoedigend zijn om te beginnen, vooral als je net begint met elektronica. Waar begin je in godsnaam?!

Hier, bbies, ik heb chu. Of je nu coole elektronische projecten wilt bouwen, programmeren/technologie wilt leren of anderen over elektronica wilt leren, deze tutorial helpt je erachter te komen welke microcontroller geschikt is voor jouw behoeften, doelen en budgetten. Hoera! Laten we beginnen!

Leestijd: ~ 20 min

*Ok, oké, misschien niet *dat* veel, maar zeker een paar dozijn!

Stap 1: Wacht…. Wat is een microcontroller?

Misschien heb je dit woord gezien en had je zoiets van "wtf", maar voelde je je niet op je gemak om het te vragen*. Helemaal goed, hier is een kort overzicht:

Een microcontroller is een "eenvoudige computer" die één programma in een lus uitvoert. Ze zijn ontworpen om een enkele, specifieke taak uit te voeren.

In deze gids zullen we ons concentreren op microcontrollers met breakout-kaarten, of een bord dat het gemakkelijker maakt om verbinding te maken met de microcontroller en deze te programmeren.

Op een breakout-bord worden de pinnen van de microcontroller op een printplaat ("PCB") gesoldeerd, worden headers of andere connectoren aan de PCB toegevoegd en wordt een aantal basisfirmware of permanente software geladen om de microcontroller voor te bereiden om signalen te ontvangen.

* Vragen zijn altijd goed, zelfs als ze "dom" of "n00by" zijn, zoek gewoon een veilige plek - zoals Instructables!

Stap 2: Wat is het verschil tussen de Raspberry Pi en een microcontroller?

De Raspberry Pi is niet alleen klein en schattig, het is ook een volwaardige computer!:NS

Computers hebben microprocessors EN microcontrollers die samenwerken om veel taken tegelijk uit te voeren.

De microprocessor is wat het "zware werk" doet in een computer. Het voert de instructies en berekeningen uit die de computer laten werken. Microprocessors zijn veel sneller dan microcontrollers, maar ze hebben externe bronnen nodig zoals RAM, invoer-/uitvoerpoorten, enz., terwijl een microcontroller doorgaans op zichzelf staat.

Computers (die inputs en outputs, opslag en verwerking hebben) kunnen meerdere programma's tegelijk uitvoeren -- u kunt op internet surfen, herinneringen ophalen met oude foto's, een paper schrijven en tegelijkertijd zo'n 1000 tabbladen open hebben! Microcontrollers… niet zo veel. Je kunt een van die dingen doen, maar niet allemaal.

Bekijk het laatste gedeelte van deze tutorial voor meer informatie over de Raspberry Pi!

Stap 3: Arduino (Uno)

Een robuuste, open-source microcontroller en programmeeromgeving ontworpen voor beginners met enige kennis van circuits.

Aanbevolen leeftijden: 12+ (of kinderen die handig zijn met programmeren en algebra)

Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Gemiddelde kosten: ~ $ 35

Er zijn veel verschillende soorten Arduino-borden. Dit is de Arduino Uno, de beste keuze voor beginners! Er zijn borden die groter, kleiner, draagbaar zijn en voor speciale toepassingen zoals robotica.

Bekend zijn met Arduino-borden en programmeerkaarten, goed voor projecten en carrières in informatica, engineering en ontwerp.

Hardwarefuncties

• De Arduino Uno heeft 14 Digital Input & Output ("I/O") pinnen, 6 analoge I/O pinnen, 2 Power Out pinnen (3,3V en 5V) en 3 Ground (GND) pinnen.
• Ingangsvermogen kan variëren van 5 tot 12 VDC

• Met de ICSP-headers kunt u een groot aantal verschillende add-on-boards aansluiten die "shields" worden genoemd.

  U kunt bijvoorbeeld een WiFi-shield toevoegen om uw Arduino te verbinden met het 'net

Programmeertaal: Bedrading (Combo van C++/Processing)

Voorbeeldproject: Motion-Reactive Shake the Maze Game!

Aankoop/Meer informatie: Arduino-website

Stap 4: Micro:Bit

Een vriendelijke kleine microcontroller, handig voor kinderen en mensen die net beginnen met coderen en hardware.

Aanbevolen leeftijden: 8+ (of kinderen die vertrouwd zijn met circuits en eenvoudig gereedschap)

Moeilijkheidsgraad: beginner

Gemiddelde kosten: ~ $ 15

De Micro:Bit is een geweldig hulpmiddel om te leren coderen, anderen, met name basisschoolleerlingen, te leren coderen en eenvoudige en snelle elektronische prototypen te maken.

De Micro:Bit is een samenwerking tussen Microsoft en de BBC om educatieve computers in klaslokalen over de hele wereld te brengen.

Hardwarekenmerken:

• De Micro:Bit heeft 3 digitale en analoge I/O-pinnen, 1 Power Out-pin (3,3 V) en 1 Ground (GND)-pin
• Het ingangsvermogen moet 3 - 5 VDC zijn via een micro-USB-kabel of batterijconnector.

• Het heeft ook veel ingangen, uitgangen en sensoren aan boord!

  • 5x5 (25) LED-matrix
  • Twee (2) drukknoppen (A, B)
  • Radiozender en ontvanger
  • Versnellingsmeter
  • Kompas
  • Licht- en temperatuursensoren
• Voor meer I/O-pinnen, pak een Micro:Bit breakout!

Programmeertaal: Block-Based of Javascript (www. MakeCode.org); kan ook gebruik maken van CircuitPython

Voorbeeldproject: Tekst Messenger Puppet!

Aankoop/Meer informatie: Micro:Bit-website

Stap 5: Circuit Playground Express

Een veelzijdige microcontroller die geweldig is voor kinderen en mensen die net beginnen met coderen en hardware.

Opmerking: er is ook de Circuit Playground Classic - de hardware is bijna identiek, maar dit bord is geprogrammeerd in de Arduino IDE.

Aanbevolen leeftijden: 8+ (of kinderen die vertrouwd zijn met circuits en eenvoudig gereedschap)

Moeilijkheidsgraad: beginner

Gemiddelde kosten: ~ $ 25

De Circuit Playground Express, of CPX, is een handig hulpmiddel om te leren coderen, anderen te leren coderen en snelle prototypes te maken voor zowel beginners als experts.

De Circuit Playground Express is een krachtige en veelzijdige microcontroller gemaakt door Adafruit Industries.

Hardwarefuncties

• De CPX heeft 7 digitale/analoge invoer- en uitvoerringen ("I/O") die ook capacitief aanvoelen!

  • 1 "echte" analoge I/O-ring
  • 2 Power-out-ring (3,3 V)
  • 3 aarde (GND) pinnen
• Het ingangsvermogen moet 3 - 5 VDC zijn via een micro-USB-kabel of batterijconnector.

• Er zijn ook talloze ingangen, uitgangen en sensoren aan boord!

  • 10 Mini Neopixels (kunnen alle kleuren zijn)
  • 2 drukknoppen (A, B)
  • 1 schuifschakelaar

  • Infrarood zender en ontvanger

    Kan afstandsbedieningscodes ontvangen/verzenden, berichten verzenden tussen CPX's en fungeren als afstandssensor

  • Versnellingsmeter
  • Geluidssensor en miniluidspreker
  • Licht- en temperatuursensoren

Programmeertaal: Block-Based of Javascript (www. MakeCode.org); kan ook gebruik maken van CircuitPython en bedrading (Arduino IDE)

Voorbeeldproject: Minecraft Gesture Controller!

Aankoop/Meer informatie:Adafruit Industries

Stap 6: Makey Makey

Een interactieve inleidende microcontroller, geweldig voor jonge kinderen en mensen die nieuw zijn in elektronica en coderen, vooral voor diegenen die met technologie willen spelen zonder circuits en code te hoeven bouwen.

Aanbevolen leeftijden: 5+ (of kinderen comfortabel met eenvoudig gereedschap)

Moeilijkheidsgraad: beginner

Gemiddelde kosten: ~ $ 50

De Makey Makey is een geweldige eerste stap in elektronica en technologie - programmeren is niet nodig! Sluit krokodillenklemmen aan op de pads en verbind vervolgens enig enigszins geleidend materiaal, zoals handen, fruit of metalen voorwerpen, om bepaalde toetsenbord- en muistoetsen te activeren.

De Makey Makey is een Arduino-compatibel bord, wat betekent dat je het ook kunt herprogrammeren met behulp van de Arduino Integrated Development Environment ("IDE").

Hardwarefuncties

• De Makey Makey heeft zes (6) capacitieve touchpads aan de voorkant van het bord:

  • Vier controle de toetsenbordpijltjestoetsen,
  • Eén bestuurt de spatiebalk, en
  • Men regelt de linkermuisklik.

• Op de achterkant van het bord bevinden zich header-pinnen voor meer bedieningselementen (ook capacitieve aanraking):

  • Zes (6) pinnen die verwijzen naar letters,
  • Vier (4) pinnen die verwijzen naar pijlen,
  • Twee (2) pinnen die zijn toegewezen aan muistoetsen, en
  • Eén (1) pin die is toegewezen aan de spatiebalk.
  • Er zijn ook drie (3) algemene I/O-pinnen, een 5V-voedingspin en een aardingspin.

Programmeertaal: Niet van toepassing voor beginners; kan Scratch-programma's schrijven (blokgebaseerd); kan herprogrammeren in bedrading (Arduino IDE)

Voorbeeldprojecten

Beginner: vloerpiano

Gemiddeld: Interactief enquêtespel!

Aankoop/Meer informatie: Makey Makey-website

Stap 7: Andere gemeenschappelijke borden

Er zijn te veel microcontrollers om in één tutorial te behandelen. Als je een superspecifieke specialiteit nodig hebt, is daar waarschijnlijk een microcontroller voor (net als apps!). Om een idee te krijgen van enkele van de andere boards die niet in deze tutorial worden genoemd, kun je de inventarissen van SparkFun Electronics en Adafruit Industries doornemen en/of vragen aan mensen in het veld!

Hier zijn een paar van mijn favorieten:

Deeltjesfoton

Net als de Arduino Nano is de Photon een met wifi verbonden microcontroller die draadloos kan worden geprogrammeerd. De eenvoudigste setup maakt gebruik van een (gratis) smartphone-app, maar kan ook rechtstreeks via USB worden geprogrammeerd in bijna dezelfde taal als Arduino*.

Aanbevolen leeftijden: 12+ (of comfortabel voor kinderen met circuits en codering)

Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Kosten: ~ $ 20

Ga voor meer informatie en om de Photon-configuratie te krijgen naar de Particle online winkel hier.

Programmeertaal: Bedrading (min of meer)

Voorbeeldproject

IoT industriële schaal

* Bedrading is het codekader, dus de meeste Arduino-code werkt zonder aanpassingen. Kan ook schrijven in C/C++ of ARM-assembly

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Een superkleine, supergoedkope (en momenteel erg populair in de IoT*-gemeenschap) WiFi-microcontroller. Je hebt een FTDI- of consolekabel nodig. U kunt de Arduino IDE gebruiken om dit bord of de Lua Interpreter van NodeMCU te programmeren.

Aanbevolen leeftijden: 14+ (of comfortabel voor kinderen met hardware en software)

Moeilijkheidsgraad: Gemiddeld++

Kosten: ~ $ 10

Voor meer info, bezoek de HUZZAH Adafruit productpagina.

(SparkFun heeft ook een soortgelijk bord, het "ESP8266 Thing", dat je hier kunt vinden voor ~$15.)

Programmeertaal: Lua (een beetje zoals Python) of bedrading (Arduino IDE)

*IoT staat voor "Internet of Things", de term die verwijst naar het verbinden en besturen van verschillende hardwareapparaten, zoals sensoren en huishoudelijke elektronica, met internet.

Adafruit Trinket M0

Een piepkleine maar krachtige microcontroller die de lijnen tussen computer en microcontroller vervaagt (hij heeft een ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0-processor). Het kan worden geprogrammeerd met Circuit Python of in de Arudino IDE.

Aanbevolen leeftijden: 14+ (of comfortabel voor kinderen met hardware en software)

Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Kosten: ~$9

Ga voor meer info naar de Adafruit productpagina voor de Trinket M0.

Programmeertaal: CircuitPython of bedrading (Arduino IDE)

Er zijn een heleboel andere M0-kaarten, vergelijkbaar met de Arduino Zero-aansluitbare microcontrollers. Als dit niet aan uw wensen of uw wensen voldoet, zoek dan eens rond op de websites van Adafruit en SparkFun!

Stap 8: Draagbare microcontrollers

Er zijn ook een handvol microcontrollers ontworpen voor draagbare projecten!

Wat deze speciaal maakt, is dat ze kunnen worden gewassen, zodat je ze niet uit het geweldige project dat je hebt gemaakt hoeft te scheuren (maar verwijder wel de batterij!).

Draagbare microcontrollers hebben ook speciale I/O-pinnen die het gemakkelijker maken om in kleding te naaien en circuits met geleidende draad te naaien. Hier zijn een paar van mijn favorieten:

Adafruit FLORA

Een circulaire naaibare microcontroller met 14 in- en uitgangen. Kan gewassen worden (maar verwijder zeker de batterij).

Aanbevolen leeftijden: 12+ (of comfortabel voor kinderen met circuits en codering)

Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Kosten: $ 15

Programmeertaal: bedrading (Arduino IDE)

Ga voor meer informatie naar de productpagina van Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Een kleine naaibare microcontroller met 3 in- en uitgangen. Perfect om te verbergen, verbinding te maken met kleine voorwerpen en sieraden te maken.

Aanbevolen leeftijden: 12+

Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Kosten: ~ $ 5

Programmeertaal: bedrading (Arduino IDE)

Ga voor meer informatie naar de productpagina van Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Een circulaire naaibare microcontroller met 14 beschikbare in- en uitgangen.

Aanbevolen leeftijden: 12+

Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Kosten: ~ $ 25

Programmeertaal: bedrading (Arduino IDE)

Ga voor meer informatie naar de SparkFun productpagina voor de Lilypad.

Stap 9: Raspberry Pi 3

De Raspberry Pi, of kortweg Pi, is een computer ter grootte van een creditcard* waarop een speciale versie van Linux draait en die kan worden geprogrammeerd om hardware te besturen.

Aanbevolen leeftijden: 12+ Of kinderen die vertrouwd zijn met coderen en algebra

Moeilijkheidsgraad: Gemiddeld (makkelijk als een computer)

Gemiddelde kosten: ~ $ 35

De Raspberry Pi-computer, of kortweg Pi, kan worden gebruikt als een "standaard" computer of als controller voor allerlei hardwareprojecten. Het is een geweldige eerste computer voor kinderen om te gebruiken en te leren coderen, en wordt veel gebruikt door hardware-experts om allerlei elektronische projecten te bouwen, van robots tot 3D-printers tot domoticasystemen!

De Raspberry Pi heeft de manier veranderd waarop we elektronica bouwen! Er zijn een paar verschillende versies, de meest recente is de Raspberry Pi 3 en de Pi Zero, een miniatuurversie van de Pi 3 voor slechts $ 10.

Hardware-overzicht

• Het aanbevolen besturingssysteem (“OS”) is een speciale versie van Linux genaamd Raspbian.

• De Pi heeft 40 General Purpose Input en Output (“GPIO”) pinnen.

  • 26 digitale I/O-pinnen (geen analoge I/O)
  • 4 Power Out-pinnen (twee 3,3 V en twee 5 V)
  • 8 aarde (GND) pinnen
  • 2 speciale pinnen (I2C ID EEPROM, alleen voor geavanceerd gebruik)

• De Pi heeft ook de meeste standaard computerfuncties:

  • 4 USB-poorten
  • 1 Ethernet-poort
  • 1 HDMI-poort
  • 1 audio-aansluiting
  • 1 cameramodulepoort

Programmeertaal (voor GPIO-pinnen): Python of C++

Aangezien dit een volledige computer is, kunt u in elke gewenste taal programmeren, inclusief het programmeren van andere microcontrollers!

Voorbeeldprojecten

IoT-huisdiermonitor!

Slagkrachtmonitor

Aankoop/Meer informatie: Raspberry Pi Foundation

*De Pi kan op dezelfde manier worden gebruikt als een standaard microcontroller EN kan ook microcontrollers aansturen! Kortom, de Pi is super geweldig en ik * moet * het opnemen, ook al is het technisch gezien een computer:)

Stap 10: Laatste gedachten

Als je net begint en allerlei projecten wilt bouwen, raad ik de Circuit Playground Express aan. Het is supergemakkelijk om aan de slag te gaan en heeft een heleboel gadgets aan boord.

Als je super geïnteresseerd bent in computernetwerken, AI of dingen met internet verbinden (bijvoorbeeld een "Smart Home" maken), zou ik de Raspberry Pi aanraden.

Als je een stevig, stabiel en betrouwbaar bord wilt om een breed scala aan projecten te bouwen, kies dan voor een Arduino.

Als je nog steeds geen idee hebt waar je moet beginnen en je totaal geïntimideerd bent, begin dan met de Micro:Bit -- het kost slechts $ 15 en heeft genoeg hippe dingen om mee te spelen. En als je er een voor je vriend krijgt, kun je kleine berichten heen en weer sturen:)

Het beste advies dat ik je kan geven, is om een project te vinden waar je gepassioneerd over bent en het te bouwen! Er zijn talloze tutorials online, dus zoek rond naar iemand die hetzelfde of een soortgelijk project heeft gebouwd. Bouw voort op hun bevindingen en pas ze naar wens aan!

En laat natuurlijk alle gerelateerde vragen achter in de reacties en ik zal mijn best doen om te helpen!

Veel plezier met hacken!