Una guida per principianti ai microcontrollori: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Che cosa hanno in comune controller remoti, router e robot? Microcontrollori! Al giorno d'oggi, i microcontrollori per principianti sono facili da usare e programmare con solo un laptop, un cavo USB e alcuni software open source (gratuiti). Woooh!! Tutti i progetti, arriviamo!

La presa? Ci sono tipo 4324302* diversi microcontrollori e può essere scoraggiante iniziare, specialmente se ti stai avvicinando all'elettronica. Da dove diamine inizi?!

Proprio qui, bbies, ho Chu. Sia che tu stia cercando di costruire alcuni fantastici progetti elettronici, imparare la programmazione/tecnologia o voler insegnare ad altri l'elettronica, questo tutorial ti aiuterà a capire quale microcontrollore è giusto per le tue esigenze, obiettivi e budget. Sìì! Iniziamo!

Tempo di lettura: ~ 20 min

*Ok, ok, forse non *così* tanti, ma sicuramente qualche dozzina!

Passaggio 1: aspetta… Che cos'è un microcontrollore?

Forse hai visto questa parola ed eri tipo "wtf" ma non ti sentivi abbastanza a tuo agio per chiedere*. Assolutamente bene, ecco una rapida carrellata:

Un microcontrollore è un "semplice computer" che esegue un programma in un ciclo. Sono progettati per eseguire un singolo compito specifico.

In questa guida, ci concentreremo sui microcontrollori dotati di schede breakout o su una scheda che semplifica la connessione e la programmazione del microcontrollore.

Su una scheda breakout, i pin del microcontrollore sono saldati a una scheda a circuito stampato ("PCB"), intestazioni o altri connettori vengono aggiunti al PCB e alcuni firmware di base o software permanente vengono caricati per preparare il microcontrollore a ricevere segnali.

* Le domande sono sempre buone anche se sono "stupide" o "n00by", basta trovare uno spazio sicuro, come Instructables!

Passaggio 2: qual è la differenza tra il Raspberry Pi e un microcontrollore?

Il Raspberry Pi non è solo piccolo e adorabile, è anche un computer a tutti gli effetti!:D

I computer hanno microprocessori E microcontrollori che lavorano insieme per eseguire molte attività contemporaneamente.

Il microprocessore è ciò che fa il "sollevamento pesante" in un computer. Esegue le istruzioni e i calcoli che fanno funzionare il computer. I microprocessori sono molto più veloci dei microcontrollori, ma necessitano di risorse esterne come RAM, porte di ingresso/uscita, ecc., mentre un microcontrollore è in genere autonomo.

I computer (che hanno input e output, archiviazione ed elaborazione) possono eseguire più programmi alla volta: puoi navigare in Internet, ricordare vecchie foto, scrivere un documento e avere come 1000 schede aperte tutte allo stesso tempo! Microcontrollori… non tanto. Puoi fare una di queste cose, ma non tutte.

Per saperne di più sul Raspberry Pi, dai un'occhiata all'ultima sezione di questo tutorial!

Passaggio 3: Arduino (Uno)

Un robusto microcontrollore open source e un ambiente di programmazione progettato per i principianti con una certa conoscenza dei circuiti.

Età consigliata: 12+ (o bambini a proprio agio con la programmazione e l'algebra)

Difficoltà: Intermedia

Costo medio: ~ $ 35

Esistono molti tipi diversi di schede Arduino. Questo è Arduino Uno, la soluzione migliore per i principianti! Esistono schede più grandi, più piccole, indossabili e per casi d'uso speciali come la robotica.

Conoscere bene le schede Arduino e le mappe di programmazione per progetti e carriere in informatica, ingegneria e design.

Caratteristiche hardware

• Arduino Uno ha 14 pin di ingresso e uscita digitali ("I/O"), 6 pin di I/O analogici, 2 pin di alimentazione (3,3 V e 5 V) e 3 pin di terra (GND).
• L'ingresso di alimentazione può essere ovunque da 5 a 12 VDC

• Le intestazioni ICSP ti consentono di collegare una tonnellata di diverse schede aggiuntive chiamate "scudi".

  Ad esempio, puoi aggiungere uno scudo WiFi per connettere il tuo Arduino alla rete

Linguaggio di programmazione: cablaggio (combo di C++/elaborazione)

Esempio di progetto: Shake the Maze Game reattivo al movimento!

Acquista/Scopri di più: Sito web Arduino

Passaggio 4: Micro: Bit

Un piccolo microcontrollore amichevole, utile per bambini e persone che hanno appena iniziato con la codifica e l'hardware.

Età consigliata: 8+ (o bambini a proprio agio con circuiti e strumenti semplici)

Difficoltà: Principiante

Costo medio: ~$15

Il Micro:Bit è un ottimo strumento per iniziare a imparare a programmare, insegnare agli altri, in particolare agli studenti delle scuole elementari, come programmare e realizzare prototipi elettronici semplici e veloci.

Il Micro:Bit è una collaborazione tra Microsoft e la BBC per portare i computer didattici nelle classi di tutto il mondo.

Caratteristiche dell'hardware:

• Il Micro:Bit ha 3 pin I/O digitali e analogici, 1 pin Power Out (3,3 V) e 1 pin Ground (GND)
• L'ingresso di alimentazione deve essere 3 - 5 VDC tramite cavo micro USB o connettore del pacco batteria.

• Ha anche molti ingressi, uscite e sensori integrati!

  • Matrice LED 5x5 (25)
  • Due (2) pulsanti (A, B)
  • Trasmettitore e ricevitore radio
  • Accelerometro
  • Bussola
  • Sensori di luce e temperatura
• Per ulteriori pin I/O, prendi un breakout Micro:Bit!

Linguaggio di programmazione: Block-Based o Javascript (www. MakeCode.org); può anche usare CircuitPython

Esempio di progetto: burattino di messaggistica di testo!

Acquista/Scopri di più: Sito Web Micro:Bit

Passaggio 5: Circuit Playground Express

Un versatile microcontrollore ottimo per bambini e persone che hanno appena iniziato con la codifica e l'hardware.

Nota: esiste anche il Circuit Playground Classic: l'hardware è quasi identico, ma questa scheda è programmata nell'IDE Arduino.

Età consigliata: 8+ (o bambini a proprio agio con circuiti e strumenti semplici)

Difficoltà: Principiante

Costo medio: ~ $ 25

Il Circuit Playground Express, o CPX, è uno strumento utile per imparare a programmare, insegnare ad altri come programmare e realizzare prototipi rapidi per principianti ed esperti.

Il Circuit Playground Express è un microcontrollore potente e versatile creato da Adafruit Industries.

Caratteristiche hardware

• Il CPX ha 7 anelli di ingresso e uscita digitali/analogici ("I/O") che sono anche touch capacitivi!

  • 1 anello I/O analogico "vero"
  • 2 Anello di uscita alimentazione (3,3 V)
  • 3 pin di terra (GND)
• L'ingresso di alimentazione deve essere 3 - 5 VDC tramite cavo micro USB o connettore del pacco batteria.

• Ci sono anche tonnellate di ingressi, uscite e sensori integrati!

  • 10 Mini Neopixel (possono essere di tutti i colori)
  • 2 pulsanti (A, B)
  • 1 interruttore a scorrimento

  • Trasmettitore e ricevitore a infrarossi

    Può ricevere/trasmettere codici di telecomando, inviare messaggi tra CPX e fungere da sensore di distanza

  • Accelerometro
  • Sensore sonoro e mini altoparlante
  • Sensori di luce e temperatura

Linguaggio di programmazione: Block-Based o Javascript (www. MakeCode.org); può anche utilizzare CircuitPython e Wiring (Arduino IDE)

Esempio di progetto: Minecraft Gesture Controller!

Acquista/Scopri di più:Adafruit Industries

Passaggio 6: Makey Makey

Un microcontrollore introduttivo interattivo ottimo per i bambini e le persone che non conoscono l'elettronica e la programmazione, in particolare per coloro che vogliono giocare con la tecnologia senza dover costruire circuiti e codice.

Età consigliata: 5+ (o bambini comodi con strumenti semplici)

Difficoltà: Principiante

Costo medio: ~ $ 50

Il Makey Makey è un ottimo primo passo verso l'elettronica e la tecnologia: non è richiesta alcuna programmazione! Collega i coccodrilli ai cuscinetti e quindi collega qualsiasi materiale un po' conduttivo, come mani, frutta o oggetti metallici, per attivare determinati tasti della tastiera e del mouse.

Makey Makey è una scheda compatibile con Arduino, il che significa che puoi anche riprogrammarla utilizzando l'ambiente di sviluppo integrato Arduino ("IDE").

Caratteristiche hardware

• Il Makey Makey ha sei (6) touch pad capacitivi sulla parte anteriore della scheda:

  • Quattro controllano i tasti freccia della tastiera,
  • Uno controlla la barra spaziatrice e
  • Uno controlla il clic sinistro del mouse.

• Sul retro della scheda sono presenti i pin di intestazione per ulteriori controlli (anche touch capacitivo):

  • Sei (6) pin che corrispondono alle lettere,
  • Quattro (4) perni che corrispondono alle frecce,
  • Due (2) pin che mappano i tasti del mouse e
  • Un (1) pin che mappa il tasto della barra spaziatrice.
  • Ci sono anche tre (3) pin di I/O generali, un pin di alimentazione a 5V e un pin di terra.

Linguaggio di programmazione: non applicabile ai principianti; può scrivere programmi Scratch (basati su blocchi); può riprogrammare in Wiring (Arduino IDE)

Progetti di esempio

Principiante: Pianoforte

Intermedio: gioco di indagine interattivo!

Acquista/Scopri di più: Sito Web Makey Makey

Passaggio 7: altre schede comuni

Ci sono troppi microcontrollori da coprire in un tutorial. Se hai un'esigenza specialistica super specifica, probabilmente esiste un microcontrollore per questo (proprio come le app!). Per avere un'idea di alcune delle altre schede non menzionate in questo tutorial, consulta gli inventari di SparkFun Electronics e Adafruit Industries e/o chiedi alle persone del settore!

Ecco alcuni dei miei preferiti:

Fotone particellare

Simile all'Arduino Nano, Photon è un microcontrollore connesso WiFi che può essere programmato in modalità wireless. La configurazione più semplice utilizza un'app per smartphone (gratuita), ma può anche essere programmata direttamente tramite USB in quasi la stessa lingua di Arduino*.

Età consigliata: 12+ (o bambini comodi con circuiti e codifica)

Difficoltà: Intermedia

Costo: ~ $ 20

Per maggiori informazioni e per ottenere la configurazione di Photon, visita il negozio online di Particle qui.

Linguaggio di programmazione: cablaggio (più o meno)

Esempio di progetto

Scala industriale IoT

*Il cablaggio è il framework del codice, quindi la maggior parte del codice Arduino funzionerà senza modifiche. Può anche scrivere in C/C++ o assembly ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Un microcontrollore WiFi super piccolo, super economico (e attualmente molto popolare nella comunità IoT*). Avrai bisogno di un cavo FTDI o console. È possibile utilizzare l'IDE Arduino per programmare questa scheda o l'interprete Lua di NodeMCU.

Età consigliata: 14+ (o comodi per bambini con hardware e software)

Difficoltà: Intermedia++

Costo: ~$10

Per maggiori informazioni, visita la pagina del prodotto HUZZAH Adafruit.

(SparkFun ha anche una scheda simile, la "ESP8266 Thing", che puoi trovare qui per ~$15.)

Linguaggio di programmazione: Lua (un po' come Python) o Wiring (Arduino IDE)

*IoT sta per "Internet of Things", che è il termine che si riferisce alla connessione e al controllo di vari dispositivi hardware, come sensori ed elettronica domestica, a Internet.

Adafruit gingillo M0

Un microcontrollore minuscolo ma potente che offusca i confini tra computer e microcontrollore (ha un processore Cortex M0 a 32 bit ATSAMD21E18). Può essere programmato con Circuit Python o nell'IDE Arudino.

Età consigliata: 14+ (o comodi per bambini con hardware e software)

Difficoltà: Intermedia

Costo: ~$9

Per maggiori informazioni, visita la pagina del prodotto Adafruit per il Trinket M0.

Linguaggio di programmazione: CircuitPython o Wiring (Arduino IDE)

Ci sono una tonnellata di altre schede M0, simili nell'ambito dei microcontrollori collegabili Arduino Zero. Se questo non soddisfa le tue esigenze o la tua fantasia, cerca nei siti Web di Adafruit e SparkFun!

Passaggio 8: microcontrollori indossabili

Ci sono anche una manciata di microcontrollori progettati per progetti indossabili!

Ciò che li rende speciali è che possono essere lavati, quindi non devi strapparli dal fantastico progetto che hai realizzato (ma rimuovi la batteria!).

I microcontrollori indossabili hanno anche speciali pin I/O che facilitano la cucitura di indumenti e circuiti di cucitura con filo conduttivo. Ecco alcuni dei miei preferiti:

Adafruit FLORA

Un microcontrollore cucibile circolare con 14 ingressi e uscite. Può essere lavato (ma sicuramente rimuovere la batteria).

Età consigliata: 12+ (o bambini comodi con circuiti e codifica)

Difficoltà: Intermedia

Costo: $ 15

Linguaggio di programmazione: cablaggio (IDE Arduino)

Per maggiori informazioni, visita la pagina del prodotto Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Un piccolo microcontrollore cucibile con 3 ingressi e uscite. Perfetto per nascondersi, connettersi a piccoli oggetti e creare gioielli.

Età consigliata: 12+

Difficoltà: Intermedia

Costo: ~$5

Linguaggio di programmazione: cablaggio (IDE Arduino)

Per maggiori informazioni, visita la pagina del prodotto Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Un microcontrollore circolare cucibile con 14 ingressi e uscite disponibili.

Età consigliata: 12+

Difficoltà: Intermedia

Costo: ~$25

Linguaggio di programmazione: cablaggio (IDE Arduino)

Per ulteriori informazioni, visitare la pagina del prodotto SparkFun per Lilypad.

Passaggio 9: Raspberry Pi 3

Il Raspberry Pi, o Pi in breve, è un computer delle dimensioni di una carta di credito* che esegue una versione speciale di Linux e può essere programmato per controllare l'hardware.

Età consigliata: 12+ o bambini a proprio agio con la codifica e l'algebra

Difficoltà: Intermedia (facile come un computer)

Costo medio: ~ $ 35

Il computer Raspberry Pi, o Pi in breve, può essere utilizzato come computer "standard" o come controller per tutti i tipi di progetti hardware. È un ottimo primo computer per i bambini da usare e su cui imparare a programmare, ed è ampiamente utilizzato dagli esperti di hardware per costruire tutti i tipi di progetti elettronici, dai robot alle stampanti 3D ai sistemi di automazione domestica!

Il Raspberry Pi ha cambiato il modo in cui costruiamo l'elettronica! Ci sono alcune versioni diverse, la più recente è il Raspberry Pi 3 e il Pi Zero, una versione in miniatura del Pi 3 per soli $ 10.

Panoramica dell'hardware

• Il sistema operativo consigliato ("OS") è una versione speciale di Linux chiamata Raspbian.

• Il Pi ha 40 pin di ingresso e uscita generici ("GPIO").

  • 26 pin I/O digitali (nessun I/O analogico)
  • 4 pin Power Out (due da 3,3 V e due da 5 V)
  • 8 pin di terra (GND)
  • 2 pin speciali (I2C ID EEPROM, solo per uso avanzato)

• Il Pi ha anche la maggior parte delle funzioni standard del computer:

  • 4 porte USB
  • 1 porta Ethernet
  • 1 porta HDMI
  • 1 jack audio
  • 1 porta modulo telecamera

Linguaggio di programmazione (per pin GPIO): Python o C++

Poiché questo è un computer completo, puoi programmare in qualsiasi lingua tu voglia, inclusa la programmazione di altri microcontrollori!

Progetti di esempio

Monitor per animali domestici IoT!

Monitoraggio della forza d'impatto

Acquisto/Ulteriori informazioni: Fondazione Raspberry Pi

*Il Pi può essere utilizzato in modo simile a un microcontrollore standard E può anche controllare i microcontrollori! Fondamentalmente, il Pi è fantastico e io *devo* includerlo anche se tecnicamente è un computer:)

Passaggio 10: considerazioni finali

Se hai appena iniziato e vuoi realizzare tutti i tipi di progetti, ti consiglio il Circuit Playground Express. È semplicissimo da installare e funzionante e ha un sacco di gadget a bordo.

Se sei molto interessato alle reti di computer, all'intelligenza artificiale o alla connessione di cose a Internet (ad esempio creare una "casa intelligente"), suggerirei il Raspberry Pi.

Se vuoi una scheda robusta, stabile e affidabile per realizzare un'ampia varietà di progetti, scegli un Arduino.

Se non hai ancora idea di dove iniziare e sei totalmente intimidito, inizia con Micro: Bit: costa solo $ 15 e ha un sacco di cose sgargianti con cui giocare. Inoltre, se ne prendi uno per il tuo amico, puoi inviare piccoli messaggi avanti e indietro:)

Il miglior consiglio che posso darti è trovare un progetto che ti appassiona e realizzarlo! Ci sono tonnellate di tutorial online, quindi cerca qualcuno che ha creato lo stesso progetto o un progetto simile. Costruisci sulle loro scoperte e aggiusta come preferisci!

E, naturalmente, lascia qualsiasi domanda correlata nei commenti e farò del mio meglio per aiutarti!

Felice hacking!