Podstawy sprzętowe: czym właściwie jest mikrokontroler?

Na poziomie podstawowym mikrokontroler to po prostu mały komputer.

Bycie „małym komputerem” nie mówi nam jednak zbyt wiele. Więc przejdźmy głębiej. Wiele osób kojarzy mikrokontrolery z Arduino. Należy jednak zaznaczyć, że Arduino nie jest mikrokontrolerem . Arduino to kompletna platforma obejmująca oprogramowanie i sprzęt.

Arduino tworzy urządzenia takie jak Arduino Uno:

Arduino Uno też nie jest mikrokontrolerem. To breakout board oparty na mikrokontrolerze Atmel ATmega328P.

Oto jak wygląda mikrokontroler Atmel:

Gdybyś jako początkujący miał w ręku tylko mikrokontroler Atmel, nie byłby on zbyt przydatny. W tym miejscu pojawia się tablica breakout.

Płytka łamana „wyłamuje” piny mikrokontrolera na większe urządzenie (takie jak Arduino Uno). To większe urządzenie ułatwia obsługę mikrokontrolera.

W przypadku Arduino Uno płytka wyskakująca daje możliwość włożenia przewodu USB, zasilenia go, zaprogramowania urządzenia i nie tylko.

Bez tablicy breakout dla początkującego byłoby to trudne zadanie. Ten problem jest przyczyną istnienia Arduino - aby bardzo łatwo było Ci poznać sprzęt.

Ach, więc to jest jak Raspberry Pi?

Cóż, nie do końca. Zarówno Arduino, jak i Raspberry Pi są z definicji komputerami. Ale Raspberry Pi jest uważany za komputer jednopłytkowy. Komputer jednopłytkowy to pełny komputer zbudowany na jednej płytce drukowanej.

Twój laptop jest również technicznie komputerem jednopłytkowym - po prostu potężnym. Raspberry Pi to prosta wersja tego samego sprzętu w Twoim laptopie. Tak jak na Twoim laptopie działa system operacyjny (Windows, Mac lub Linux), tak Raspberry Pi obsługuje system operacyjny Linux.

Wróćmy teraz do mikrokontrolerów. Mikrokontrolery nie mogą obsługiwać systemu operacyjnego. Mikrokontrolery również nie mają takiej samej mocy obliczeniowej ani zasobów, jak większość komputerów jednopłytowych.

Mikrokontroler będzie uruchamiał tylko jeden program wielokrotnie - a nie cały system operacyjny. Widzimy to w programach Arduino, ponieważ potrzebują tylko dwóch funkcji: Setupi loop. Setupbędzie działać raz i loopbędzie działać przez czas nieokreślony.

Więc co to jest mikrokontroler?

Mikrokontroler to mały komputer z programowalnymi urządzeniami peryferyjnymi wejścia / wyjścia o małej ilości pamięci.

Wejścia wyjścia

Jak zapewne wiesz, wszystko z komputerem w końcu zaczyna się od binarnego (0 lub 1).

Wejście oznacza, że ​​mikrokontroler będzie czytać binarny. Przykładowym wejściem byłby czujnik.

Wyjście oznacza, że ​​mikrokontroler wyśle ​​binarny. Przykładowym wyjściem byłoby sterowanie silnikiem lub diodą LED.

Dlaczego potrzebujemy mikrokontrolerów?

Cóż, to były „komputery”, zanim wpadliśmy na pomysł komputerów, które znasz dzisiaj. Mikrokontrolery utknęły w miejscu, ponieważ niektóre zadania obliczeniowe są niezwykle błahe i wymagają prostej logiki. Na przykład przestawienie przełącznika lub sterowanie małymi komponentami - takimi jak światło LED - nie wymaga tych samych zasobów, których potrzebujemy do codziennych zadań, takich jak wysyłanie wiadomości e-mail.

Używamy ich dzisiaj, ponieważ ich niski pobór mocy i mała pamięć sprawiają, że są tanie. Mikrokontrolery są jednym z powodów, dla których Internet rzeczy jest dziś możliwy i skuteczny.

Jak ją zdobyć?

To, który mikrokontroler chcesz zdobyć, zależy od problemu, który chcesz rozwiązać. Jeśli robisz coś prostego - włączasz i wyłączasz lub odczytujesz czujnik - prawie każdy mikrokontroler się nada.

Jeśli chcesz grać w gry lub mieć bardziej złożone pomysły, będziesz potrzebować większej mocy obliczeniowej, więc będziesz musiał przejść na komputery jednopłytkowe, takie jak Raspberry Pi.

Adafruit i Sparkfun mają TONY zestawów i sprzętu, które są niesamowite. Możesz także skorzystać z ich samouczków.

Losant ma również dostępne fajne zestawy. Możesz zbudować własny czujnik drzwi - aby otrzymywać powiadomienia, gdy drzwi są zbyt długo otwarte.

Jeśli nie masz konkretnego problemu, który chcesz rozwiązać, po prostu weź sprzęt i baw się nim.

Oto kilka rzeczy, które możesz kupić, aby rozpocząć:

1. Płyta o nazwie NodeMCU.

NodeMCU to płytka oparta na mikrokontrolerze ESP8266. Ta płyta jest wyjątkowa, ponieważ jest tania i obsługuje WiFi. Zapewni Ci to tylko około 8,79 USD na Amazon, a jeszcze mniej w serwisie eBay.

Nie wszystkie mikrokontrolery obsługują WiFi. Fakt, że ten jest, otwiera drzwi do wielu projektów, które możesz zbudować za pomocą tego urządzenia. Na przykład możesz zbierać dane i wysyłać je do chmury ☁️.

2. Będziesz potrzebować czujników

Nie możesz mieć sprzętu bez czujników. Czujniki dają Ci możliwość wykrywania środowiska i otaczającego Cię świata. Są także świetnym narzędziem do nauki.

3. Będziesz potrzebować płytki prototypowej i przewodów połączeniowych:

Aby połączyć czujnik i mikrokontroler razem, musisz podłączyć je do płytki prototypowej i użyć przewodów połączeniowych, aby je połączyć.

Pamiętaj: wszystko jest tańsze w serwisie eBay i AliExpress. Musisz tylko poczekać kilka tygodni na wysyłkę

Co mam zbudować?

Ponownie - i nie mogę tego wystarczająco podkreślić - o wiele łatwiej jest zacząć z myślą o projekcie. Teraz, gdy już wiesz, czym jest mikrokontroler i jak go zdobyć, spójrz na otaczający Cię świat. Co możesz kontrolować? Co możesz zautomatyzować? Gdy zaczniesz odpowiadać na te pytania, znajdziesz projekt.

Myśląc o projektach, Hackster jest Twoim najlepszym przyjacielem. Hackster ma mnóstwo projektów ESP8266 i kilka fajnych projektów Arduino:

Na przykład możesz spełnić marzenie z dzieciństwa.

Możesz nawet budować roboty.

Chodzi o to, że potrzebujesz tylko pomysłu.

Czasami programowanie świata rzeczywistego jest przyjemniejsze niż programowanie wirtualnych.

Co dalej?

Mikrokontrolery to dopiero początek. Masz do odkrycia cały świat sprzętu. Udanego hakowania?

Czytaj dalej:

Przewodnik dla początkujących po Arduino

W przerwie świątecznej chciałem nauczyć się czegoś nowego. Od jakiegoś czasu przyglądam się Arduino i… forefront.io

Taron Foxworth jest hakerem sprzętowym i ewangelistą programistów w Losant. Jego celem jest tłumaczenie technologii, aby ludzie mogli się uczyć, kochać i inspirować.