Arduino PC: 4 trinn

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

Selv om en mikrokontroller er en datamaskin på en brikke med en integrert prosessor, minne og I/O -enheter, fremdeles for en student, føles den knapt annerledes enn andre integrerte DIP -kretser. Derfor designet vi et prosjekt "Arduino PC" som en oppgave for ungdomsskoleelevene som går på "Digital Electronics" -kurset. Det krever at de designer og simulerer en elektronisk krets i Tinkercad for å oppnå de gitte prosjektkravene (diskutert nedenfor). Målet er å gjøre elevene i stand til å se mikrokontrollere som en fullverdig datamaskin (men begrenset i kapasitet) som kan brukes med et tilpasset tastatur og en LCD (Liquid Crystal Display). Det lar oss også sjekke deres dyktighet i å bruke begrepene som ble lært i klassen.

For dette oppgaveprosjektet anbefaler vi Tinkercad slik at studentene ikke trenger å holde seg rundt den digitale elektronikklabben for komponentene, og kan jobbe på egen hånd. Det er også enkelt for instruktører å spore statusen til hver elevs prosjekt over Tinkercad når det er delt av dem.

Prosjektet krever at studentene:

1. Design et tilpasset tastatur med 15 inngangstaster (10 taster for siffer 0-9 og 5 for instruksjoner +, -, x, / og =) og maksimalt 4 tilkoblings (data) pinner (bortsett fra de 2 pinnene som brukes til å levere strøm) for å sende input til Arduino Uno.
2. Grensesnitt en LCD med Arduino Uno.
3. Skriv en enkel kode for Arduino Uno for å tolke tasten som trykkes og vise den på LCD -skjermen.
4. For å utføre de enkle matematiske operasjonene (over heltallsinnganger) forutsatt at alle innganger og resultater alltid er heltall innenfor området -32, 768 til 32, 767.

Dette prosjektet hjelper elevene med å lære

1. Kode forskjellige innganger til binære koder.
2. Design en binær enkoder ved hjelp av digital krets (dette er hjertet i tastaturkretsdesign).
3. Identifiser (dekode) de enkelte inngangene fra deres binære kodinger.
4. Skriv Arduino -koder.

Rekvisita

Prosjektet krever:

1. Tilgang til en personlig datamaskin med en stabil internettforbindelse.
2. En moderne nettleser som kan støtte Tinkercad.
3. En Tinkercad -konto.

Trinn 1: Designe tastaturkretsen

Design av tastaturkretsen er en av hovedkomponentene i prosjektet, som krever at elevene koder hver av de 15 nøkkelinngangene i forskjellige 4-biters mønstre. Selv om det er 16 forskjellige 4-biters mønstre, er det imidlertid kun et 4-biters mønster som kreves for å representere standardtilstanden, dvs. når ingen tast trykkes. Derfor i vår implementering tildelte vi 0000 (dvs. 0b0000) til å representere standardtilstanden. Deretter koder vi desimalene 1-9 med den faktiske 4-biters binære representasjonen (dvs. 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 og 1001) og desimalsifret 0 med 1010 (dvs., 0b1010). De matematiske operasjonene '+', '-', 'x', '/' og '=' ble kodet som henholdsvis 1011, 1100, 1101, 1110 og 1111.

Etter å ha fikset kodingene, designet vi kretsen som vist på figuren, der tastene har blitt representert med brytere (trykknapper).

Trinn 2: Grensesnitt på LCD -skjermen

For å se utgangen fra Arduino Uno, brukes en 16x2 LCD. Kretsene for grensesnitt mellom LCD og Arduino er ganske standard. Faktisk gir Tinkercad en forhåndsbygd Arduino Uno-krets som er tilkoblet en 16x2 LCD. Imidlertid kan man endre noen av Arduino Uno -pinnene som er koblet til LCD -en for bedre å imøtekomme andre eksterne enheter som det tilpassede tastaturet som vi utviklet. I vår implementering brukte vi kretsen vist på figuren.

Trinn 3: Skrive kode for Arduino Uno

For å tolke inngangen som kommer fra tastaturet, og for å vise resultatet på LCD, må vi laste instruksjonene inn i Arduino Uno. Å skrive kode for Arduino er helt opp til ens egen kreativitet. Husk at Atmega328p i Arduino Uno er en 8-biters mikrokontroller. Så man må improvisere for å få det til å oppdage overløp og fungere for store mengder. Imidlertid vil vi bare bekrefte at Arduino Uno kan dekode inngangen og skille mellom tall (0-9) og matematiske instruksjoner. Derfor begrenser vi inngangene våre til små heltall (-32, 768 til 32, 767), samtidig som vi sikrer at produksjonen også faller i samme område. Videre kan man arbeide rundt for å sjekke andre problemer som knappebrytning.

En enkel kode som vi brukte i vår implementering av prosjektet er vedlagt. Dette kan kopieres og limes inn i kodeditoren i Tinkercad.

Trinn 4: Sett alt sammen

Til slutt koblet vi strømforsyningspinnene på tastaturet til Arduino og koblet datapinnene (som bærer 4-biters data) til de digitale pinnene 10, 11, 12 og 13 (i rekkefølge som nevnt i Arduino -kode). Vi koblet også en LED (via en 330-ohm motstand) til hver av datapinnene for å se den binære kodingen for hver tast på tastaturet. Til slutt trykker vi på "Start simulering" -knappen for å teste systemet.