كمبيوتر Arduino: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

على الرغم من أن المتحكم الدقيق عبارة عن كمبيوتر على شريحة مع معالج مدمج وذاكرة وأجهزة طرفية للإدخال / الإخراج ، إلا أنه لا يزال للطالب ، إلا أنه لا يختلف كثيرًا عن دوائر DIP المتكاملة الأخرى. لذلك ، قمنا بتصميم مشروع "Arduino PC" كمهمة لطلاب المدارس الثانوية الذين يحضرون دورة "الإلكترونيات الرقمية". يتطلب منهم تصميم ومحاكاة دائرة إلكترونية في Tinkercad لتحقيق متطلبات المشروع المحددة (الموضحة أدناه). الهدف هو تمكين الطلاب من رؤية المتحكمات الدقيقة كجهاز كمبيوتر كامل (على الرغم من تقييد قدرته) والتي يمكن استخدامها مع لوحة مفاتيح مخصصة وشاشة LCD (شاشة عرض بلورية سائلة). كما يتيح لنا التحقق من براعتهم في استخدام المفاهيم التي تم تعلمها في الفصل.

بالنسبة لمشروع المهمة هذا ، نوصي باستخدام Tinkercad حتى لا يحتاج الطلاب إلى الالتفاف حول معمل الإلكترونيات الرقمية للمكونات ، ويمكنهم العمل على راحتهم. أيضًا ، من السهل على المدرسين تتبع حالة مشروع كل طالب عبر Tinkercad بمجرد مشاركته معهم.

يتطلب المشروع من الطلاب:

1. صمم لوحة مفاتيح مخصصة مع 15 مفتاح إدخال (10 مفاتيح للأرقام 0-9 و 5 للتعليمات + ، - ، x ، / و =) والحد الأقصى 4 دبابيس توصيل (بيانات) (بصرف النظر عن الدبابيس المستخدمة لتوفير مصدر الطاقة) لإرسال المدخلات إلى Arduino Uno.
2. قم بتوصيل شاشة LCD مع Arduino Uno.
3. اكتب رمزًا بسيطًا لـ Arduino Uno لتفسير الضغط على المفتاح وعرضه على شاشة LCD.
4. لإجراء العمليات الحسابية البسيطة (أكثر من المدخلات الصحيحة) بافتراض أن جميع المدخلات والنتائج هي دائمًا أعداد صحيحة ضمن النطاق -32 ، 768 إلى 32 ، 767.

يساعد هذا المشروع الطلاب في تعلم

1. تشفير المدخلات المختلفة في أكواد ثنائية.
2. صمم مشفرًا ثنائيًا باستخدام دائرة رقمية (هذا هو قلب تصميم دائرة لوحة المفاتيح).
3. تحديد (فك) المدخلات الفردية من ترميزاتها الثنائية.
4. اكتب أكواد اردوينو.

اللوازم

يتطلب المشروع:

1. الوصول إلى جهاز كمبيوتر شخصي مع اتصال إنترنت ثابت.
2. متصفح حديث يمكنه دعم Tinkercad.
3. حساب Tinkercad.

الخطوة 1: تصميم دائرة لوحة المفاتيح

يعد تصميم دائرة لوحة المفاتيح أحد المكونات الرئيسية للمشروع ، والذي يتطلب من الطلاب ترميز كل من المدخلات الرئيسية الخمسة عشر في أنماط مختلفة من 4 بت. على الرغم من وجود 16 نمطًا مميزًا 4 بت ، إلا أن نمطًا واحدًا 4 بت مطلوب حصريًا لتمثيل الحالة الافتراضية ، أي عند عدم الضغط على أي مفتاح. لذلك في تطبيقنا ، قمنا بتعيين 0000 (أي 0b0000) لتمثيل الحالة الافتراضية. بعد ذلك ، قمنا بترميز الأرقام العشرية من 1 إلى 9 من خلال التمثيل الثنائي الفعلي المكون من 4 بتات (على سبيل المثال ، 0001 ، 0010 ، 0011 ، 0100 ، 0101 ، 0110 ، 0111 ، 1000 و 1001 على التوالي) ، والرقم العشري 0 × 1010 (أي. ، 0 ب 1010). تم ترميز العمليات الحسابية '+' و '-' و 'x' و '/' و '=' كـ 1011 و 1100 و 1101 و 1110 و 1111 على التوالي.

بعد إصلاح الترميزات ، قمنا بتصميم الدائرة كما هو موضح في الشكل ، حيث تم تمثيل المفاتيح بواسطة المفاتيح (أزرار الضغط).

الخطوة 2: توصيل شاشة LCD

لعرض إخراج Arduino Uno ، يتم استخدام شاشة LCD مقاس 16 × 2. تعد الدوائر المستخدمة في توصيل شاشة LCD مع Arduino قياسية تمامًا. في الواقع ، يوفر Tinkercad دائرة Arduino Uno مسبقة الصنع مع شاشة LCD مقاس 16 × 2. ومع ذلك ، يمكن للمرء تغيير بعض دبابيس Arduino Uno المتوافقة مع شاشة LCD من أجل استيعاب الأجهزة الطرفية الأخرى بشكل أفضل مثل لوحة المفاتيح المخصصة التي قمنا بتطويرها. في تنفيذنا ، استخدمنا الدائرة الموضحة في الشكل.

الخطوة 3: كتابة كود Arduino Uno

لتفسير المدخلات القادمة من لوحة المفاتيح ، ولعرض النتيجة على شاشة LCD ، نحتاج إلى تحميل التعليمات في Arduino Uno. إن كتابة الكود في Arduino أمر متروك تمامًا لإبداع الفرد. تذكر أن Atmega328p في Arduino Uno عبارة عن متحكم 8 بت. لذلك يحتاج المرء إلى الارتجال لجعله يكتشف الفائض ويعمل بأعداد كبيرة. ومع ذلك ، نريد فقط التحقق من أن Arduino Uno يمكنه فك تشفير الإدخال والتمييز بين الأرقام (0-9) والتعليمات الرياضية. لذلك ، نقصر مدخلاتنا على الأعداد الصحيحة الصغيرة (-32 ، 768 إلى 32 ، 767) مع التأكد من أن المخرجات تقع أيضًا في نفس النطاق. علاوة على ذلك ، يمكن للمرء حل المشكلة للتحقق من مشكلات أخرى مثل إزالة الأزرار.

تم إرفاق رمز بسيط استخدمناه في تنفيذنا للمشروع. يمكن نسخ هذا ولصقه في محرر الكود في Tinkercad.

الخطوة 4: وضع كل شيء معًا

في النهاية ، قمنا بتوصيل دبابيس إمداد الطاقة الخاصة بلوحة المفاتيح مع دبابيس Arduino وقمنا بتوصيل دبابيس البيانات (التي تحمل بيانات 4 بت) بالدبابيس الرقمية 10 و 11 و 12 و 13 (بالترتيب كما هو مذكور في كود اردوينو). قمنا أيضًا بتوصيل مؤشر LED (عبر المقاوم 330 أوم) بكل من دبابيس البيانات لعرض الترميز الثنائي لكل مفتاح على لوحة المفاتيح. أخيرًا ، نضغط على زر "بدء المحاكاة" لاختبار النظام.