دليل المبتدئين للميكروكونترولر: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

ما هو الشيء المشترك بين أجهزة التحكم عن بعد والموجهات والروبوتات؟ ميكروكنترولر! في هذه الأيام ، أصبحت المتحكمات الدقيقة الصديقة للمبتدئين سهلة الاستخدام والبرمجة باستخدام جهاز كمبيوتر محمول وكابل USB وبعض البرامج مفتوحة المصدر (المجانية). رائع !! كل المشاريع ، ها نحن قادمون!

المصيد؟ هناك مثل 4324302 * متحكمات مختلفة وقد يكون من الصعب البدء ، خاصة إذا كنت تدخل في مجال الإلكترونيات. من أين تبدأ ؟!

هنا ، ببيس ، حصلت على تشو. سواء كنت تتطلع إلى بناء بعض المشاريع الإلكترونية الرائعة ، أو تعلم البرمجة / التكنولوجيا ، أو ترغب في تعليم الآخرين عن الإلكترونيات ، سيساعدك هذا البرنامج التعليمي على معرفة ما هو المتحكم الدقيق المناسب لاحتياجاتك وأهدافك وميزانياتك. ياي! هيا بنا نبدأ!

وقت القراءة: ~ 20 دقيقة

* حسنًا ، حسنًا ، ربما لا * هذا * كثير ، لكن بالتأكيد بضع عشرات!

الخطوة 1: انتظر…. ما هو متحكم؟

ربما رأيت هذه الكلمة وكنت مثل "wtf" ولكنك لم تشعر بالراحة الكافية لطلب *. جيد تمامًا ، إليك ملخص سريع:

المتحكم الدقيق هو "كمبيوتر بسيط" يقوم بتشغيل برنامج واحد في حلقة. وهي مصممة لأداء مهمة واحدة محددة.

في هذا الدليل ، سنركز على المتحكمات الدقيقة التي تحتوي على لوحات منفصلة ، أو لوحة تسهل الاتصال بالمتحكم الدقيق وبرمجته.

على لوحة الاختراق ، يتم لحام دبابيس وحدة التحكم الدقيقة بلوحة دائرة مطبوعة ("PCB") ، وتضاف رؤوس أو موصلات أخرى إلى لوحة الدوائر المطبوعة ، ويتم تحميل بعض البرامج الثابتة الأساسية ، أو البرامج الدائمة لتحضير المتحكم الدقيق لاستقبال الإشارات.

* الأسئلة جيدة دائمًا حتى لو كانت "غبية" أو "n00by" ، ما عليك سوى العثور على مساحة آمنة - مثل Instructables!

الخطوة 2: ما الفرق بين Raspberry Pi و Microcontroller؟

إن Raspberry Pi ليس صغيرًا ورائعًا فحسب ، بل هو أيضًا كمبيوتر متكامل!:د

تحتوي أجهزة الكمبيوتر على معالجات دقيقة ووحدات تحكم دقيقة تعمل معًا لأداء العديد من المهام في وقت واحد.

المعالج الدقيق هو ما يفعله "الرفع الثقيل" في الكمبيوتر. ينفذ التعليمات والحسابات التي تجعل الكمبيوتر يعمل. المعالجات الدقيقة أسرع بكثير من المتحكمات الدقيقة ، لكنها تحتاج إلى موارد خارجية مثل ذاكرة الوصول العشوائي ، ومنافذ الإدخال / الإخراج ، وما إلى ذلك ، في حين أن المتحكم الدقيق عادةً ما يكون مستقلًا.

يمكن لأجهزة الكمبيوتر (التي تحتوي على مدخلات ومخرجات وتخزين ومعالجة) تشغيل برامج متعددة في وقت واحد - يمكنك تصفح الإنترنت واستعادة ذكرياتك بالصور القديمة وكتابة ورقة وفتح 1000 علامة تبويب في نفس الوقت! ميكروكنترولر … ليس كثيرًا. يمكنك القيام بأحد هذه الأشياء ، ولكن ليس كلها.

لمعرفة المزيد حول Raspberry Pi ، تحقق من القسم الأخير من هذا البرنامج التعليمي!

الخطوة 3: اردوينو (أونو)

متحكم قوي ومفتوح المصدر وبيئة برمجة مصممة للمبتدئين الذين لديهم بعض المعرفة بالدوائر.

الأعمار الموصى بها: 12+ (الأطفال مرتاحون في البرمجة والجبر)

مستوى الصعوبة: متوسط

متوسط التكلفة: ~ 35 دولارًا

هناك العديد من الأنواع المختلفة من لوحات Arduino. هذا هو Arduino Uno ، الأنسب للمبتدئين! هناك لوحات أكبر ، وأصغر ، ويمكن ارتداؤها ، ولحالات استخدام خاصة مثل الروبوتات.

التعرف على لوحات Arduino وخرائط البرمجة جيدًا للمشاريع والوظائف في علوم الكمبيوتر والهندسة والتصميم.

ميزات الأجهزة

• يحتوي Arduino Uno على 14 منفذ إدخال وإخراج رقمي ("I / O") و 6 منافذ إدخال / إخراج تناظرية و 2 دبابيس خرج طاقة (3.3 فولت و 5 فولت) و 3 دبابيس أرضية (GND).
• يمكن أن يكون إدخال الطاقة في أي مكان من 5 إلى 12 فولت تيار مستمر

• تسمح لك رؤوس ICSP بتوصيل عدد كبير من اللوحات الإضافية المختلفة التي تسمى "الدروع".

  على سبيل المثال ، يمكنك إضافة درع WiFi لتوصيل Arduino بشبكة 'net

لغة البرمجة: Wiring (Combo of C ++ / Processing)

مشروع مثال: رد فعل الحركة اهتز لعبة المتاهة!

شراء / معرفة المزيد: موقع Arduino

الخطوة 4: مايكرو: بت

متحكم صغير سهل الاستخدام للأطفال والأشخاص الذين بدأوا للتو في الترميز والأجهزة.

الأعمار الموصى بها: 8+ (أو الأطفال مرتاحون مع الدوائر والأدوات البسيطة)

الصعوبة: مبتدئ

متوسط التكلفة: ~ 15 دولارًا

يعد Micro: Bit أداة رائعة لبدء تعلم كيفية البرمجة وتعليم الآخرين ، وخاصة طلاب المدارس الابتدائية ، وكيفية البرمجة ، وإنشاء نماذج إلكترونية بسيطة وسريعة.

Micro: Bit هو تعاون بين Microsoft و BBC لجلب أجهزة كمبيوتر تعليمية إلى الفصول الدراسية حول العالم.

ميزات الأجهزة:

• يحتوي Micro: Bit على 3 دبابيس إدخال / إخراج رقمية وتناظرية ، ودبوس خرج طاقة واحد (3.3 فولت) ، ودبوس أرضي (GND)
• يجب أن يكون إدخال الطاقة من 3 إلى 5 فولت تيار مباشر عبر كابل USB مصغر أو موصل حزمة البطارية.

• كما أن لديها الكثير من المدخلات والمخرجات وأجهزة الاستشعار المدمجة!

  • 5 × 5 (25) مصفوفة LED
  • عدد اثنين (2) أزرار ضغط (أ ، ب)
  • جهاز إرسال واستقبال لاسلكي
  • مقياس التسارع
  • بوصلة
  • مستشعرات الضوء ودرجة الحرارة
• لمزيد من دبابيس الإدخال / الإخراج ، احصل على Micro: Bit Breakout!

لغة البرمجة: Block-Based أو Javascript (www. MakeCode.org) ؛ يمكن أيضًا استخدام CircuitPython

مثال على مشروع: Text Messenger Puppet!

شراء / معرفة المزيد: موقع Micro: Bit

الخطوة 5: Circuit Playground Express

متحكم دقيق متعدد الاستخدامات رائع للأطفال والأشخاص الذين بدأوا للتو في الترميز والأجهزة.

ملاحظة: يوجد أيضًا Circuit Playground Classic - الأجهزة متطابقة تقريبًا ، لكن هذه اللوحة مبرمجة في Arduino IDE.

الأعمار الموصى بها: 8+ (أو الأطفال مرتاحون مع الدوائر والأدوات البسيطة)

الصعوبة: مبتدئ

متوسط التكلفة: ~ 25 دولارًا

تعد Circuit Playground Express أو CPX أداة مفيدة لتعلم كيفية البرمجة وتعليم الآخرين كيفية البرمجة وإنشاء نماذج أولية سريعة للمبتدئين للخبراء على حد سواء.

إن Circuit Playground Express عبارة عن متحكم دقيق قوي ومتعدد الاستخدامات تم إنشاؤه بواسطة Adafruit Industries.

ميزات الأجهزة

• يحتوي CPX على 7 حلقات إدخال وإخراج رقمية / تناظرية ("I / O") وهي أيضًا تعمل باللمس بالسعة!

  • 1 حلقة I / O تناظرية "حقيقية"
  • 2 حلقة خرج الطاقة (3.3 فولت)
  • 3 دبابيس أرضية (GND)
• يجب أن يكون إدخال الطاقة من 3 إلى 5 فولت تيار مباشر عبر كابل USB مصغر أو موصل حزمة البطارية.

• هناك أيضًا الكثير من المدخلات والمخرجات وأجهزة الاستشعار على متن الطائرة!

  • 10 ميني نيوبكسلز (يمكن أن تكون جميع الألوان)
  • 2 أزرار ضغط (أ ، ب)
  • 1 مفتاح الشرائح

  • جهاز إرسال واستقبال الأشعة تحت الحمراء

    يمكنه استقبال / إرسال رموز جهاز التحكم عن بعد ، وإرسال رسالة بين أجهزة CPX ، والعمل كمستشعر مسافة

  • مقياس التسارع
  • مستشعر الصوت ومكبر الصوت الصغير
  • مستشعرات الضوء ودرجة الحرارة

لغة البرمجة: Block-Based أو Javascript (www. MakeCode.org) ؛ يمكن أيضًا استخدام CircuitPython و Wiring (Arduino IDE)

مشروع مثال: Minecraft Gesture Controller!

شراء / معرفة المزيد: Adafruit Industries

الخطوة 6: ماكي ماكي

متحكم دقيق تمهيدي تفاعلي رائع للأطفال الصغار والأشخاص الجدد في مجال الإلكترونيات والترميز ، خاصة لأولئك الذين يرغبون في اللعب بالتكنولوجيا دون الحاجة إلى إنشاء دوائر ورموز.

الأعمار الموصى بها: 5+ (أو الأطفال مرتاحون بأدوات بسيطة)

الصعوبة: مبتدئ

متوسط التكلفة: ~ 50 دولارًا

يعد Makey Makey خطوة أولى رائعة في مجال الإلكترونيات والتكنولوجيا - لا حاجة لبرمجة! قم بتوصيل مقاطع التمساح بالوسادات ثم قم بتوصيل أي مادة موصلة إلى حد ما ، مثل اليدين أو الفاكهة أو الأشياء المعدنية ، لتشغيل بعض مفاتيح لوحة المفاتيح والماوس.

Makey Makey هي لوحة متوافقة مع Arduino ، مما يعني أنه يمكنك أيضًا إعادة برمجتها باستخدام بيئة التطوير المتكاملة Arduino ("IDE").

ميزات الأجهزة

• يحتوي Makey Makey على ستة (6) وسادات تعمل باللمس بالسعة في مقدمة اللوحة:

  • أربعة مفاتيح للتحكم في مفاتيح الأسهم في لوحة المفاتيح ،
  • واحد يتحكم في المسافة ، و
  • واحد يتحكم في النقر بالماوس الأيسر.

• يوجد على الجزء الخلفي من اللوحة دبابيس رأس لمزيد من عناصر التحكم (اللمس السعوي أيضًا):

  • ستة (6) دبابيس ترتبط بالحروف ،
  • أربعة (4) دبابيس ترسم على الأسهم ،
  • اثنان (2) من الدبابيس التي تعين مفاتيح الماوس ، و
  • دبوس واحد (1) يقوم بتعيين مفتاح المسافة.
  • هناك أيضًا ثلاثة (3) منافذ إدخال / إخراج عامة ودبوس طاقة 5 فولت ودبوس أرضي.

لغة البرمجة: لا ينطبق على المبتدئين. يمكن كتابة برامج سكراتش (القائمة على الكتلة) ؛ يمكن إعادة البرمجة في الأسلاك (Arduino IDE)

أمثلة المشاريع

مبتدئ: بيانو أرضي

متوسط: لعبة استطلاع تفاعلية!

شراء / معرفة المزيد: موقع Makey Makey

الخطوة 7: اللوحات المشتركة الأخرى

يوجد عدد كبير جدًا من وحدات التحكم الدقيقة لتغطيتها في برنامج تعليمي واحد. إذا كانت لديك حاجة خاصة للغاية ، فمن المحتمل أن يكون هناك متحكم دقيق لذلك (تمامًا مثل التطبيقات!). للتعرف على بعض اللوحات الأخرى غير المذكورة في هذا البرنامج التعليمي ، اطلع على قوائم جرد SparkFun Electronics و Adafruit و / أو اسأل الأشخاص في هذا المجال!

فيما يلي بعض الأشياء المفضلة لدي:

جسيم الفوتون

على غرار Arduino Nano ، فإن الفوتون عبارة عن متحكم دقيق متصل بشبكة WiFi يمكن برمجته لاسلكيًا. يستخدم الإعداد الأسهل تطبيق هاتف ذكي (مجاني) ، ولكن إذا كان من الممكن أيضًا برمجته مباشرةً عبر USB بنفس لغة Arduino * تقريبًا.

الأعمار الموصى بها: 12+ (أو مريح للأطفال مع الدوائر والترميز)

مستوى الصعوبة: متوسط

التكلفة: ~ 20 دولارًا

لمزيد من المعلومات وللحصول على إعداد الفوتون ، قم بزيارة متجر Particle عبر الإنترنت هنا.

لغة البرمجة: الأسلاك (أكثر أو أقل)

مشروع مثال

مقياس إنترنت الأشياء الصناعي

* الأسلاك هي إطار عمل الكود ، لذا فإن معظم كود Arduino سيعمل بدون تعديلات. يمكن أيضًا الكتابة في تجميع C / C ++ أو ARM

اندلاع Adafruit HUZZAH ESP8266

متحكم WiFi صغير جدًا ورخيص للغاية (وحاليًا يحظى بشعبية كبيرة في مجتمع IoT *). ستحتاج إلى كابل FTDI أو كبل وحدة التحكم. يمكنك استخدام Arduino IDE لبرمجة هذه اللوحة أو مترجم Lua الخاص بـ NodeMCU.

الأعمار الموصى بها: 14+ (أو مريح للأطفال مع الأجهزة والبرامج)

الصعوبة: متوسط ++

التكلفة: ~ 10 دولارات

لمزيد من المعلومات ، قم بزيارة صفحة منتج HUZZAH Adafruit.

(يحتوي SparkFun أيضًا على لوحة مماثلة ، "ESP8266 Thing" ، والتي يمكنك العثور عليها هنا مقابل 15 دولارًا تقريبًا.)

لغة البرمجة: Lua (Sorta مثل Python) أو Wiring (Arduino IDE)

* IoT تعني "إنترنت الأشياء" ، وهو المصطلح الذي يشير إلى توصيل الأجهزة المختلفة والتحكم فيها ، مثل أجهزة الاستشعار والإلكترونيات المنزلية ، بالإنترنت.

حلية Adafruit M0

متحكم دقيق صغير جدًا ولكنه قوي يطمس الخطوط الفاصلة بين الكمبيوتر والمتحكم الدقيق (يحتوي على معالج Cortex M0 ATSAMD21E18 32 بت). يمكن برمجتها باستخدام Circuit Python أو Arudino IDE.

الأعمار الموصى بها: 14+ (أو مريح للأطفال مع الأجهزة والبرامج)

مستوى الصعوبة: متوسط

التكلفة: ~ 9 دولارات

لمزيد من المعلومات ، قم بزيارة صفحة منتج Adafruit للحصول على Trinket M0.

لغة البرمجة: CircuitPython أو Wiring (Arduino IDE)

هناك TON من لوحات M0 الأخرى ، مماثلة في نطاقها لوحدات التحكم الدقيقة Arduino Zero القابلة للتوصيل. إذا كان هذا لا يناسب احتياجاتك أو خيالك ، فابحث في مواقع Adafruit و SparkFun!

الخطوة 8: المتحكمات الدقيقة القابلة للارتداء

هناك أيضًا عدد قليل من وحدات التحكم الدقيقة المصممة للمشروعات القابلة للارتداء!

ما يجعل هذه الأشياء مميزة هو أنه يمكن غسلها ، لذلك لا يتعين عليك إخراجها من المشروع الرائع الذي قمت بإنشائه (ولكن قم بإزالة البطارية!).

تحتوي المتحكمات الدقيقة القابلة للارتداء أيضًا على دبابيس إدخال / إخراج خاصة تسهل خياطة الملابس ودوائر الدرز بخيوط موصلة. فيما يلي بعض الأشياء المفضلة لدي:

Adafruit فلورا

متحكم دقيق دائري قابل للخياطة به 14 مدخل ومخرج. يمكن غسلها (لكن def إزالة البطارية).

الأعمار الموصى بها: +12 (أو مريح للأطفال مع الدوائر والترميز)

مستوى الصعوبة: متوسط

التكلفة: 15 دولارًا

لغة البرمجة: Wiring (Arduino IDE)

لمزيد من المعلومات ، قم بزيارة صفحة منتج Adafruit FLORA.

اردوينو جيما

متحكم دقيق صغير قابل للخياطة به 3 مداخل ومخرجات. مثالي للاختباء والاتصال بالأشياء الصغيرة وصنع المجوهرات.

الأعمار الموصى بها: 12+

مستوى الصعوبة: متوسط

التكلفة: ~ 5 دولارات

لغة البرمجة: Wiring (Arduino IDE)

لمزيد من المعلومات ، قم بزيارة صفحة منتج Arduino Gemma.

اردوينو ليليباد

متحكم دقيق دائري قابل للخياطة به 14 مدخل ومخرج متوفر.

الأعمار الموصى بها: 12+

مستوى الصعوبة: متوسط

التكلفة: ~ 25 دولارًا

لغة البرمجة: Wiring (Arduino IDE)

لمزيد من المعلومات ، قم بزيارة صفحة منتج SparkFun لـ Lilypad.

الخطوة 9: Raspberry Pi 3

Raspberry Pi ، أو Pi باختصار ، هو كمبيوتر بحجم بطاقة الائتمان * يعمل بإصدار خاص من Linux ويمكن برمجته للتحكم في الأجهزة.

الأعمار الموصى بها: 12+ أو الأطفال مرتاحون مع الترميز والجبر

الصعوبة: متوسط (سهل كجهاز كمبيوتر)

متوسط التكلفة: ~ 35 دولارًا

يمكن استخدام كمبيوتر Raspberry Pi ، أو Pi باختصار ، كجهاز كمبيوتر "قياسي" أو كوحدة تحكم لجميع أنواع مشاريع الأجهزة. إنه أول كمبيوتر رائع للأطفال لاستخدامه وتعلم البرمجة عليه ، ويستخدم على نطاق واسع من قبل خبراء الأجهزة لبناء جميع أنواع المشاريع الإلكترونية ، من الروبوتات إلى الطابعات ثلاثية الأبعاد إلى أنظمة التشغيل الآلي للمنزل!

لقد غير Raspberry Pi الطريقة التي نبني بها الإلكترونيات! هناك عدد قليل من الإصدارات المختلفة ، أحدثها Raspberry Pi 3 و Pi Zero ، نسخة مصغرة من Pi 3 مقابل 10 دولارات فقط.

نظرة عامة على الأجهزة

• نظام التشغيل الموصى به ("OS") هو إصدار خاص من Linux يسمى Raspbian.

• يحتوي Pi على 40 منفذ إدخال وإخراج للأغراض العامة ("GPIO").

  • 26 منفذ إدخال / إخراج رقمي (بدون إدخال / إخراج تناظري)
  • 4 دبابيس خرج طاقة (اثنان 3.3 فولت واثنان 5 فولت)
  • 8 دبابيس أرضية (GND)
  • 2 دبابيس متخصصة (I2C ID EEPROM ، للاستخدام المتقدم فقط)

• يحتوي Pi أيضًا على معظم ميزات الكمبيوتر القياسية:

  • 4 مداخل يو اس بي
  • 1 منفذ إيثرنت
  • 1 منفذ HDMI
  • 1 مقبس صوت
  • 1 منفذ وحدة الكاميرا

لغة البرمجة (لدبابيس GPIO): Python أو C ++

نظرًا لأن هذا كمبيوتر كامل ، يمكنك البرمجة بأي لغة تريدها ، بما في ذلك برمجة وحدات التحكم الدقيقة الأخرى!

أمثلة المشاريع

مراقبة الحيوانات الأليفة إنترنت الأشياء!

مراقبة قوة التأثير

شراء / مزيد من المعلومات: مؤسسة Raspberry Pi Foundation

* يمكن استخدام Pi بشكل مشابه لمتحكم دقيق قياسي ويمكنه أيضًا التحكم في المتحكمات الدقيقة! في الأساس ، يعد Pi رائعًا للغاية ويجب علي * تضمينه حتى مع كونه جهاز كمبيوتر من الناحية الفنية:)

الخطوة 10: الأفكار النهائية

إذا كنت قد بدأت للتو وترغب في بناء جميع أنواع المشاريع ، فإنني أوصي بـ Circuit Playground Express. من السهل جدًا بدء التشغيل والتشغيل ولديه الكثير من الأدوات الذكية على متن الطائرة.

إذا كنت مهتمًا جدًا بشبكات الكمبيوتر أو الذكاء الاصطناعي أو توصيل الأشياء بالإنترنت (مثل إنشاء "منزل ذكي") ، فإنني أقترح Raspberry Pi.

إذا كنت تريد لوحة متينة ومستقرة وموثوقة لبناء مجموعة متنوعة من المشاريع ، فانتقل إلى Arduino.

إذا لم تكن لديك أي فكرة من أين تبدأ ، وكنت خائفًا تمامًا ، فابدأ بـ Micro: Bit - إنها 15 دولارًا فقط ولديها الكثير من الأشياء الرائعة لتلعب بها. بالإضافة إلى ذلك ، إذا حصلت على واحدة لصديقك ، فيمكنك إرسال رسائل صغيرة ذهابًا وإيابًا:)

أفضل نصيحة يمكنني تقديمها لك هي العثور على مشروع أنت متحمس له وبنائه! هناك الكثير من البرامج التعليمية عبر الإنترنت ، لذا ابحث عن شخص قام ببناء نفس المشروع أو مشروع مشابه. بناء على النتائج التي توصلوا إليها وضبط كما يحلو لك!

وبالطبع ، اترك أي أسئلة ذات صلة في التعليقات وسأبذل قصارى جهدي للمساعدة!

قرصنة سعيدة!