Arduino PC: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

แม้ว่าไมโครคอนโทรลเลอร์จะเป็นคอมพิวเตอร์บนชิปที่มีตัวประมวลผล หน่วยความจำ และอุปกรณ์ต่อพ่วง I/O ในตัว แต่สำหรับนักเรียนแล้ว ก็แทบไม่แตกต่างจากวงจรรวม DIP อื่นๆ เลย ดังนั้นเราจึงออกแบบโครงการ "Arduino PC" เป็นงานสำหรับนักเรียนมัธยมปลายที่เข้าร่วมหลักสูตร "Digital Electronics" พวกเขาต้องการให้พวกเขาออกแบบและจำลองวงจรอิเล็กทรอนิกส์ใน Tinkercad เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของโครงการที่กำหนด (อธิบายไว้ด้านล่าง) เป้าหมายคือเพื่อให้นักเรียนเห็นไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีคุณสมบัติครบถ้วน (แต่มีข้อจำกัดด้านความสามารถ) ซึ่งสามารถใช้ได้กับแป้นพิมพ์แบบกำหนดเองและ LCD (จอแสดงผลคริสตัลเหลว) นอกจากนี้ยังช่วยให้เราสามารถตรวจสอบความสามารถในการใช้แนวคิดที่เรียนรู้ในชั้นเรียน

สำหรับโครงงานนี้ เราขอแนะนำ Tinkercad เพื่อไม่ให้นักเรียนต้องติดอยู่กับห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลสำหรับส่วนประกอบต่างๆ และสามารถทำงานได้ตามความสะดวกของตนเอง นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องง่ายสำหรับผู้สอนในการติดตามสถานะของโครงงานของนักเรียนแต่ละคนผ่าน Tinkercad เมื่อแชร์โดยพวกเขา

โครงการต้องการให้นักเรียน:

1. ออกแบบแป้นพิมพ์แบบกำหนดเองพร้อมปุ่มอินพุต 15 ปุ่ม (10 ปุ่มสำหรับตัวเลข 0-9 และ 5 สำหรับคำสั่ง +, -, x, / และ =) และพินเชื่อมต่อ (ข้อมูล) สูงสุด 4 พิน (นอกเหนือจาก 2 พินที่ใช้สำหรับจ่ายไฟ) สำหรับการส่งข้อมูลเข้าไปยัง Arduino Uno
2. เชื่อมต่อ LCD กับ Arduino Uno
3. เขียนโค้ดอย่างง่ายสำหรับ Arduino Uno เพื่อตีความคีย์ที่กดและแสดงบน LCD
4. ในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์อย่างง่าย (มากกว่าอินพุตจำนวนเต็ม) สมมติว่าอินพุตและผลลัพธ์ทั้งหมดเป็นจำนวนเต็มภายในช่วง -32, 768 ถึง 32, 767 เสมอ

โครงงานนี้ช่วยให้นักเรียนได้เรียนรู้ถึง

1. เข้ารหัสอินพุตต่าง ๆ เป็นรหัสไบนารี
2. ออกแบบตัวเข้ารหัสไบนารีโดยใช้วงจรดิจิตอล (นี่คือหัวใจของการออกแบบวงจรคีย์บอร์ด)
3. ระบุ (ถอดรหัส) อินพุตแต่ละรายการจากการเข้ารหัสไบนารี
4. เขียนโค้ด Arduino

เสบียง

โครงการต้องการ:

1. เข้าถึงคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่เสถียร
2. เบราว์เซอร์ที่ทันสมัยซึ่งสามารถรองรับ Tinkercad
3. บัญชี Tinkercad

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบวงจรคีย์บอร์ด

การออกแบบวงจรแป้นพิมพ์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของโครงการ ซึ่งกำหนดให้นักเรียนต้องเข้ารหัสอินพุตหลัก 15 รายการเป็นรูปแบบ 4 บิตที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะมีรูปแบบ 4 บิตที่แตกต่างกัน 16 รูปแบบ แต่ต้องใช้รูปแบบ 4 บิตเพียงรูปแบบเดียวเพื่อแสดงสถานะเริ่มต้น กล่าวคือ เมื่อไม่มีการกดปุ่มใดๆ ดังนั้นในการใช้งานของเรา เราจึงกำหนด 0000 (เช่น 0b0000) เพื่อแสดงสถานะเริ่มต้น จากนั้น เราเข้ารหัสตัวเลขทศนิยม 1-9 โดยการแทนค่าไบนารี 4 บิตจริง (เช่น 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 และ 1001 ตามลำดับ) และเลขฐานสิบ 0 คูณ 1010 (เช่น, 0b10110). การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ '+', '-', 'x', '/' และ '=' ถูกเข้ารหัสเป็น 1011, 1100, 1101, 1110 และ 1111 ตามลำดับ

เมื่อแก้ไขการเข้ารหัสแล้ว เราจึงออกแบบวงจรดังแสดงในรูป โดยที่ปุ่มต่างๆ ถูกแทนด้วยสวิตช์ (ปุ่มกด)

ขั้นตอนที่ 2: เชื่อมต่อ LCD

ในการดูผลลัพธ์ของ Arduino Uno จะใช้ LCD ขนาด 16x2 วงจรสำหรับเชื่อมต่อ LCD กับ Arduino นั้นค่อนข้างมาตรฐาน ในความเป็นจริง Tinkercad มีวงจร Arduino Uno ที่สร้างไว้ล่วงหน้าซึ่งเชื่อมต่อกับ LCD ขนาด 16x2 อย่างไรก็ตาม อาจมีการเปลี่ยนพิน Arduino Uno บางตัวที่เชื่อมต่อกับ LCD เพื่อรองรับอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ เช่น แป้นพิมพ์แบบกำหนดเองที่เราพัฒนาขึ้น ในการนำไปปฏิบัติ เราใช้วงจรที่แสดงในรูป

ขั้นตอนที่ 3: การเขียนโค้ดสำหรับ Arduino Uno

ในการตีความอินพุตที่มาจากแป้นพิมพ์ และเพื่อแสดงผลลัพธ์บน LCD เราจำเป็นต้องโหลดคำแนะนำลงใน Arduino Uno การเขียนโค้ดสำหรับ Arduino นั้นขึ้นอยู่กับความคิดสร้างสรรค์ของตัวเอง โปรดจำไว้ว่า Atmega328p ใน Arduino Uno เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิต ดังนั้น เราจึงต้องด้นสดเพื่อตรวจจับการล้นและทำงานกับคนจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม เราแค่ต้องการตรวจสอบว่า Arduino Uno สามารถถอดรหัสอินพุตและแยกความแตกต่างระหว่างตัวเลข (0-9) และคำสั่งทางคณิตศาสตร์ได้ ดังนั้นเราจึงจำกัดอินพุตของเราเป็นจำนวนเต็มขนาดเล็ก (-32, 768 ถึง 32, 767) ในขณะที่ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเอาต์พุตอยู่ในช่วงเดียวกัน นอกจากนี้ เราสามารถแก้ไขปัญหาอื่นๆ ได้ เช่น การปิดปุ่ม

มีการแนบรหัสง่าย ๆ ที่เราใช้ในการดำเนินโครงการ สามารถคัดลอกและวางในโปรแกรมแก้ไขโค้ดใน Tinkercad

ขั้นตอนที่ 4: นำทุกอย่างมารวมกัน

ในที่สุด เราเชื่อมต่อพินพาวเวอร์ซัพพลายของคีย์บอร์ดกับพินของ Arduino และเชื่อมต่อดาต้าพิน (ซึ่งมีข้อมูล 4 บิต) เข้ากับพินดิจิทัล 10, 11, 12 และ 13 (ตามลำดับที่กล่าวไว้ใน รหัส Arduino) นอกจากนี้เรายังเชื่อมต่อ LED (ผ่านตัวต้านทาน 330 โอห์ม) กับหมุดข้อมูลแต่ละตัวเพื่อดูการเข้ารหัสแบบไบนารีของแต่ละคีย์บนแป้นพิมพ์ สุดท้ายเรากดปุ่ม "เริ่มการจำลอง" เพื่อทดสอบระบบ