HackerBox 0051: מעבדת MCU: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

ברכות להאקרים של האקרבוקס ברחבי העולם! HackerBox 0051 מציג את מעבדת HackerBox MCU. מעבדת MCU היא פלטפורמת פיתוח לבדיקה, פיתוח ואב טיפוס עם מיקרו -בקרים ומודולים של מיקרו -בקר. Arduino Nano, מודול ESP32 וגלולה שחורה SMT32 משמשים לחקר בלוקי התכונות של מעבדת MCU. בלוקי התכונה MCU Lab כוללים מתגים, לחצנים, נוריות LED, תצוגת OLED, זמזם, פוטנציומטר, פיקסל RGB, שינוי רמה לוגית, פלט VGA, כניסת מקלדת PS/2, ממשק טורי USB ואזורי אב טיפוס כפולים ללא הלחמה.

מדריך זה מכיל מידע לתחילת העבודה עם HackerBox 0051, אותו ניתן לרכוש כאן עד גמר המלאי. אם תרצה לקבל HackerBox כזה בכל חודש בתיבת הדואר שלך, אנא הירשם ב- HackerBoxes.com והצטרף למהפכה!

HackerBoxes הוא שירות תיבות המנויים החודשי להאקרים לחומרה וחובבי אלקטרוניקה וטכנולוגיית מחשבים. הצטרף אלינו לחיות את HACK LIFE.

שלב 1: רשימת תוכן עבור HackerBox 0051

• מודול MCU 1: Arduino Nano 5V, 16MHz
• מודול MCU 2: WEMOS ESP32 Lite
• מודול MCU 3: גלולה שחורה STM32F103C8T6
• לוח מעגלים מודפס בלעדי של מעבדת MCU
• מתאם סידורי USB FT232RL
• תצוגת OLED 128x64 I2C 0.96 אינץ '
• מחליף רמה לוגית 8 סיביות
• WS2812B RGB SMD LED
• ארבעה לחצנים ניתנים להר השטח
• ארבע נוריות 5 מ"מ אדומות מפוזרות
• זמזום פיזו
• מחבר VGA HD15
• מחבר מקלדת מיני-DIN PS/2
• 100K אוהם פוטנציומטר
• 8 מיקום DIP מתג
• רגולטור לינארי AMS1117 3.3V SOT223
• שני קבלים טנטלום 22uF 1206 SMD
• עשרה נגדים של 680 אוהם
• ארבע כפות PCB מגומי דבק
• שני לוחות לחם מיני ללא הלחמה של 170 נקודות
• 11 שקעי כותרת נקבה נקבה
• כותרת פריצה עם 40 פינים
• חבילה של 65 חוטי מגשר זכרים
• מדבקת לוח מעגלים מוגבהת
• מדבקת הפיראט של סמיילי האק פלאנט
• מחזיק מפתחות בלעדי "הסר לפני טיסה" של האקרבוקס

עוד כמה דברים שיהיו מועילים:

• מלחם, הלחמה וכלי הלחמה בסיסיים
• מחשב להפעלת כלי תוכנה

והכי חשוב, תזדקק לתחושת הרפתקה, רוח האקרים, סבלנות וסקרנות. בנייה והתנסות באלקטרוניקה, למרות שהיא מתגמלת מאוד, יכולה להיות מסובכת, מאתגרת ואפילו מתסכלת לפעמים. המטרה היא התקדמות, לא שלמות. כאשר אתה מתמיד ונהנה מההרפתקה, ניתן להפיק סיפוק רב מהתחביב הזה. קח כל צעד לאט, הקפד על הפרטים, ואל תפחד לבקש עזרה.

יש שפע של מידע לחברים הנוכחיים והפוטנציאליים בשאלות הנפוצות של HackerBoxes. כמעט כל הודעות הדוא ל של התמיכה הלא טכנית שאנו מקבלים כבר נענות שם, ולכן אנו מעריכים מאוד שלקחת כמה דקות לקרוא את השאלות הנפוצות.

שלב 2: מעבדת MCU של HackerBoxes

מעבדת MCU היא גרסה קומפקטית ומלוטשת של פלטפורמת פיתוח בה אנו משתמשים לאב -טיפוס ובדיקת עיצובים שונים המבוססים על מיקרו -בקר (MCU). הוא שימושי במיוחד לעבודה עם מודולי MCU (כגון Arduino Nano, ESP32 DevKit וכו ') או חבילות מכשיר MCU נפרדות (כגון ATMEGA328s, ATtiny85s, PICs וכו'). ניתן למקם MCU מטרה בכל אחד מלוחות הלחם המיני ללא הלחמה. ניתן לחבר שני מכשירי MCU יחד באמצעות שני לוחות הלחם או שאחד ממקומות הלוח יכול לשמש למעגלים אחרים.

"חסימות התכונה" של מעבדת MCU מתפרצות לכותרות נשיות בדומה לאלה שנמצאו ב- UNO של Arduino. כותרות הנקבה תואמות לסיכות מגשר זכריות.

שלב 3: הרכיב את מעבדת MCU HackerBoxes

רכיבי SMD על גב הלוח

התחל בהרכבת AMS1117 (חבילת SOT 233) הרגולטור הלינארי ושני קבלי המסנן 22uF בצד האחורי של הלוח המודרני. שים לב כי צד אחד של כל משי הקבלים הוא מלבני והצד השני מתומן. הקבלים צריכים להיות מכוונים כך שהחוט הכהה בחבילה יישר קו לצד משי המתומן.

המשך עם רכיבים בחזית הלוח

הלחמה LED WS2812B RGB. כוון את הפינה המסומנת בלבן של כל נורית כך שתתאים לפינת הלשוניות כפי שמוצג במסך המשי של הלוח המודפס.

ארבעה לחצני מישוש SMD

ארבע נוריות LED אדומות עם ארבעה נגדים

מחלף רמות עם סיכת VA 3V3 הקרובה ביותר וסיכת VB הקרובה ביותר 5V. ניתן להתקין את המודול Level Shifter סומק ללוח ה PCB על ידי הלחמת הכותרות למודול ולאחר מכן החלקת מרווחי הפלסטיק השחורים מהכותרות לפני הרכבת המודול למעגל הלוח של MCU Lab. השארת המרווחים גם היא בסדר.

ניתן לנתק שתי רצועות של הכותרת לחיבור מודול FT232. ניתן להשתמש בחלק קטן יותר של 4 פינים בכותרת לכותרת 5V/GND ממש ליד מודול FT232.

לעת עתה, אכלס את כותרת ה- VGA הנשית הקרובה ביותר למחבר VGA HD15 ולשקע המקלדת. עם זאת, אין לאכלס את הכותרת הנוספת הסמוכה לאותו אחד או לחמשת הנגדים בין שתי הכותרות. אפשרויות ספציפיות לממשק אותות וידאו נדון בהמשך.

אוכלס את תשע הכותרות האחרות.

הסר דבק מגב שני לוחות הלחם ללא הלחמה כדי להצמיד אותם ללוח הלוח של MCU Lab.

מקם את רגלי הגומי הדביקות לתחתית לוח הלוח של MCU Lab כדי להגן על שולחן העבודה שלך מפני שריטות.

כניסות כוח כוח

ישנם לפחות שניים, וסביר יותר לארבעה מקומות שבהם כוח יכול להיכנס למעבדת MCU. זה יכול לגרום לבעיות, לכן שקול תמיד היטב את הנקודות הבאות:

נקודות הכותרת המסומנות ב- 5V כולן מחוברות. מסילת 5V מתחברת גם לשקע המקלדת, לשינוי הרמות ול LED WS2812B RGB. ניתן לספק חשמל למעקה 5V על ידי חיבור ה- FT232 ל- USB, חיבור כותרת החשמל בעלת ארבע פינים לאספקה חיצונית, או על ידי חיבור מגשר מאחד מהסיכות 5V בלוח המודול למודול 5V מופעל (בדרך כלל מופעל באמצעות USB).

באופן דומה, סיכות ה- GND מחוברות כולן. הם מתחברים ל- USB GND ב- FT232 (בהנחה ש- USB מחובר ל- FT232). הם יכולים גם להיות מחוברים לקרקע באמצעות מגשר בין אחד מהם לבין מודול מופעל כפי שנדון ברשת 5V.

מסילת 3V3 מונעת על ידי הרגולטור בחלק האחורי של הלוח המודרני. זהו מקור בלבד ובניגוד למעקה 5V) אין להניע אותו על ידי מודולים או מעגלים אחרים מכיוון שהוא מונע ישירות מהרגולטור במסילת 5V.

שלב 4: מודול MCU Arduino Nano

אחד המודולים הנפוצים ביותר של MCU בימים אלה הוא ה- Arduino Nano. לוח Arduino Nano הכלול מגיע עם סיכות כותרת, אך הם אינם מגיעים מולחמים למודול. עזוב את הסיכות בינתיים. בצע את הבדיקות הראשוניות האלה על מודול Arduino Nano לפני ההלחמה על סיכות הכותרת. כל מה שצריך הוא כבל microUSB ולוח ה- Arduino Nano בדיוק כפי שהוא יוצא מהתיק.

ה- Arduino Nano הוא לוח ארדואינו ממוזער ידידותי ללוח על משטח עם USB משולב. הוא בעל תכונות מלאות להפליא וקל לפריצה.

מאפיינים:

• מיקרו -בקר: Atmel ATmega328P
• מתח: 5V
• סיכות קלט/פלט דיגיטליות: 14 (6 PWM)
• סיכות קלט אנלוגיות: 8
• זרם DC לפין I/O: 40 mA
• זיכרון פלאש: 32 KB (2KB למטען אתחול)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• מהירות שעון: 16 מגה -הרץ
• מידות: 17 מ"מ על 43 מ"מ

הגרסה הספציפית הזו של ה- Arduino Nano היא ה- Robotdyn Nano השחור. כולל יציאת MicroUSB המשולבת המחוברת לשבב USB/סידור גשר CH340G. מידע מפורט על CH340 (ונהגים, במידת הצורך) ניתן למצוא כאן.

כאשר אתה מחבר את ה- Arduino Nano לראשונה ליציאת USB של המחשב שלך, נורית ההפעלה הירוקה צריכה להידלק וזמן קצר לאחר הנורית הכחולה תתחיל להבהב לאט. זה קורה מכיוון שהנאנו נטען מראש בתוכנית BLINK, שפועלת במותג החדש Arduino Nano.

תוכנה: אם עדיין אין לך את Arduino IDE מותקן, תוכל להוריד אותו מ- Arduino.cc

חבר את ה- Nano לכבל MicroUSB ואת הקצה השני של הכבל ליציאת USB במחשב. הפעל את תוכנת Arduino IDE. בחר "Arduino Nano" ב- IDE תחת כלים> לוח ו- "ATmega328P (מטען אתחול ישן)" תחת כלים> מעבד. בחר את יציאת ה- USB המתאימה תחת כלים> יציאה (סביר להניח שזה שם עם "wchusb").

לבסוף, טען פיסת קוד לדוגמה: קובץ-> דוגמאות-> יסודות-> מהבהב

מהבהב הוא למעשה הקוד שהוטען מראש על הננו וצריך לפעול כרגע כדי להבהב לאט את הנורית הכחולה. בהתאם, אם נטען את קוד הדוגמה הזה, שום דבר לא ישתנה. במקום זאת, בואו נשנה מעט את הקוד.

במבט מקרוב אתה יכול לראות שהתוכנית מדליקה את הנורית, ממתינה 1000 אלפיות השנייה (שנייה אחת), מכבה את הנורית, ממתינה עוד שנייה ואז עושה הכל שוב - לנצח.

שנה את הקוד על ידי שינוי שני הצהרות "העיכוב (1000)" ל"השהיה (100) ". שינוי זה יגרום לנורית להבהב עשר פעמים מהר יותר, נכון?

בואו נטען את הקוד שהשתנה ל- Nano על ידי לחיצה על כפתור ה- UPLOAD (סמל החץ) ממש מעל הקוד שהשתנה. צפה מתחת לקוד למידע על הסטטוס: "קומפילציה" ולאחר מכן "העלאה". בסופו של דבר, ה- IDE אמור לציין "ההעלאה הושלמה" והנורית שלך אמורה להבהב מהר יותר.

אם כן, מזל טוב! זה עתה פרצת את הקוד הקוד המוטבע הראשון שלך.

לאחר שגירסת המהבהב המהיר שלך נטענת ופועלת, מדוע שלא תראה אם תוכל לשנות את הקוד שוב כדי לגרום לנורית להבהב מהר פעמיים ולאחר מכן להמתין מספר שניות לפני החזרה? תן לזה הזדמנות! מה עם כמה דפוסים אחרים? ברגע שאתה מצליח לדמיין את התוצאה הרצויה, לקודד אותה ולצפות בה לפעול כמתוכנן, עשית צעד עצום לקראת הפיכת האקר חומרה מוכשר.

כעת לאחר שאישרת את פעולתו של מודול הננו, קדימה והלחם עליו את סיכות הכותרת. לאחר חיבור הכותרות, ניתן להשתמש במודול בקלות באחד מלוחות הלחם ללא הלחמה של מעבדת MCU. תהליך זה של בדיקת מודול MCU על ידי הורדת קוד בדיקה פשוט, שינוי והורדה מחדש הוא שיטה מומלצת בכל פעם שמשתמשים במודול MCU חדש או אחר.

אם תרצה מידע היכרות נוסף לעבודה במערכת האקולוגית של Arduino, אנו ממליצים לעיין במדריך לסדנת המתחילים של HackerBoxes, הכולל מספר דוגמאות וקישור לספר לימוד PDF של Arduino.

שלב 5: חקור את מעבדת MCU עם Arduino Nano

פוטנציאל

חבר את הפין המרכזי של פוטנציומטר ל- Nano Pin A0.

טען והפעל: דוגמאות> אנלוגי> קלט אנלוגי

הדוגמה כברירת מחדל לנורית המשולבת של ה- Nano. סובב את הפוטנציומטר כדי לשנות את מהירות ההבהוב.

לְשַׁנוֹת:

בקוד, שנה את LedPin = 13 ל- 4

מגשר מ- Nano Pin 4 (ו- GND) לאחד מנורות ה- LED האדומות של מעבדת MCU.

זַמזָם

מגשר מבאזר אל פין ננו 8. ודא כי לוח ה- GND מחובר ל- GND של הנאנו המופעל מכיוון שקרקע הזמזם מחוברת חזק לרשת ה- GND הלוח.

טען והפעל: דוגמאות> דיגיטאלי> toneMelody

תצוגת OLED

ב- Arduino IDE, השתמש במנהל הספרייה כדי להתקין "ssd1306" מאלכסיי דינה.

חבר OLED: GND ל- GND, VCC ל- 5V, SCL ל- A5 של ננו, SDA ל- A4 של Nano

טען והפעל: דוגמאות> ssd1306> הדגמות> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

ב- Arduino IDE, השתמש במנהל הספרייה כדי להתקין את FastLED

חבר את סיכת הכותרת של WS2812 לסיכה של ה- Nano 5.

טען: דוגמאות> FastLED> ColorPalette

שנה NUM_LEDS ל- 1 ו- LED_TYPE ל- WS2812B

הידור והפעל

כתוב קוד אחד למימוש הכפתורים והמתגים

זכור להשתמש ב- pinMode (INPUT_PULLUP) כדי לקרוא כפתור מבלי להוסיף נגד.

שלב כמה מהדוגמאות הללו יחד

לדוגמה, מחזור פלט בצורה מעניינת והצג מצבים או ערכי קלט על הצג OLED או צג טורי.

שלב 6: WEMOS ESP32 Lite

מיקרו-בקר ESP32 (MCU) היא מערכת בעלות נמוכה והספק נמוך על שבב (SOC) עם Wi-Fi משולב ו- Bluetooth במצב כפול. ה- ESP32 משתמש בליבת Tensilica Xtensa LX6 וכוללת מתגי אנטנות מובנים, RF balun, מגבר כוח, מגבר קליטה עם רעש נמוך, מסננים ומודולים לניהול צריכת חשמל. (ויקיפדיה)

מודול WEMOS ESP32 Lite קומפקטי יותר מהגרסה הקודמת מה שמקל על השימוש בלוח לחם ללא הלחמה.

בצע את הבדיקה הראשונית שלך של מודול WEMOS ESP32 לפני הלחמת סיכות הכותרת על המודול.

הגדר את חבילת התמיכה ב- ESP32 ב- Arduino IDE.

תחת כלים> לוח, הקפד לבחור את "WeMos LOLIN32"

טען את קוד הדוגמה ב- Files> דוגמאות> יסודות> בלינק ותכנת אותו ב- WeMos LOLIN32

התוכנית לדוגמה צריכה לגרום לנורית LED על המודול להבהב. נסה לשנות את פרמטרי העיכוב כדי לגרום לנורית להבהב עם דפוסים שונים. זה תמיד תרגיל טוב לבניית אמון בתכנות מודול מיקרו -בקר חדש.

ברגע שאתה מרגיש בנוח עם פעולת המודול וכיצד לתכנת אותו, הלחם בזהירות את שתי שורות סיכות הכותרת למקומן ובדוק שוב תוכניות טעינה.

שלב 7: ייצור וידאו ESP32

סרטון זה מדגים את ספריית VGA ESP32 ומדריך נחמד ופשוט מאוד מהמעבדה של bitluni.

יישום 3 הסיביות המופגן (8 צבעים) משתמש במגשרות תיל ישירות בין מודול ESP32 למחבר VGA. ביצוע חיבורים אלה בכותרת ה- VGA של מעבדת MCU היא די קלה מכיוון שלא מעורבים רכיבים נוספים.

תלוי איזה MCU נמצא בשימוש, רמת המתח שלו, רזולוציות הפיקסלים ועומק הצבעים הרצוי, ישנם שילובים שונים של נגדים מוטבעים ורשתות נגדים שעשויים להיות ממוקמים בין ה- MCU לכותרת ה- VGA. אם תחליט להשתמש בנגדים מוטבעים באופן קבוע, ניתן להלחים אותם על לוח הלוח של MCU Lab. אם ברצונך לשמור על גמישות ובמיוחד אם אתה רוצה להשתמש בפתרונות מורכבים יותר, מומלץ שלא להלחם נגדים למקומם ופשוט להשתמש בלוחות ללא הלחמה ובכותרת VGA לחיבור הנגדים הדרושים.

לדוגמה, כדי ליישם את מצב הצבע של 14 סיביות bituni המוצג בסוף הסרטון, ניתן למקם את מודול ESP32 על אחד הלוחות המיני ללא הלחמה ולוח הלוח השני ללא הלחמה יכול לחבר את סולמות הנגדים.

להלן דוגמאות נוספות:

ב- HackerBox 0047 Arduino Nano מניע יציאת VGA פשוטה עם 4 נגדים.

אמולטור VIC20 מיושם ב- ESP32 באמצעות FabGL ו -6 נגדים.

הטמעת מחשב בסיסי באמצעות ESP32 ו -3 נגדים.

שחקו Space Invaders ב- ESP32 באמצעות FabGL ו- 6 נגדים.

צור פלט VGA ב- STM32 עם 6 נגדים.

שכבות טקסט וגרפיקה סימולטניות ב- STM32 עם הדגמת וידאו.

שלב 8: מודול MCU גלולה STM32F103C8T6 גלולה שחורה

הגלולה השחורה היא מודול MCU מבוסס STM32. זוהי גרסה משופרת של הגלולה הכחולה הנפוצה והגלולה האדומה הפחות נפוצה.

הגלולה השחורה כוללת את מיקרו-בקר ARM M3 32bit STM32F103C8T6 (גיליון נתונים), כותרת ארבעה פינים ST-Link, יציאת MicroUSB ונורית משתמש על PB12. הנגד הנמשך הנכון ב- PA12 מגיע מותקן להפעלה נכונה של יציאת ה- USB. משיכה זו בדרך כלל דרשה שינוי לוח על לוחות גלולה אחרים.

למרות שדומה במראהו ל- Arduino Nano, הגלולה השחורה חזקה בהרבה. 32 -ביט מיקרו -בקר STM32F103C8T6 ARM יכול לפעול במהירות של 72 מגה -הרץ. הוא יכול לבצע כפל חד-פעמי וחלוקת חומרה. יש לו 64 קילו בייט של זיכרון פלאש ו- 20 קילו בייט של SRAM.

תכנות ה- STM32 מ- Arduino IDE.

שלב 9: TXS0108E משמרת רמה לוגית של 8 סיביות

TXS0108E (גליון נתונים) הוא מחליף רמה לוגית דו-כיוונית של 8 סיביות. המודול מוגדר לאותות העברת רמות בין 3.3V ל- 5V.

מכיוון שערוצי רמת האות הם דו -כיווניים, תשומות צפות עלולות לגרום להפעלה לא מכוונת של התפוקות המתאימות. ניתן לספק פקד לאפשר פלט (OE) להגנה בתרחישים כאלה. יש להקפיד על אופן החיבור של המחליף כדי לוודא שלעולם אסור להעביר פלט מהשיפט ("בכוונה" או בגלל קלט צף בצד השני) להעביר צולבים של פלט ממכשיר אחר.

סיכת ה- OE נשארת מנותקת במעקבי ה- PCB. כותרת דו-פינית מסופקת מתחת למודול לחיבור OE ו- 3V3. קיצור הכותרת הדו-פינית (באמצעות חוט או בלוק מגשר) מחבר OE ל- 3V3 המאפשר ל- IC להניע את תפוקותיו. ניתן לחבר נגד הנפתה ובקרת לוגיקה אל סיכת OE.

שלב 10: HackLife

אנו מקווים שאתה נהנה מהחודש ההרפתקה של HackerBox בתחום האלקטרוניקה וטכנולוגיית המחשב. הושיט יד ושתף את ההצלחה שלך בתגובות למטה או בקבוצת הפייסבוק של HackerBoxes. כמו כן, זכור כי תוכל לשלוח דוא ל [email protected] בכל עת אם יש לך שאלה או זקוק לעזרה.

מה הלאה? הצטרף למהפכה. חי את האק לייף. קבל קופסה מגניבה של ציוד לפריצה שנשלח ישירות לתיבת הדואר שלך בכל חודש. גלוש אל HackerBoxes.com והירשם למנוי החודשי שלך ל- HackerBox.