PC Arduino: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Embora um microcontrolador seja um computador em um chip com um processador integrado, memória e periféricos de E / S, ainda para um aluno, ele dificilmente é diferente de outros circuitos integrados DIP. Por isso, elaboramos um projeto "Arduino PC" como uma tarefa para os alunos do ensino médio que frequentam o curso de "Eletrônica Digital". Exige que eles projetem e simulem um circuito eletrônico no Tinkercad para atender aos requisitos de projeto fornecidos (discutidos abaixo). O objetivo é permitir que os alunos vejam os microcontroladores como um computador completo (embora restrito em capacidade), que pode ser usado com um teclado personalizado e um LCD (tela de cristal líquido). Também nos permite verificar suas proezas no uso dos conceitos aprendidos na aula.

Para este projeto de atribuição, recomendamos o Tinkercad para que os alunos não precisem ficar no laboratório de eletrônica digital para os componentes e possam trabalhar conforme sua própria conveniência. Além disso, é fácil para os instrutores rastrear o status do projeto de cada aluno no Tinkercad, uma vez que é compartilhado por eles.

O projeto exige que os alunos:

1. Projete um teclado personalizado com 15 teclas de entrada (10 teclas para dígitos 0-9 e 5 para instruções +, -, x, / e =) e no máximo 4 pinos de conexão (dados) (além dos 2 pinos usados para fornecer alimentação) para enviar dados para o Arduino Uno.
2. Faça a interface de um LCD com o Arduino Uno.
3. Escreva um código simples para o Arduino Uno interpretar a tecla pressionada e exibi-la no LCD.
4. Para realizar as operações matemáticas simples (sobre entradas inteiras) assumindo que todas as entradas e resultados são sempre inteiros dentro do intervalo -32, 768 a 32, 767.

Este projeto ajuda os alunos a aprender a

1. Codifique diferentes entradas em códigos binários.
2. Projete um codificador binário usando um circuito digital (este é o coração do design do circuito do teclado).
3. Identifique (decodifique) as entradas individuais de suas codificações binárias.
4. Escreva códigos do Arduino.

Suprimentos

O projeto requer:

1. Acesso a um computador pessoal com conexão estável à Internet.
2. Um navegador moderno que pode suportar o Tinkercad.
3. Uma conta da Tinkercad.

Etapa 1: projetar o circuito do teclado

Projetar o circuito do teclado é um dos principais componentes do projeto, que requer que os alunos codifiquem cada uma das 15 entradas principais em diferentes padrões de 4 bits. Embora existam 16 padrões distintos de 4 bits, no entanto, um padrão de 4 bits é exclusivamente necessário para representar o estado padrão, ou seja, quando nenhuma tecla é pressionada. Portanto, em nossa implementação, atribuímos 0000 (ou seja, 0b0000) para representar o estado padrão. Em seguida, codificamos os dígitos decimais de 1 a 9 por sua representação binária real de 4 bits (ou seja, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 e 1001 respectivamente), e o dígito decimal de 0 por 1010 (ou seja,, 0b1010). As operações matemáticas '+', '-', 'x', '/' e '=' foram codificadas como 1011, 1100, 1101, 1110 e 1111, respectivamente.

Tendo corrigido as codificações, projetamos o circuito como mostrado na figura, onde as teclas foram representadas por interruptores (botões de pressão).

Etapa 2: Interface do LCD

Para visualizar a saída do Arduino Uno, um LCD 16x2 é usado. O circuito para fazer a interface do LCD com o Arduino é bastante padrão. Na verdade, o Tinkercad fornece um circuito Arduino Uno pré-construído com interface com um LCD 16x2. No entanto, pode-se alterar alguns dos pinos do Arduino Uno com interface com o LCD para acomodar melhor outros periféricos, como o teclado personalizado que desenvolvemos. Em nossa implementação, usamos o circuito mostrado na figura.

Etapa 3: Escrevendo código para o Arduino Uno

Para interpretar a entrada vinda do teclado e exibir o resultado no LCD, precisamos carregar as instruções no Arduino Uno. Escrever código para o Arduino depende muito da própria criatividade. Lembre-se de que o Atmega328p no Arduino Uno é um microcontrolador de 8 bits. Portanto, é necessário improvisar para fazê-lo detectar o estouro e funcionar para grandes números. No entanto, queremos apenas verificar se o Arduino Uno pode decodificar a entrada e diferenciar entre números (0-9) e instruções matemáticas. Portanto, restringimos nossas entradas a pequenos inteiros (-32, 768 a 32, 767) enquanto garantimos que a saída também esteja no mesmo intervalo. Além disso, pode-se contornar para verificar outros problemas, como eliminar o lançamento de botões.

Um código simples que usamos em nossa implementação do projeto está anexado. Isso pode ser copiado e colado no editor de código do Tinkercad.

Etapa 4: juntando tudo

No final, conectamos os pinos da fonte de alimentação do teclado com os do Arduino e conectamos os pinos de dados (que transportam os dados de 4 bits) aos pinos digitais 10, 11, 12 e 13 (na ordem mencionada no Código do Arduino). Também conectamos um LED (por meio de um resistor de 330 ohms) a cada um dos pinos de dados para visualizar a codificação binária de cada tecla do teclado. Finalmente, clicamos no botão "Iniciar Simulação" para testar o sistema.