Guia para iniciantes em microcontroladores: 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O que todos os controladores remotos, roteadores e robôs têm em comum? Microcontroladores! Hoje em dia, os microcontroladores para iniciantes são fáceis de usar e programar com apenas um laptop, um cabo USB e alguns softwares de código aberto (gratuitos). Woohoo !! Todos os projetos, aqui vamos nós!

A pegada? Existem cerca de 4324302 * microcontroladores diferentes e pode ser desanimador para começar, especialmente se você está apenas começando em eletrônica. Por onde diabos você começa ?!

Bem aqui, bbies, eu entendi. Esteja você procurando construir alguns projetos eletrônicos legais, aprender programação / tecnologia ou ensinar outros sobre eletrônica, este tutorial o ajudará a descobrir qual microcontrolador é certo para suas necessidades, objetivos e orçamentos. Yay! Vamos começar!

Tempo de leitura: ~ 20 min

* Ok, ok, talvez não * tantos *, mas definitivamente algumas dezenas!

Etapa 1: espere…. O que é um microcontrolador?

Talvez você tenha visto essa palavra e pensado "wtf", mas não se sentiu confortável o suficiente para perguntar *. Totalmente bem, aqui está um rápido resumo:

Um microcontrolador é um "computador simples" que executa um programa em loop. Eles são projetados para realizar uma tarefa única e específica.

Neste guia, vamos nos concentrar em microcontroladores que têm placas de breakout ou uma placa que facilita a conexão e a programação do microcontrolador.

Em uma placa breakout, os pinos do microcontrolador são soldados a uma placa de circuito impresso ("PCB"), cabeçalhos ou outros conectores são adicionados ao PCB e algum firmware básico, ou software permanente, é carregado para preparar o microcontrolador para receber sinais.

* As perguntas são sempre boas, mesmo que sejam "burras" ou "n00by", apenas encontre um espaço seguro - como o Instructables!

Etapa 2: Qual é a diferença entre o Raspberry Pi e um microcontrolador?

O Raspberry Pi não é apenas pequeno e adorável, é também um computador completo!: D

Os computadores possuem microprocessadores E microcontroladores que trabalham juntos para realizar várias tarefas ao mesmo tempo.

O microprocessador é o que faz o “trabalho pesado” em um computador. Ele executa as instruções e cálculos que fazem o computador funcionar. Os microprocessadores são muito mais rápidos do que os microcontroladores, mas precisam de recursos externos como RAM, portas de entrada / saída etc., enquanto um microcontrolador normalmente é independente.

Os computadores (que têm entradas e saídas, armazenamento e processamento) podem executar vários programas ao mesmo tempo - você pode navegar na Internet, relembrar fotos antigas, escrever um artigo e ter cerca de 1000 guias abertas, tudo ao mesmo tempo! Microcontroladores … nem tanto. Você pode fazer uma dessas coisas, mas não todas.

Para saber mais sobre o Raspberry Pi, confira a última seção deste tutorial!

Etapa 3: Arduino (Uno)

Um microcontrolador robusto de código aberto e ambiente de programação projetado para iniciantes com algum conhecimento de circuitos.

Idades recomendadas: 12 anos ou mais (ou crianças confortáveis com programação e álgebra)

Dificuldade: intermediária

Custo médio: ~ $ 35

Existem muitos tipos diferentes de placas Arduino. Este é o Arduino Uno, a melhor opção para iniciantes! Existem placas que são maiores, menores, vestíveis e para casos de uso especiais, como robótica.

Estar familiarizado com placas Arduino e mapas de programação bem para projetos e carreiras em ciência da computação, engenharia e design.

Recursos de Hardware

• O Arduino Uno tem 14 pinos de entrada e saída digital ("E / S"), 6 pinos de E / S analógica, 2 pinos de saída de energia (3,3 V e 5 V) e 3 pinos de aterramento (GND).
• A entrada de energia pode ser de 5 a 12 VCC

• Os cabeçalhos ICSP permitem que você conecte uma tonelada de placas adicionais diferentes chamadas de "escudos".

  Por exemplo, você pode adicionar um escudo WiFi para conectar seu Arduino à rede

Linguagem de Programação: Fiação (Combinação de C ++ / Processamento)

Projeto de exemplo: jogo de agitação do labirinto com reatividade ao movimento!

Compre / saiba mais: Site do Arduino

Etapa 4: Micro: Bit

Um microcontrolador lil 'amigável, útil para crianças e pessoas que estão começando a trabalhar com codificação e hardware.

Idades recomendadas: 8+ (ou crianças confortáveis com circuitos e ferramentas simples)

Dificuldade: iniciante

Custo médio: ~ $ 15

The Micro: Bit é uma ótima ferramenta para começar a aprender como codificar, ensinando outras pessoas, especialmente alunos do ensino fundamental, a codificar e fazendo protótipos eletrônicos simples e rápidos.

The Micro: Bit é uma colaboração entre a Microsoft e a BBC para levar computadores educacionais às salas de aula em todo o mundo.

Recursos de hardware:

• O Micro: Bit tem 3 pinos de E / S digital e analógica, 1 pino de saída de energia (3,3 V) e 1 pino de aterramento (GND)
• A entrada de energia deve ser de 3 a 5 VCC via cabo micro USB ou conector de bateria.

• Ele também tem muitas entradas, saídas e sensores integrados!

  • Matriz de LED 5x5 (25)
  • Dois (2) botões (A, B)
  • Transmissor e receptor de rádio
  • Acelerômetro
  • Bússola
  • Sensores de luz e temperatura
• Para mais pinos de I / O, pegue um Micro: Bit breakout!

Linguagem de programação: baseada em blocos ou Javascript (www. MakeCode.org); também pode usar CircuitPython

Projeto de exemplo: Fantoche de mensageiro de texto!

Compre / saiba mais: Micro: Site de bits

Etapa 5: Circuito Playground Express

Um microcontrolador versátil, ótimo para crianças e pessoas que estão começando a trabalhar com codificação e hardware.

Nota: Também existe o Circuit Playground Classic - o hardware é quase idêntico, mas esta placa é programada no IDE do Arduino.

Idades recomendadas: 8+ (ou crianças confortáveis com circuitos e ferramentas simples)

Dificuldade: iniciante

Custo médio: ~ $ 25

O Circuit Playground Express, ou CPX, é uma ferramenta útil para aprender como codificar, ensinar outras pessoas como codificar e fazer protótipos rápidos para iniciantes e especialistas.

O Circuit Playground Express é um microcontrolador poderoso e versátil criado pela Adafruit Industries.

Recursos de Hardware

• O CPX possui 7 anéis de entrada e saída digital / analógica ("I / O") que também são capacitivos!

  • 1 anel de E / S analógico "verdadeiro"
  • 2 anel de saída de energia (3,3 V)
  • 3 pinos de aterramento (GND)
• A entrada de energia deve ser de 3 a 5 VCC via cabo micro USB ou conector de bateria.

• Também há toneladas de entradas, saídas e sensores integrados!

  • 10 mini neopixels (podem ser todas as cores)
  • 2 botões (A, B)
  • 1 interruptor deslizante

  • Transmissor e receptor infravermelho

    Pode receber / transmitir códigos de controle remoto, enviar mensagens entre CPXs e atuar como um sensor de distância

  • Acelerômetro
  • Sensor de som e minifalante
  • Sensores de luz e temperatura

Linguagem de programação: baseada em blocos ou Javascript (www. MakeCode.org); também pode usar CircuitPython e Wiring (Arduino IDE)

Projeto de exemplo: Controlador de gestos do Minecraft!

Compre / saiba mais: Indústrias Adafruit

Etapa 6: Makey Makey

Um microcontrolador introdutório interativo ótimo para crianças e pessoas novas em eletrônica e codificação, especialmente para aqueles que querem brincar com a tecnologia sem ter que construir circuitos e códigos.

Idades recomendadas: 5+ (ou crianças confortáveis com ferramentas simples)

Dificuldade: iniciante

Custo médio: ~ $ 50

O Makey Makey é um grande primeiro passo em eletrônica e tecnologia - nenhuma programação necessária! Conecte pinças de crocodilo às almofadas e, em seguida, conecte qualquer material um tanto condutivo, como mãos, frutas ou objetos de metal, para acionar certas teclas do teclado e do mouse.

O Makey Makey é uma placa compatível com o Arduino, o que significa que você também pode reprogramá-la usando o Arduino Integrated Development Environment ("IDE").

Recursos de Hardware

• O Makey Makey possui seis (6) touch pads capacitivos na parte frontal da placa:

  • Quatro controlam as teclas de seta do teclado,
  • Um controla a barra de espaço e
  • Um controla o clique esquerdo do mouse.

• Na parte traseira da placa estão os pinos de cabeçalho para mais controles (também toque capacitivo):

  • Seis (6) alfinetes que mapeiam para letras,
  • Quatro (4) alfinetes que mapeiam para setas,
  • Dois (2) pinos que mapeiam para as teclas do mouse, e
  • Um (1) pino que mapeia para a tecla da barra de espaço.
  • Existem também três (3) pinos de E / S gerais, um pino de alimentação de 5 V e um pino de aterramento.

Linguagem de programação: Não aplicável para iniciantes; pode escrever programas Scratch (baseados em blocos); pode reprogramar na fiação (Arduino IDE)

Projetos de exemplo

Iniciante: Piano de Chão

Intermediário: Jogo de pesquisa interativo!

Comprar / aprender mais: site da Makey Makey

Etapa 7: Outras placas comuns

Existem muitos microcontroladores muuuuito para abordar em um tutorial. Se você tem uma necessidade superespecífica, provavelmente existe um microcontrolador para isso (assim como os apps!). Para ter uma ideia de algumas das outras placas não mencionadas neste tutorial, examine os inventários da SparkFun Electronics e da Adafruit Industries e / ou pergunte ao pessoal da área!

Aqui estão alguns dos meus favoritos:

Particle Photon

Semelhante ao Arduino Nano, o Photon é um microcontrolador conectado por WiFi que pode ser programado sem fio. A configuração mais fácil usa um aplicativo de smartphone (gratuito), mas também pode ser programado diretamente via USB em quase a mesma linguagem do Arduino *.

Idades recomendadas: 12+ (ou crianças confortáveis com circuitos e codificação)

Dificuldade: intermediária

Custo: ~ $ 20

Para obter mais informações e obter a configuração do Photon, visite a loja online do Particle aqui.

Linguagem de Programação: Fiação (mais ou menos)

Projeto Exemplo

Escala Industrial de IoT

* A fiação é a estrutura do código, portanto, a maior parte do código do Arduino funcionará sem modificações. Também pode escrever em C / C ++ ou assembly ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Um microcontrolador WiFi super pequeno, super barato (e atualmente muito popular na comunidade IoT *). Você precisará de um FTDI ou cabo de console. Você pode usar o IDE do Arduino para programar esta placa ou o interpretador Lua do NodeMCU.

Idades recomendadas: 14+ (ou crianças confortáveis com hardware e software)

Dificuldade: intermediária ++

Custo: ~ $ 10

Para obter mais informações, visite a página do produto HUZZAH Adafruit.

(SparkFun também tem uma placa semelhante, a "ESP8266 Thing", que você pode encontrar aqui por ~ $ 15.)

Linguagem de programação: Lua (sorta como Python) ou Wiring (Arduino IDE)

* IoT significa "Internet das Coisas", que é o termo que se refere à conexão e controle de vários dispositivos de hardware, como sensores e eletrônicos domésticos, à Internet.

Adafruit Trinket M0

Um microcontrolador minúsculo, mas poderoso, que confunde os limites entre o computador e o microcontrolador (possui um processador Cortex M0 de 32 bits ATSAMD21E18). Pode ser programado com Circuit Python ou no Arudino IDE.

Idades recomendadas: 14+ (ou crianças confortáveis com hardware e software)

Dificuldade: intermediária

Custo: ~ $ 9

Para mais informações, visite a página do produto Adafruit para o Trinket M0.

Linguagem de programação: CircuitPython ou Wiring (Arduino IDE)

Há uma tonelada de outras placas M0, semelhantes em escopo aos microcontroladores conectáveis Arduino Zero. Se isso não atender às suas necessidades ou fantasia, pesquise nos sites Adafruit e SparkFun!

Etapa 8: Microcontroladores vestíveis

Também há um punhado de microcontroladores projetados para projetos vestíveis!

O que os torna especiais é que eles podem ser lavados, então você não precisa arrancá-los do projeto incrível que você fez (mas remova a bateria!).

Microcontroladores vestíveis também têm pinos de E / S especiais que facilitam a costura em roupas e circuitos de costura com fio condutor. Aqui estão alguns dos meus favoritos:

Adafruit FLORA

Um microcontrolador circular costurável com 14 entradas e saídas. Pode ser lavado (mas deve remover a bateria).

Idades recomendadas: 12+ (ou crianças confortáveis com circuitos e codificação)

Dificuldade: intermediária

Custo: $ 15

Linguagem de programação: fiação (Arduino IDE)

Para obter mais informações, visite a página do produto Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Um pequeno microcontrolador costurável com 3 entradas e saídas. Perfeito para esconder, conectar-se a pequenos objetos e criar joias.

Idades Recomendadas: 12+

Dificuldade: intermediária

Custo: ~ $ 5

Linguagem de programação: fiação (Arduino IDE)

Para obter mais informações, visite a página do produto Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Um microcontrolador circular costurável com 14 entradas e saídas disponíveis.

Idades Recomendadas: 12+

Dificuldade: intermediária

Custo: ~ $ 25

Linguagem de programação: fiação (Arduino IDE)

Para obter mais informações, visite a página do produto SparkFun para o Lilypad.

Etapa 9: Raspberry Pi 3

O Raspberry Pi, ou Pi para abreviar, é um computador do tamanho de um cartão de crédito * que executa uma versão especial do Linux e pode ser programado para controlar o hardware.

Idades recomendadas: 12 anos ou mais ou crianças que se familiarizam com codificação e álgebra

Dificuldade: intermediária (fácil como um computador)

Custo médio: ~ $ 35

O computador Raspberry Pi, ou Pi para abreviar, pode ser usado como um computador “padrão” ou como um controlador para todos os tipos de projetos de hardware. É um excelente primeiro computador para crianças usarem e aprenderem a codificar, e é amplamente utilizado por especialistas em hardware para construir todos os tipos de projetos eletrônicos, de robôs a impressoras 3D a sistemas de automação residencial!

O Raspberry Pi mudou a maneira como construímos eletrônicos! Existem algumas versões diferentes, a mais recente é o Raspberry Pi 3 e o Pi Zero, uma versão em miniatura do Pi 3 por apenas US $ 10.

Visão geral do hardware

• O sistema operacional recomendado (“SO”) é uma versão especial do Linux chamada Raspbian.

• O Pi tem 40 pinos de entrada e saída de propósito geral (“GPIO”).

  • 26 pinos de E / S digital (sem E / S analógica)
  • 4 pinos de saída de energia (dois 3,3 V e dois 5 V)
  • 8 pinos de aterramento (GND)
  • 2 pinos especiais (I2C ID EEPROM, apenas para uso avançado)

• O Pi também possui a maioria dos recursos padrão do computador:

  • 4 portas USB
  • 1 porta Ethernet
  • 1 porta HDMI
  • 1 entrada de áudio
  • 1 porta de módulo de câmera

Linguagem de programação (para pinos GPIO): Python ou C ++

Como este é um computador completo, você pode programar em qualquer idioma que desejar, incluindo a programação de outros microcontroladores!

Projetos de exemplo

IoT Pet Monitor!

Monitor de força de impacto

Compra / mais informações: Raspberry Pi Foundation

* O Pi pode ser usado de forma semelhante a um microcontrolador padrão E também pode controlar microcontroladores! Basicamente, o Pi é super incrível e eu * tenho * que incluí-lo, mesmo que seja tecnicamente um computador:)

Etapa 10: Reflexões Finais

Se você está apenas começando e deseja construir todos os tipos de projetos, eu recomendo o Circuit Playground Express. É super fácil de colocar em funcionamento e tem uma tonelada de gadgets integrados.

Se você estiver super interessado em redes de computadores, IA ou conectar coisas à Internet (por exemplo, fazer uma "casa inteligente"), sugiro o Raspberry Pi.

Se você deseja uma placa robusta, estável e confiável para construir uma ampla variedade de projetos, escolha um Arduino.

Se você ainda não tem ideia por onde começar e está totalmente intimidado, comece com o Micro: Bit - custa apenas US $ 15 e tem muitas coisas elegantes para brincar. Além disso, se você receber uma para seu amigo, poderá enviar pequenas mensagens para lá e para cá:)

O melhor conselho que posso lhe dar é encontrar um projeto pelo qual você seja apaixonado e construí-lo! Existem toneladas de tutoriais online, então procure por alguém que construiu o mesmo projeto ou semelhante. Construa a partir de suas descobertas e ajuste como quiser!

E claro, deixe qualquer dúvida relacionada nos comentários e farei o possível para ajudar!

Feliz hackeamento!