Arduino PC: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Aunque un microcontrolador es una computadora en un chip con un procesador integrado, memoria y periféricos de E / S, todavía para un estudiante, apenas se siente diferente de otros circuitos integrados DIP. Por ello, diseñamos un proyecto "Arduino PC" como tarea para los estudiantes de secundaria que asisten al curso "Electrónica Digital". Requiere que diseñen y simulen un circuito electrónico en Tinkercad para lograr los requisitos del proyecto dados (discutidos a continuación). El objetivo es permitir que los estudiantes vean los microcontroladores como una computadora completa (aunque con capacidad limitada) que se puede usar con un teclado personalizado y una pantalla LCD (pantalla de cristal líquido). También nos permite comprobar su destreza en el uso de los conceptos aprendidos en clase.

Para este proyecto de asignación, recomendamos Tinkercad para que los estudiantes no tengan que quedarse en el laboratorio de electrónica digital para los componentes y puedan trabajar a su propia conveniencia. Además, es fácil para los instructores rastrear el estado del proyecto de cada estudiante en Tinkercad una vez que lo comparten.

El proyecto requiere que los estudiantes:

1. Diseñe un teclado personalizado con 15 teclas de entrada (10 teclas para los dígitos 0-9 y 5 para las instrucciones +, -, x, / y =) y un máximo de 4 pines de conexión (datos) (aparte de los 2 pines utilizados para proporcionar la fuente de alimentación) para enviar entrada al Arduino Uno.
2. Conecte una pantalla LCD con el Arduino Uno.
3. Escriba un código simple para que Arduino Uno interprete la tecla presionada y la muestre en la pantalla LCD.
4. Para realizar las operaciones matemáticas simples (sobre entradas enteras) asumiendo que todas las entradas y resultados son siempre enteros dentro del rango -32, 768 a 32, 767.

Este proyecto ayuda a los estudiantes a aprender a

1. Codifique diferentes entradas en códigos binarios.
2. Diseñe un codificador binario utilizando un circuito digital (este es el corazón del diseño del circuito del teclado).
3. Identifique (decodifique) las entradas individuales de sus codificaciones binarias.
4. Escribe códigos Arduino.

Suministros

El proyecto requiere:

1. Acceso a una computadora personal con una conexión a Internet estable.
2. Un navegador moderno que puede soportar Tinkercad.
3. Una cuenta de Tinkercad.

Paso 1: diseño del circuito del teclado

El diseño del circuito del teclado es uno de los componentes principales del proyecto, que requiere que los estudiantes codifiquen cada una de las 15 entradas clave en diferentes patrones de 4 bits. Aunque hay 16 patrones distintos de 4 bits, sin embargo, se requiere exclusivamente un patrón de 4 bits para representar el estado predeterminado, es decir, cuando no se presiona ninguna tecla. Por lo tanto, en nuestra implementación, asignamos 0000 (es decir, 0b0000) para representar el estado predeterminado. Luego, codificamos los dígitos decimales del 1 al 9 por su representación binaria real de 4 bits (es decir, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 y 1001 respectivamente), y el dígito decimal 0 por 1010 (es decir,, 0b1010). Las operaciones matemáticas '+', '-', 'x', '/' y '=' se codificaron como 1011, 1100, 1101, 1110 y 1111 respectivamente.

Una vez fijadas las codificaciones, diseñamos el circuito como se muestra en la figura, donde las teclas han sido representadas por interruptores (pulsadores).

Paso 2: Interfaz de la pantalla LCD

Para ver la salida del Arduino Uno, se utiliza una pantalla LCD de 16x2. El circuito para conectar la pantalla LCD con el Arduino es bastante estándar. De hecho, Tinkercad proporciona un circuito Arduino Uno preconstruido interconectado con una pantalla LCD de 16x2. Sin embargo, se pueden cambiar algunos de los pines de Arduino Uno interconectados con la pantalla LCD para adaptarse mejor a otros periféricos como el teclado personalizado que desarrollamos. En nuestra implementación, usamos el circuito que se muestra en la figura.

Paso 3: escribir código para Arduino Uno

Para interpretar la entrada proveniente del teclado y mostrar el resultado en la pantalla LCD, necesitamos cargar las instrucciones en Arduino Uno. Escribir código para Arduino depende de la propia creatividad. Recuerde que el Atmega328p en el Arduino Uno es un microcontrolador de 8 bits. Por lo tanto, es necesario improvisar para que detecte el desbordamiento y funcione para grandes números. Sin embargo, solo queremos verificar que Arduino Uno puede decodificar la entrada y diferenciar entre números (0-9) e instrucciones matemáticas. Por lo tanto, restringimos nuestras entradas a números enteros pequeños (-32, 768 a 32, 767) mientras nos aseguramos de que la salida también se encuentre en el mismo rango. Además, se puede solucionar para comprobar otros problemas, como la eliminación de rebotes de botones.

Se adjunta un código simple que usamos en nuestra implementación del proyecto. Esto se puede copiar y pegar en el editor de código en Tinkercad.

Paso 4: Poner todo junto

Al final, conectamos los pines de la fuente de alimentación del teclado con los del Arduino y conectamos los pines de datos (que llevan los datos de 4 bits) a los pines digitales 10, 11, 12 y 13 (en el orden mencionado en el Código Arduino). También conectamos un LED (a través de una resistencia de 330 ohmios) a cada uno de los pines de datos para ver la codificación binaria de cada tecla en el teclado. Finalmente, presionamos el botón "Iniciar simulación" para probar el sistema.