Una guía para principiantes de microcontroladores: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Qué tienen en común los controladores remotos, los enrutadores y los robots? ¡Microcontroladores! En estos días, los microcontroladores para principiantes son fáciles de usar y programar con solo una computadora portátil, un cable USB y algún software de código abierto (gratuito). ¡¡Woohoo !! Todos los proyectos, ¡aquí vamos!

¿La captura? Hay como 4324302 * microcontroladores diferentes y puede ser abrumador comenzar, especialmente si te estás iniciando en la electrónica. ¿Por dónde diablos empiezas?

Aquí mismo, bbies, tengo a Chu. Ya sea que esté buscando construir algunos proyectos electrónicos geniales, aprender programación / tecnología o querer enseñar a otros sobre electrónica, este tutorial lo ayudará a descubrir qué microcontrolador es el adecuado para sus necesidades, objetivos y presupuestos. ¡Hurra! ¡Empecemos!

Tiempo de lectura: ~ 20 min

* Ok, ok, tal vez no * tantos *, ¡pero definitivamente unas pocas docenas!

Paso 1: Espere…. ¿Qué es un microcontrolador?

Tal vez hayas visto esta palabra y dijiste "wtf", pero no te sentiste lo suficientemente cómodo como para preguntar *. Totalmente bien, aquí hay un resumen rápido:

Un microcontrolador es una "computadora simple" que ejecuta un programa en un ciclo. Están diseñados para realizar una única tarea específica.

En esta guía, nos centraremos en los microcontroladores que tienen placas de conexión o una placa que facilita la conexión y la programación del microcontrolador.

En una placa de conexión, los pines del microcontrolador se sueldan a una placa de circuito impreso ("PCB"), se agregan encabezados u otros conectores a la PCB, y se carga algún firmware básico o software permanente para preparar el microcontrolador para recibir señales.

* Las preguntas siempre son buenas, incluso si son "tontas" o "n00by", simplemente busque un espacio seguro, ¡como Instructables!

Paso 2: ¿Cuál es la diferencia entre Raspberry Pi y un microcontrolador?

La Raspberry Pi no solo es pequeña y adorable, ¡también es una computadora en toda regla!:D

Las computadoras tienen microprocesadores Y microcontroladores que trabajan juntos para realizar muchas tareas a la vez.

El microprocesador es lo que hace el "trabajo pesado" en una computadora. Realiza las instrucciones y cálculos que hacen que la computadora funcione. Los microprocesadores son mucho más rápidos que los microcontroladores, pero necesitan recursos externos como RAM, puertos de entrada / salida, etc., mientras que un microcontrolador suele ser autónomo.

Las computadoras (que tienen entradas y salidas, almacenamiento y procesamiento) pueden ejecutar varios programas a la vez: puede navegar por Internet, recordar fotos antiguas, escribir un artículo y tener como 1000 pestañas abiertas al mismo tiempo. Microcontroladores … no tanto. Puede hacer una de esas cosas, pero no todas.

Para obtener más información sobre Raspberry Pi, consulte la última sección de este tutorial.

Paso 3: Arduino (Uno)

Un microcontrolador robusto de código abierto y un entorno de programación diseñado para principiantes con algunos conocimientos de circuitos.

Edades recomendadas: 12+ (o niños que se sientan cómodos con la programación y el álgebra)

Dificultad: intermedia

Costo promedio: ~ $ 35

Hay muchos tipos diferentes de placas Arduino. Este es el Arduino Uno, ¡la mejor opción para principiantes! Hay placas que son más grandes, más pequeñas, portátiles y para casos de uso especiales como la robótica.

Estar familiarizado con las placas Arduino y la programación se adapta bien a proyectos y carreras en informática, ingeniería y diseño.

Funciones de hardware

• El Arduino Uno tiene 14 pines de entrada y salida digitales ("E / S"), 6 pines de E / S analógicas, 2 pines de salida de energía (3.3V y 5V) y 3 pines de tierra (GND).
• La entrada de energía puede ser de 5 a 12 VCC

• Los encabezados ICSP le permiten conectar una tonelada de diferentes placas complementarias llamadas "escudos".

  Por ejemplo, puede agregar un escudo WiFi para conectar su Arduino a la red

Lenguaje de programación: cableado (combinación de C ++ / procesamiento)

Proyecto de ejemplo: ¡Juego Shake the Maze reactivo al movimiento!

Comprar / Más información: Sitio web de Arduino

Paso 4: Micro: Bit

Un microcontrolador amigable y útil para niños y personas que recién comienzan con la codificación y el hardware.

Edades recomendadas: 8+ (o niños que se sientan cómodos con circuitos y herramientas simples)

Dificultad: principiante

Costo promedio: ~ $ 15

Micro: Bit es una gran herramienta para comenzar a aprender a codificar, enseñar a otros, en particular a los estudiantes de primaria, a codificar y hacer prototipos electrónicos sencillos y rápidos.

Micro: Bit es una colaboración entre Microsoft y la BBC para llevar computadoras educativas a las aulas de todo el mundo.

Características del hardware:

• El Micro: Bit tiene 3 pines de E / S digitales y analógicas, 1 pin de salida de alimentación (3,3 V) y 1 pin de tierra (GND)
• La entrada de energía debe ser de 3 a 5 VCC a través de un cable micro USB o un conector del paquete de baterías.

• ¡También tiene muchas entradas, salidas y sensores integrados!

  • Matriz de LED 5x5 (25)
  • Dos (2) botones pulsadores (A, B)
  • Transmisor y receptor de radio
  • Acelerómetro
  • Brújula
  • Sensores de luz y temperatura
• Para obtener más pines de E / S, ¡tome una ruptura de Micro: Bit!

Lenguaje de programación: basado en bloques o Javascript (www. MakeCode.org); también puede usar CircuitPython

Proyecto de ejemplo: ¡Marioneta de mensajería de texto!

Comprar / Más información: Sitio web de Micro: Bit

Paso 5: Circuit Playground Express

Un microcontrolador versátil ideal para niños y personas que recién comienzan con la codificación y el hardware.

Nota: También está el Circuit Playground Classic: el hardware es casi idéntico, pero esta placa está programada en el IDE de Arduino.

Edades recomendadas: 8+ (o niños que se sientan cómodos con circuitos y herramientas simples)

Dificultad: principiante

Costo promedio: ~ $ 25

Circuit Playground Express, o CPX, es una herramienta útil para aprender a codificar, enseñar a otros a codificar y hacer prototipos rápidos tanto para principiantes como para expertos.

Circuit Playground Express es un microcontrolador potente y versátil creado por Adafruit Industries.

Funciones de hardware

• El CPX tiene 7 anillos de entrada y salida digitales / analógicas ("E / S") que también son táctiles capacitivos.

  • 1 anillo de E / S analógico "verdadero"
  • 2 anillo de apagado (3,3 V)
  • 3 pines de tierra (GND)
• La entrada de energía debe ser de 3 a 5 VCC a través de un cable micro USB o un conector del paquete de baterías.

• ¡También hay toneladas de entradas, salidas y sensores integrados!

  • 10 Mini Neopixels (pueden ser de todos los colores)
  • 2 botones pulsadores (A, B)
  • 1 interruptor deslizante

  • Transmisor y receptor de infrarrojos

    Puede recibir / transmitir códigos de control remoto, enviar mensajes entre CPX y actuar como sensor de distancia

  • Acelerómetro
  • Sensor de sonido y mini altavoz
  • Sensores de luz y temperatura

Lenguaje de programación: basado en bloques o Javascript (www. MakeCode.org); también puede usar CircuitPython y Wiring (Arduino IDE)

Proyecto de ejemplo: Minecraft Gesture Controller!

Compre / Obtenga más información: Industrias Adafruit

Paso 6: Makey Makey

Un microcontrolador interactivo de introducción ideal para niños pequeños y gente nueva en electrónica y codificación, especialmente para aquellos que quieren jugar con la tecnología sin tener que construir circuitos y código.

Edades recomendadas: 5+ (o niños cómodos con herramientas simples)

Dificultad: principiante

Costo promedio: ~ $ 50

El Makey Makey es un gran primer paso hacia la electrónica y la tecnología, ¡no se requiere programación! Conecte pinzas de cocodrilo a las almohadillas y luego conecte cualquier material algo conductor, como manos, frutas u objetos metálicos, para activar ciertas teclas del teclado y del mouse.

La Makey Makey es una placa compatible con Arduino, lo que significa que también puede reprogramarla utilizando el Entorno de desarrollo integrado de Arduino ("IDE").

Funciones de hardware

• El Makey Makey tiene seis (6) paneles táctiles capacitivos en la parte frontal del tablero:

  • Cuatro controlan las teclas de flecha del teclado,
  • Uno controla la barra espaciadora y
  • Uno controla el clic izquierdo del mouse.

• En la parte posterior de la placa hay pines de encabezado para más controles (también táctil capacitiva):

  • Seis (6) alfileres que se asignan a letras,
  • Cuatro (4) alfileres que se asignan a flechas,
  • Dos (2) pines que se asignan a las teclas del mouse, y
  • Un (1) pin que se asigna a la tecla de la barra espaciadora.
  • También hay tres (3) pines de E / S generales, un pin de alimentación de 5 V y un pin de tierra.

Lenguaje de programación: no aplicable para principiantes; puede escribir programas Scratch (basados en bloques); puede reprogramar en cableado (Arduino IDE)

Proyectos de ejemplo

Principiante: Piano de piso

Intermedio: ¡Juego interactivo de encuestas!

Comprar / Más información: sitio web de Makey Makey

Paso 7: otras placas comunes

Hay muchísimos microcontroladores para cubrir en un tutorial. Si tiene una necesidad de especialidad súper específica, probablemente haya un microcontrolador para eso (¡como las aplicaciones!). Para tener una idea de algunas de las otras placas que no se mencionan en este tutorial, lea detenidamente los inventarios de SparkFun Electronics y Adafruit Industries y / o pregunte a la gente en el campo.

Aquí están algunos de mis favoritos:

Fotón de partículas

Similar al Arduino Nano, el Photon es un microcontrolador conectado a WiFi que se puede programar de forma inalámbrica. La configuración más fácil utiliza una aplicación de teléfono inteligente (gratuita), pero también se puede programar directamente a través de USB en casi el mismo idioma que Arduino *.

Edades recomendadas: 12+ (o niños cómodos con circuitos y codificación)

Dificultad: intermedia

Costo: ~ $ 20

Para obtener más información y obtener la configuración de Photon, visite la tienda en línea de Particle aquí.

Lenguaje de programación: cableado (más o menos)

Proyecto de ejemplo

Escala industrial de IoT

* El cableado es el marco del código, por lo que la mayoría del código Arduino funcionará sin modificaciones. También puede escribir en ensamblado C / C ++ o ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Un microcontrolador WiFi súper pequeño, súper barato (y actualmente muy popular en la comunidad IoT *). Necesitará un cable FTDI o de consola. Puede usar el IDE de Arduino para programar esta placa o el intérprete Lua de NodeMCU.

Edades recomendadas: 14+ (o niños cómodos con hardware y software)

Dificultad: intermedia ++

Costo: ~ $ 10

Para obtener más información, visite la página del producto HUZZAH Adafruit.

(SparkFun también tiene una placa similar, la "ESP8266 Thing", que puede encontrar aquí por ~ $ 15).

Lenguaje de programación: Lua (algo así como Python) o Wiring (Arduino IDE)

* IoT significa "Internet de las cosas", que es el término que se refiere a conectar y controlar varios dispositivos de hardware, como sensores y aparatos electrónicos domésticos, a Internet.

Baratija de Adafruit M0

Un microcontrolador diminuto pero poderoso que difumina las líneas entre la computadora y el microcontrolador (tiene un procesador Cortex M0 ATSAMD21E18 de 32 bits). Se puede programar con Circuit Python o en Arudino IDE.

Edades recomendadas: 14+ (o niños cómodos con hardware y software)

Dificultad: intermedia

Costo: ~ $ 9

Para obtener más información, visite la página del producto Adafruit para el Trinket M0.

Lenguaje de programación: CircuitPython o Wiring (Arduino IDE)

Hay una TONELADA de otras placas M0, de alcance similar a los microcontroladores conectables Arduino Zero. Si esto no satisface sus necesidades o su imaginación, ¡busque en los sitios web de Adafruit y SparkFun!

Paso 8: Microcontroladores portátiles

¡También hay un puñado de microcontroladores diseñados para proyectos portátiles!

Lo que los hace especiales es que se pueden lavar, por lo que no tienes que arrancarlos del increíble proyecto que hiciste (¡pero quita la batería!).

Los microcontroladores portátiles también tienen pines de E / S especiales que facilitan la costura en la ropa y los circuitos de costura con hilo conductor. Aquí están algunos de mis favoritos:

Adafruit FLORA

Un microcontrolador circular cosible con 14 entradas y salidas. Se puede lavar (pero definitivamente quitar la batería).

Edades recomendadas: 12+ (o niños cómodos con circuitos y codificación)

Dificultad: intermedia

Costo: $ 15

Lenguaje de programación: cableado (Arduino IDE)

Para obtener más información, visite la página del producto Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Un pequeño microcontrolador cosible con 3 entradas y salidas. Perfecto para esconderse, conectarse a objetos pequeños y crear joyas.

Edades recomendadas: 12+

Dificultad: intermedia

Costo: ~ $ 5

Lenguaje de programación: cableado (Arduino IDE)

Para obtener más información, visite la página del producto Arduino Gemma.

Arduino Lilypad

Un microcontrolador circular cosible con 14 entradas y salidas disponibles.

Edades recomendadas: 12+

Dificultad: intermedia

Costo: ~ $ 25

Lenguaje de programación: cableado (Arduino IDE)

Para obtener más información, visite la página del producto SparkFun para Lilypad.

Paso 9: Raspberry Pi 3

La Raspberry Pi, o Pi para abreviar, es una computadora del tamaño de una tarjeta de crédito * que ejecuta una versión especial de Linux y se puede programar para controlar el hardware.

Edades recomendadas: 12 + O niños que se sientan cómodos con la codificación y el álgebra

Dificultad: intermedia (fácil como una computadora)

Costo promedio: ~ $ 35

La computadora Raspberry Pi, o Pi para abreviar, se puede utilizar como una computadora "estándar" o como un controlador para todo tipo de proyectos de hardware. Es una excelente primera computadora para que los niños la usen y aprendan a codificar, y es ampliamente utilizada por expertos en hardware para construir todo tipo de proyectos electrónicos, ¡desde robots hasta impresoras 3D y sistemas de automatización del hogar!

¡La Raspberry Pi ha cambiado la forma en que construimos productos electrónicos! Hay algunas versiones diferentes, la más reciente es Raspberry Pi 3 y Pi Zero, una versión en miniatura de Pi 3 por solo $ 10.

Descripción general del hardware

• El sistema operativo recomendado ("SO") es una versión especial de Linux llamada Raspbian.

• El Pi tiene 40 pines de entrada y salida de uso general (“GPIO”).

  • 26 pines de E / S digitales (sin E / S analógicas)
  • 4 pines de salida (dos de 3,3 V y dos de 5 V)
  • 8 pines de tierra (GND)
  • 2 pines especiales (I2C ID EEPROM, solo uso avanzado)

• El Pi también tiene la mayoría de las características estándar de la computadora:

  • 4 puertos USB
  • 1 puerto Ethernet
  • 1 puerto HDMI
  • 1 conector de audio
  • 1 puerto para módulo de cámara

Lenguaje de programación (para pines GPIO): Python o C ++

Dado que se trata de una computadora completa, puede programar en el idioma que desee, ¡incluida la programación de otros microcontroladores!

Proyectos de ejemplo

Monitor de mascotas IoT!

Monitor de fuerza de impacto

Compra / Más información: Fundación Raspberry Pi

* ¡El Pi se puede utilizar de forma similar a un microcontrolador estándar Y también puede controlar microcontroladores! Básicamente, el Pi es súper impresionante y * tengo * que incluirlo aunque técnicamente sea una computadora:)

Paso 10: Pensamientos finales

Si recién está comenzando y desea construir todo tipo de proyectos, le recomiendo el Circuit Playground Express. Es muy fácil de poner en marcha y tiene un montón de dispositivos integrados.

Si está muy interesado en las redes informáticas, la inteligencia artificial o la conexión a Internet (por ejemplo, hacer una "casa inteligente"), le sugiero la Raspberry Pi.

Si desea una placa resistente, estable y confiable para construir una amplia variedad de proyectos, elija un Arduino.

Si aún no tiene idea de por dónde empezar y está totalmente intimidado, comience con Micro: Bit: solo cuesta $ 15 y tiene muchas cosas elegantes para jugar. Además, si obtiene uno para su amigo, puede enviar pequeños mensajes de ida y vuelta:)

¡El mejor consejo que puedo darte es que encuentres un proyecto que te apasione y lo construyas! Hay toneladas de tutoriales en línea, así que busque a alguien que haya creado el mismo proyecto o uno similar. ¡Aproveche sus hallazgos y haga los ajustes que desee!

Y, por supuesto, deje cualquier pregunta relacionada en los comentarios y haré todo lo posible para ayudar.

¡Feliz piratería!