PC Arduino : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Bien qu'un microcontrôleur soit un ordinateur sur puce avec un processeur intégré, de la mémoire et des périphériques d'E/S, toujours pour un étudiant, il ne semble guère différent des autres circuits intégrés DIP. C'est pourquoi nous avons conçu un projet « Arduino PC » comme devoir pour les lycéens qui suivent le cours « Digital Electronics ». Cela les oblige à concevoir et à simuler un circuit électronique dans Tinkercad pour répondre aux exigences du projet données (discutées ci-dessous). L'objectif est de permettre aux étudiants de voir les microcontrôleurs comme un ordinateur à part entière (bien que limité en capacité) qui peut être utilisé avec un clavier personnalisé et un écran LCD (Liquid Crystal Display). Cela nous permet également de vérifier leurs prouesses dans l'utilisation des concepts appris en classe.

Pour ce projet de mission, nous recommandons Tinkercad afin que les étudiants n'aient pas à rester dans le laboratoire d'électronique numérique pour les composants et puissent travailler à leur convenance. En outre, il est facile pour les instructeurs de suivre l'état du projet de chaque étudiant sur Tinkercad une fois qu'il est partagé par eux.

Le projet demande aux étudiants de:

1. Concevoir un clavier personnalisé avec 15 touches d'entrée (10 touches pour les chiffres 0-9 et 5 pour les instructions +, -, x, / et =) et un maximum de 4 broches de connexion (données) (hormis les 2 broches utilisées pour l'alimentation) pour envoyer des entrées à l'Arduino Uno.
2. Interfacez un écran LCD avec l'Arduino Uno.
3. Écrivez un code simple pour que l'Arduino Uno interprète la touche enfoncée et l'affiche sur l'écran LCD.
4. Pour effectuer les opérations mathématiques simples (sur des entrées entières) en supposant que toutes les entrées et les résultats sont toujours des entiers compris entre -32 768 et 32 767.

Ce projet aide les élèves à apprendre à

1. Encoder différentes entrées en codes binaires.
2. Concevez un encodeur binaire à l'aide d'un circuit numérique (c'est le cœur de la conception de circuits de clavier).
3. Identifiez (décodez) les entrées individuelles à partir de leurs codages binaires.
4. Écrire des codes Arduino.

Fournitures

Le projet nécessite:

1. Accès à un ordinateur personnel avec une connexion Internet stable.
2. Un navigateur moderne qui peut prendre en charge Tinkercad.
3. Un compte Tinkercad.

Étape 1: Conception du circuit du clavier

La conception du circuit du clavier est l'un des principaux composants du projet, qui oblige les étudiants à encoder chacune des 15 entrées de touche dans différents modèles de 4 bits. Bien qu'il existe 16 modèles de 4 bits distincts, cependant, un modèle de 4 bits est exclusivement requis pour représenter l'état par défaut, c'est-à-dire lorsqu'aucune touche n'est enfoncée. Par conséquent, dans notre implémentation, nous avons attribué 0000 (c'est-à-dire 0b0000) pour représenter l'état par défaut. Ensuite, nous avons codé les chiffres décimaux 1-9 par leur représentation binaire réelle à 4 bits (c'est-à-dire 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 et 1001 respectivement), et le chiffre décimal 0 par 1010 (c'est-à-dire, 0b1010). Les opérations mathématiques « + », « - », « x », « / » et « = » ont été codées comme 1011, 1100, 1101, 1110 et 1111 respectivement.

Après avoir fixé les codages, nous avons conçu le circuit comme indiqué sur la figure, où les touches ont été représentées par des commutateurs (boutons-poussoirs).

Étape 2: interfacer l'écran LCD

Pour afficher la sortie de l'Arduino Uno, un écran LCD 16x2 est utilisé. Le circuit d'interfaçage de l'écran LCD avec l'Arduino est assez standard. En fait, Tinkercad fournit un circuit Arduino Uno pré-construit interfacé avec un écran LCD 16x2. Cependant, on peut changer certaines des broches Arduino Uno interfacées avec l'écran LCD afin de mieux s'adapter à d'autres périphériques comme le clavier personnalisé que nous avons développé. Dans notre implémentation, nous avons utilisé le circuit représenté sur la figure.

Étape 3: Écriture de code pour l'Arduino Uno

Pour interpréter l'entrée provenant du clavier et afficher le résultat sur l'écran LCD, nous devons charger les instructions dans Arduino Uno. Écrire du code pour l'Arduino dépend de sa propre créativité. N'oubliez pas que l'Atmega328p de l'Arduino Uno est un microcontrôleur 8 bits. Il faut donc improviser pour le faire détecter les débordements et travailler pour les grands nombres. Cependant, nous voulons juste vérifier que l'Arduino Uno peut décoder l'entrée et différencier les nombres (0-9) et les instructions mathématiques. Par conséquent, nous limitons nos entrées à de petits nombres entiers (-32, 768 à 32, 767) tout en veillant à ce que la sortie se situe également dans la même plage. De plus, on peut contourner pour vérifier d'autres problèmes comme le rebond des boutons.

Un code simple que nous avons utilisé dans notre implémentation du projet est joint. Cela peut être copié et collé dans l'éditeur de code de Tinkercad.

Étape 4: Tout assembler

Au final, nous avons interfacé les broches d'alimentation du clavier avec celle de l'Arduino et connecté les broches de données (qui transportent les données 4 bits) aux broches numériques 10, 11, 12 et 13 (dans l'ordre comme mentionné dans le code Arduino). Nous avons également connecté une LED (via une résistance de 330 ohms) à chacune des broches de données pour afficher l'encodage binaire de chaque touche du clavier. Enfin, nous appuyons sur le bouton "Démarrer la simulation" pour tester le système.