Guide du débutant sur les microcontrôleurs : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Qu'ont en commun les télécommandes, les routeurs et les robots ? Microcontrôleurs ! De nos jours, les microcontrôleurs conviviaux pour les débutants sont faciles à utiliser et à programmer avec juste un ordinateur portable, un câble USB et certains logiciels open source (gratuits). Waouh !! Tous les projets, nous voilà !

Le piège ? Il existe comme 4324302* différents microcontrôleurs et il peut être intimidant de commencer, surtout si vous vous lancez dans l'électronique. Par où diable commencez-vous ?!

Ici, mes petits, j'ai du chu. Que vous cherchiez à créer des projets électroniques sympas, à apprendre la programmation/la technologie ou que vous souhaitiez enseigner l'électronique aux autres, ce didacticiel vous aidera à déterminer quel microcontrôleur convient à vos besoins, objectifs et budgets. Yay! Commençons!

Temps de lecture: ~ 20 min

*Ok, ok, peut-être pas *que* beaucoup, mais certainement quelques dizaines !

Étape 1: Attendez…. Qu'est-ce qu'un microcontrôleur ?

Peut-être que vous avez vu ce mot et que vous vous êtes dit "wtf" mais que vous ne vous êtes pas senti assez à l'aise pour le demander*. Tout à fait bien, voici un bref aperçu:

Un microcontrôleur est un « ordinateur simple » qui exécute un programme en boucle. Ils sont conçus pour effectuer une seule tâche spécifique.

Dans ce guide, nous nous concentrerons sur les microcontrôleurs dotés de cartes de dérivation ou sur une carte qui facilite la connexion et la programmation du microcontrôleur.

Sur une carte de dérivation, les broches du microcontrôleur sont soudées à une carte de circuit imprimé ("PCB"), des en-têtes ou d'autres connecteurs sont ajoutés au PCB, et un micrologiciel de base, ou un logiciel permanent, est chargé pour préparer le microcontrôleur à recevoir des signaux.

* Les questions sont toujours bonnes, même si elles sont « muettes » ou « n00by », il suffit de trouver un espace sûr--comme Instructables !

Étape 2: Quelle est la différence entre le Raspberry Pi et un microcontrôleur ?

Le Raspberry Pi n'est pas seulement petit et adorable, c'est aussi un ordinateur à part entière !:RÉ

Les ordinateurs ont des microprocesseurs ET des microcontrôleurs qui fonctionnent ensemble pour effectuer de nombreuses tâches à la fois.

Le microprocesseur est ce qui fait le « poids lourd » dans un ordinateur. Il exécute les instructions et les calculs qui font fonctionner l'ordinateur. Les microprocesseurs sont beaucoup plus rapides que les microcontrôleurs, mais ils ont besoin de ressources externes comme la RAM, les ports d'entrée/sortie, etc., alors qu'un microcontrôleur est généralement autonome.

Les ordinateurs (qui ont des entrées et des sorties, un stockage et un traitement) peuvent exécuter plusieurs programmes à la fois - vous pouvez surfer sur Internet, vous remémorer de vieilles photos, rédiger un article et avoir environ 1000 onglets ouverts en même temps ! Microcontrôleurs… pas tellement. Vous pouvez faire une de ces choses, mais pas toutes.

Pour en savoir plus sur le Raspberry Pi, consultez la dernière section de ce tutoriel !

Étape 3: Arduino (Uno)

Un microcontrôleur et un environnement de programmation open source robustes conçus pour les débutants ayant une certaine connaissance des circuits.

Âges recommandés: 12+ (ou les enfants sont à l'aise avec la programmation et l'algèbre)

Difficulté: Intermédiaire

Coût moyen: ~35 $

Il existe de nombreux types de cartes Arduino. C'est l'Arduino Uno, le meilleur choix pour les débutants ! Il existe des cartes plus grandes, plus petites, portables et pour des cas d'utilisation spécialisés comme la robotique.

Se familiariser avec les cartes Arduino et les cartes de programmation pour les projets et les carrières en informatique, en ingénierie et en conception.

Caractéristiques matérielles

• L'Arduino Uno dispose de 14 broches d'entrée et de sortie numériques ("E/S"), 6 broches d'E/S analogiques, 2 broches de sortie d'alimentation (3,3 V et 5 V) et 3 broches de masse (GND).
• L'alimentation peut être n'importe où de 5 à 12 VDC

• Les en-têtes ICSP vous permettent de connecter une tonne de cartes d'extension différentes appelées "shields".

  Par exemple, vous pouvez ajouter un shield WiFi pour connecter votre Arduino au 'net

Langage de programmation: Câblage (Combinaison de C++/Traitement)

Exemple de projet: jeu Shake the Maze réactif au mouvement !

Acheter/En savoir plus: Site Web Arduino

Étape 4: Micro:Bit

Un petit microcontrôleur convivial, pratique pour les enfants et les personnes qui débutent avec le codage et le matériel.

Âges recommandés: 8+ (ou les enfants sont à l'aise avec des circuits et des outils simples)

Difficulté: Débutant

Coût moyen: ~15 $

Le Micro:Bit est un excellent outil pour commencer à apprendre à coder, à enseigner aux autres, en particulier aux élèves du primaire, à coder et à créer des prototypes électroniques simples et rapides.

Le Micro:Bit est une collaboration entre Microsoft et la BBC pour amener des ordinateurs éducatifs dans les salles de classe du monde entier.

Caractéristiques matérielles:

• Le Micro:Bit a 3 broches d'E/S numériques et analogiques, 1 broche de sortie d'alimentation (3,3 V) et 1 broche de masse (GND)
• L'alimentation doit être de 3 à 5 VDC via un câble micro USB ou un connecteur de batterie.

• Il possède également de nombreuses entrées, sorties et capteurs intégrés !

  • Matrice 5x5 (25) LED
  • Deux (2) boutons-poussoirs (A, B)
  • Émetteur et récepteur radio
  • Accéléromètre
  • Boussole
  • Capteurs de lumière et de température
• Pour plus de broches d'E/S, prenez une évasion Micro:Bit !

Langage de programmation: basé sur des blocs ou Javascript (www. MakeCode.org); peut également utiliser CircuitPython

Exemple de projet: marionnette de messagerie texte !

Acheter/En savoir plus: Site Web Micro:Bit

Étape 5: Circuit Playground Express

Un microcontrôleur polyvalent idéal pour les enfants et les personnes qui débutent avec le codage et le matériel.

Remarque: il existe également le Circuit Playground Classic - le matériel est presque identique, mais cette carte est programmée dans l'IDE Arduino.

Âges recommandés: 8+ (ou les enfants sont à l'aise avec des circuits et des outils simples)

Difficulté: Débutant

Coût moyen: ~25 $

Le Circuit Playground Express, ou CPX, est un outil utile pour apprendre à coder, enseigner aux autres comment coder et créer des prototypes rapides pour les débutants comme pour les experts.

Le Circuit Playground Express est un microcontrôleur puissant et polyvalent créé par Adafruit Industries.

Caractéristiques matérielles

• Le CPX dispose de 7 anneaux d'entrée et de sortie numériques/analogiques ("E/S") qui sont également tactiles capacitifs !

  • 1 "vrai" anneau d'E/S analogique
  • 2 Anneau de sortie d'alimentation (3.3V)
  • 3 broches de masse (GND)
• L'alimentation doit être de 3 à 5 VDC via un câble micro USB ou un connecteur de batterie.

• Il y a aussi des tonnes d'entrées, de sorties et de capteurs intégrés !

  • 10 Mini Neopixels (peut être de toutes les couleurs)
  • 2 boutons poussoirs (A, B)
  • 1 interrupteur à glissière

  • Émetteur et récepteur infrarouge

    Peut recevoir/transmettre des codes de télécommande, envoyer un message entre les CPX et agir comme un capteur de distance

  • Accéléromètre
  • Capteur de son et mini haut-parleur
  • Capteurs de lumière et de température

Langage de programmation: basé sur des blocs ou Javascript (www. MakeCode.org); peut également utiliser CircuitPython et Wiring (Arduino IDE)

Exemple de projet: contrôleur gestuel Minecraft !

Acheter/En savoir plus: Adafruit Industries

Étape 6: Makey Makey

Un microcontrôleur d'introduction interactif idéal pour les jeunes enfants et les débutants en électronique et en codage, en particulier pour ceux qui veulent jouer avec la technologie sans avoir à construire des circuits et du code.

Âges recommandés: 5+ (ou les enfants sont à l'aise avec des outils simples)

Difficulté: Débutant

Coût moyen: ~50 $

Le Makey Makey est un excellent premier pas dans l'électronique et la technologie - aucune programmation requise ! Connectez des pinces crocodiles aux coussinets, puis connectez tout matériau quelque peu conducteur, comme des mains, des fruits ou des objets métalliques, pour déclencher certaines touches du clavier et de la souris.

La Makey Makey est une carte compatible Arduino, ce qui signifie que vous pouvez également la reprogrammer à l'aide de l'environnement de développement intégré Arduino ("IDE").

Caractéristiques matérielles

• Le Makey Makey dispose de six (6) pavés tactiles capacitifs à l'avant de la carte:

  • Quatre contrôlent les touches fléchées du clavier,
  • On contrôle la barre d'espace, et
  • On contrôle le clic gauche de la souris.

• Au dos de la carte se trouvent des broches d'en-tête pour plus de contrôles (également tactile capacitif):

  • Six (6) épingles qui correspondent aux lettres,
  • Quatre (4) épingles qui correspondent aux flèches,
  • Deux (2) broches qui correspondent aux touches de la souris, et
  • Une (1) broche qui correspond à la touche de la barre d'espace.
  • Il y a également trois (3) broches d'E/S générales, une broche d'alimentation 5 V et une broche de terre.

Langage de programmation: Ne s'applique pas aux débutants; peut écrire des programmes Scratch (basés sur des blocs); peut reprogrammer en câblage (Arduino IDE)

Exemples de projets

Débutant: Piano au sol

Intermédiaire: jeu de sondage interactif !

Acheter/En savoir plus: Site Makey Makey

Étape 7: Autres cartes communes

Il y a beaucoup trop de microcontrôleurs à couvrir dans un seul tutoriel. Si vous avez un besoin de spécialité super spécifique, il existe probablement un microcontrôleur pour cela (tout comme les applications !). Pour avoir une idée de certaines des autres cartes non mentionnées dans ce didacticiel, parcourez les inventaires de SparkFun Electronics et Adafruit Industries et/ou demandez aux personnes sur le terrain !

Voici quelques-uns de mes favoris:

Photon de particule

Semblable à l'Arduino Nano, le Photon est un microcontrôleur connecté au WiFi qui peut être programmé sans fil. La configuration la plus simple utilise une application pour smartphone (gratuite), mais elle peut également être programmée directement via USB dans presque la même langue qu'Arduino *.

Âges recommandés: 12+ (ou enfants confortables avec circuits et codage)

Difficulté: Intermédiaire

Coût: ~20 $

Pour plus d'informations et pour obtenir la configuration Photon, visitez la boutique en ligne Particle ici.

Langage de programmation: Câblage (plus ou moins)

Exemple de projet

Échelle industrielle IoT

* Le câblage est le cadre du code, donc la plupart du code Arduino fonctionnera sans modifications. Peut également écrire en C/C++ ou en assembleur ARM

Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout

Un microcontrôleur WiFi super petit, super bon marché (et actuellement très populaire dans la communauté IoT *). Vous aurez besoin d'un câble FTDI ou console. Vous pouvez utiliser l'IDE Arduino pour programmer cette carte ou l'interpréteur Lua de NodeMCU.

Âges recommandés: 14+ (ou enfants confortables avec matériel et logiciels)

Difficulté: Intermédiaire++

Coût: ~10 $

Pour plus d'informations, visitez la page produit HUZZAH Adafruit.

(SparkFun a également une carte similaire, la « ESP8266 Thing », que vous pouvez trouver ici pour environ 15 $.)

Langage de programmation: Lua (sorte comme Python) ou Wiring (Arduino IDE)

*IoT signifie « Internet des objets », qui est le terme qui fait référence à la connexion et au contrôle de divers périphériques matériels, tels que des capteurs et des appareils électroniques ménagers, à Internet.

Bibelot Adafruit M0

Un microcontrôleur minuscule mais puissant qui brouille les frontières entre l'ordinateur et le microcontrôleur (il possède un processeur Cortex M0 32 bits ATSAMD21E18). Il peut être programmé avec Circuit Python ou dans l'IDE Arudino.

Âges recommandés: 14+ (ou enfants confortables avec matériel et logiciels)

Difficulté: Intermédiaire

Coût: ~$9

Pour plus d'informations, visitez la page produit Adafruit pour le Trinket M0.

Langage de programmation: CircuitPython ou Câblage (Arduino IDE)

Il existe une tonne d'autres cartes M0, de portée similaire aux microcontrôleurs connectables Arduino Zero. Si cela ne correspond pas à vos besoins ou à votre envie, cherchez sur les sites Adafruit et SparkFun !

Étape 8: Microcontrôleurs portables

Il existe également une poignée de microcontrôleurs conçus pour les projets portables !

Ce qui les rend spéciaux, c'est qu'ils peuvent être lavés, vous n'avez donc pas besoin de les arracher du superbe projet que vous avez réalisé (mais retirez la batterie !).

Les microcontrôleurs portables ont également des broches d'E/S spéciales qui facilitent la couture dans les vêtements et les circuits de couture avec du fil conducteur. Voici quelques-uns de mes favoris:

FLORE Adafruit

Un microcontrôleur circulaire cousu avec 14 entrées et sorties. Peut être lavé (mais retirer définitivement la batterie).

Âges recommandés: 12+ (ou enfants confortables avec circuits et codage)

Difficulté: Intermédiaire

Coût: 15 $

Langage de programmation: Câblage (Arduino IDE)

Pour plus d'informations, visitez la page produit Adafruit FLORA.

Arduino Gemma

Un tout petit microcontrôleur à coudre avec 3 entrées et sorties. Parfait pour se cacher, se connecter à de petits objets et créer des bijoux.

Âges recommandés: 12+

Difficulté: Intermédiaire

Coût: ~5 $

Langage de programmation: Câblage (Arduino IDE)

Pour plus d'informations, visitez la page produit Arduino Gemma.

Nénuphar Arduino

Un microcontrôleur circulaire cousu avec 14 entrées et sorties disponibles.

Âges recommandés: 12+

Difficulté: Intermédiaire

Coût: ~25 $

Langage de programmation: Câblage (Arduino IDE)

Pour plus d'informations, visitez la page produit SparkFun pour le Lilypad.

Étape 9: Raspberry Pi 3

Le Raspberry Pi, ou Pi en abrégé, est un ordinateur de la taille d'une carte de crédit* qui exécute une version spéciale de Linux et peut être programmé pour contrôler le matériel.

Âges recommandés: 12+ Ou les enfants à l'aise avec le codage et l'algèbre

Difficulté: Intermédiaire (facile comme un ordinateur)

Coût moyen: ~35 $

L'ordinateur Raspberry Pi, ou Pi en abrégé, peut être utilisé comme ordinateur « standard » ou comme contrôleur pour toutes sortes de projets matériels. C'est un excellent premier ordinateur que les enfants peuvent utiliser et apprendre à coder, et il est largement utilisé par les experts en matériel informatique pour créer toutes sortes de projets électroniques, des robots aux imprimantes 3D en passant par les systèmes domotiques !

Le Raspberry Pi a changé la façon dont nous construisons l'électronique ! Il existe quelques versions différentes, la plus récente est le Raspberry Pi 3 et le Pi Zero, une version miniature du Pi 3 pour seulement 10 $.

Présentation du matériel

• Le système d'exploitation (« OS ») recommandé est une version spéciale de Linux appelée Raspbian.

• Le Pi dispose de 40 broches d'entrée et de sortie à usage général (« GPIO »).

  • 26 broches d'E/S numériques (pas d'E/S analogiques)
  • 4 broches de sortie d'alimentation (deux 3,3 V et deux 5 V)
  • 8 broches de masse (GND)
  • 2 broches spécialisées (I2C ID EEPROM, utilisation avancée uniquement)

• Le Pi possède également la plupart des fonctionnalités informatiques standard:

  • 4 ports USB
  • 1 port Ethernet
  • 1 prise HDMI
  • 1 prise audio
  • 1 port de module de caméra

Langage de programmation (pour les broches GPIO): Python ou C++

Comme il s'agit d'un ordinateur complet, vous pouvez programmer dans le langage de votre choix, y compris programmer d'autres microcontrôleurs !

Exemples de projets

Moniteur d'animaux de compagnie IoT !

Moniteur de force d'impact

Acheter/Plus d'informations: Fondation Raspberry Pi

*Le Pi peut être utilisé de la même manière qu'un microcontrôleur standard ET peut également contrôler des microcontrôleurs ! Fondamentalement, le Pi est super génial et je * dois * l'inclure même s'il s'agit techniquement d'un ordinateur:)

Étape 10: Réflexions finales

Si vous débutez et que vous souhaitez créer toutes sortes de projets, je vous recommande le Circuit Playground Express. Il est très facile à installer et à utiliser et dispose d'une tonne de gadgets intégrés.

Si vous êtes très intéressé par les réseaux informatiques, l'IA ou la connexion d'objets à Internet (par exemple, créer une « maison intelligente »), je suggère le Raspberry Pi.

Si vous voulez une carte robuste, stable et fiable pour construire une grande variété de projets, optez pour un Arduino.

Si vous ne savez toujours pas par où commencer et que vous êtes totalement intimidé, commencez par le Micro:Bit - il ne coûte que 15 $ et contient de nombreuses choses intéressantes pour jouer. De plus, si vous en obtenez un pour votre ami, vous pouvez envoyer de petits messages dans les deux sens:)

Le meilleur conseil que je puisse vous donner est de trouver un projet qui vous passionne et de le construire ! Il existe des tonnes de tutoriels en ligne, alors recherchez quelqu'un qui a construit le même projet ou un projet similaire. Tirez parti de leurs découvertes et ajustez-les à votre guise !

Et bien sûr, laissez toutes les questions connexes dans les commentaires et je ferai de mon mieux pour vous aider !

Bon piratage !