HackerBox 0051: MCU Lab: 10 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Дүйнө жүзүндөгү HackerBox хакерлерине салам! HackerBox 0051 HackerBox MCU лабораториясын сунуштайт. MCU лабораториясы - микроконтроллер жана микроконтроллер модулдары менен тестирлөө, иштеп чыгуу жана прототипин иштеп чыгуу платформасы. MCU лабораториясынын өзгөчөлүктөр блокторун изилдөө үчүн Arduino Nano, ESP32 Module жана SMT32 Black Pill колдонулат. MCU Labдын функционалдык блокторуна өчүргүчтөр, баскычтар, светодиоддор, OLED дисплей, ызылдак, потенциометр, RGB пиксель, логикалык деңгээлди алмаштыруучу, VGA чыгаруу, PS/2 клавиатура киргизүү, USB сериялык интерфейси жана эки ширетилбеген прототиптөөчү аймактар кирет.

Бул колдонмодо HackerBox 0051 менен иштөөнү баштоо үчүн маалыматтар камтылган, аларды бул жерден сатып алуулар бүтө электе сатып алса болот. Эгерде сиз HackerBoxту ушундай почта кутуңузга ай сайын алууну кааласаңыз, HackerBoxes.com сайтына жазылып, революцияга кошулуңуз!

HackerBoxes - бул аппараттык хакерлерге жана электроника менен компьютердик технологиянын ышкыбоздоруна ай сайын жазылуу кутучасы кызматы. HACK LIFE жашоосунда бизге кошулуңуз.

1 -кадам: HackerBox 0051 үчүн мазмун тизмеси

• MCU Module 1: Arduino Nano 5V, 16MHz
• MCU Module 2: WEMOS ESP32 Lite
• MCU Module 3: STM32F103C8T6 Black Pill
• MCU лабораториясынын эксклюзивдүү басылган схемасы
• FT232RL USB сериялык адаптери
• OLED 128x64 дисплейи I2C 0.96 дюйм
• Эки багыттуу 8 биттик логикалык деңгээлди которуу
• WS2812B RGB SMD LED
• Төрт беттеги Тактилдик баскычтар
• Төрт кызыл чачыранды 5мм LED
• Piezo Buzzer
• HD15 VGA туташтыргычы
• Mini-DIN PS/2 клавиатура туташтыргычы
• 100K Ом потенциометр
• 8 Position DIP которгуч
• AMS1117 3.3V сызыктуу жөнгө салуучу SOT223
• Эки 22uF танталдык конденсатор 1206 SMD
• Он 680 Ом резисторлор
• Төрт чаптама резина PCB буттары
• Эки 170 чекиттүү Mini Solderless Breadboards
• Он бир 8 -пин аялдардын Header Sockets
• 40 пин Breakaway Header
• 65 эркек секирүүчү зымдардын таңгагы
• Көтөрүлгөн муштум микросхемасынын стикери
• Hack The Planet Smiley Pirate Sticker
• Эксклюзивдүү HackerBox "Учуу алдында алып салуу" ачкыч

Башка пайдалуу нерселер:

• Лампочка, ширетүүчү жана негизги ширетүүчү шаймандар
• Программалык куралдарды иштетүү үчүн компьютер

Эң башкысы, сизге укмуштуу окуялар, хакердик рух, чыдамкайлык жана кызыгуу керек болот. Электрониканы куруу жана эксперимент кылуу, абдан пайдалуу болсо да, кээде татаал, татаал, ал тургай көңүлүңдү чөгөрүшү мүмкүн. Максат - кемчилик эмес, прогресс. Туруктуу жана укмуштуу окуялардан ырахат алганда, бул хоббиден чоң канааттануу алса болот. Ар бир кадамды жай жаса, майда -чүйдөсүнө чейин ойлон жана жардам суроодон коркпо.

HackerBoxes FAQда учурдагы жана болочок мүчөлөр үчүн көптөгөн маалымат бар. Бизге келип түшкөн техникалык эмес электрондук почталардын дээрлик баарына ал жерде жооп берилген, андыктан FAQты окуу үчүн бир нече мүнөт бөлгөнүңүздү баалайбыз.

2 -кадам: HackerBoxes MCU лабораториясы

MCU Lab - бул ар кандай микроконтроллердин (MCU) негизделген конструкцияларын прототиптөө жана сыноо үчүн колдонгон өнүктүрүү платформасынын чакан, жылтыралган версиясы. Бул MCU модулдары менен иштөө үчүн абдан пайдалуу (мисалы, Arduino Nano, ESP32 DevKit ж. Максаттуу MCU мини solderless нан табактарынын бирине жайгаштырылышы мүмкүн. Эки МКУну экөөнү тең колдонсо болот, же башка структуралар үчүн нан аянтчаларынын бирин колдонсо болот.

MCU лабораториясынын "өзгөчөлүктөр блоктору" Arduino UNOдо табылган аялдардын башына окшош. Аялдардын баш аттары эркек секирүү казыктары менен шайкеш келет.

3 -кадам: HackerBoxes MCU лабораториясын чогултуп алыңыз

КЫРГЫЗ ТИЛИНДЕ SMD КОМПОНЕНТТЕРИ

AMS1117 (SOT 233 Package) Сызыктуу Регуляторун жана ПКБнын арт жагындагы эки 22uF чыпкасы конденсаторлорун орнотуудан баштаңыз. Көңүл бургула, ар бир конденсатордун жибек экраны бир бурчтуу, экинчи жагы сегиз бурчтуу. Конденсаторлор пакеттеги караңгы сызык сегиз бурчтуу жибек экраны тарапка дал келиши үчүн багытталышы керек.

ТАЛКАНЫН АЛДЫНДАГЫ КОМПОНЕНТТЕР МЕНЕН УЛАНТЫҢЫЗ

WS2812B RGB LEDди ширетүү. PCB жибек экранында көрсөтүлгөндөй, ар бир светодиоддун ак белгиленген бурчун табулатура бурчуна туура багыттаңыз.

Төрт SMD тийүү баскычы

Төрт каршылыгы бар төрт кызыл LED

3V3 эн жакын VA pin жана 5V жакын VB пин менен Level Shifter. Даража которгуч модулу башын модулга ширетип, андан кийин MCU лабораториялык ПХБга модулду орнотуудан мурун, башынан кара пластик аралыгын жылдырып PCBге бирдей орнотсо болот. Боштуктарды калтыруу да жакшы.

FT232 модулун туташтыруу үчүн баштын эки тилкесин сындырса болот. Баштын кичирээк 4-пин бөлүмү FT232 модулунун жанындагы 5V/GND аталышы үчүн да колдонулушу мүмкүн.

Азырынча, HD15 VGA туташтыргычы менен клавиатура розеткасына эң жакын аял VGA аталышын толтуруңуз. Бирок, ошол эки баштыктын ортосундагы тигил же бул беш резистордун жанындагы кошумча баштыкты КӨПТӨБӨҢҮЗ. Видео сигнал интерфейсинин конкреттүү варианттары кийинчерээк талкууланат.

Калган тогуз аялдын башын толтуруңуз.

MCU лабораториясынын ПХБсына туташтыруу үчүн, эки ширетилбеген нандын артындагы клейди алып салыңыз.

Жумушчу жериңизди чийүүдөн коргоо үчүн MCU Lab PCB түбүнө жабышчаак резина буттарын коюңуз.

КҮЧТӨРДҮ КОЛДОНУУ

MCU Лабораториясына күч келе турган жок дегенде эки, жана дагы төртөө бар. Бул көйгөйгө алып келиши мүмкүн, андыктан төмөнкү көрсөтмөлөрдү ар дайым кылдаттык менен карап чыгыңыз:

5V деп белгиленген башкы пункттардын бардыгы туташкан. 5V темир жолу дагы клавиатура розеткасына, деңгээлди которгучка жана WS2812B RGB LEDине туташат. Кубат 5V темир жолуна FT232ди USBге туташтыруу, төрт зымдуу кубаттуулуктун башын тышкы булакка туташтыруу же ПКБдагы 5В пиндин биринен секиргичти 5V модулуна туташтыруу аркылуу берилиши мүмкүн (көбүнчө USB аркылуу иштейт)).

Ошо сыяктуу эле, GND пиндери баары туташкан. Алар FT232деги USB GNDге туташат (USB FT232 менен туташкан деп ойлошот). Алар ошондой эле 5V торунда талкуулангандай, алардын бири менен кубаттуу модулдун ортосундагы секиргич аркылуу жерге туташтырылышы мүмкүн.

3V3 темир жолу ПХБнын артындагы жөнгө салуучу тарабынан башкарылат. Бул булак гана жана (5В рельсинен айырмаланып) аны эч кандай модулдар же башка схемалар башкарбашы керек, анткени ал түздөн -түз 5В темир жолундагы жөнгө салгычтан айдалат.

4 -кадам: Arduino Nano MCU модулу

Учурда эң көп таралган MCU модулдарынын бири - Arduino Nano. Камтылган Arduino Nano тактасы төөнөгүчтөр менен келет, бирок алар модулга кошулган эмес. Азырынча казыктарды калтырыңыз. Бул баштапкы тесттерди Arduino Nano модулунда, төөнөгүчтөргө ширетүүдөн мурун аткарыңыз. Болгону microUSB кабели жана Arduino Nano тактасы баштыктан чыгат.

Arduino Nano-бул беттин үстүнө орнотулган, нанга ылайыктуу, кичирейтилген Arduino тактасы, интеграцияланган USB менен. Бул укмуштуудай толук өзгөчөлөнгөн жана бузууга оңой.

Өзгөчөлүктөрү:

• Микроконтроллер: Atmel ATmega328P
• Чыңалуу: 5V
• Санариптик I/O казыктары: 14 (6 PWM)
• Аналогдук кирүү казыктары: 8
• I/O Pin күнүнө DC ток: 40 мА
• Flash Memory: 32 KB (жүктөгүч үчүн 2КБ)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 КБ
• Сааттын ылдамдыгы: 16 МГц
• Өлчөмү: 17mm x 43mm

Arduino Nanoнун бул өзгөчө варианты - кара Robotdyn Nano. CH340G USB/Serial көпүрөсүнүн чипине туташкан борттогу MicroUSB порту бар. CH340 боюнча деталдуу маалыматты (жана айдоочулар, керек болсо) бул жерден тапса болот.

Ардуино Нанону биринчи жолу компьютериңиздин USB портуна туташтырганыңызда, жашыл жарык күйүп, көп өтпөй көк LED акырын өчүп башташы керек. Бул Nano жаңы Arduino Nano иштеп жаткан BLINK программасы менен алдын ала жүктөлгөндүктөн болот.

ПРОГРАММА: Эгерде сизде Arduino IDE орнотула элек болсо, аны Arduino.cc сайтынан жүктөп алсаңыз болот

Нанону MicroUSB кабелине жана кабелдин экинчи учун компьютердеги USB портуна сайыңыз. Arduino IDE программасын ишке киргизиңиз. Куралдар> тактадан IDEдеги "Arduino Nano" тандап, куралдар> процессордун астындагы "ATmega328P (эски жүктөгүч)". Куралдар> порт астындагы ылайыктуу USB портун тандаңыз (бул "wchusb" менен жазылган болушу мүмкүн).

Акырында, бир мисал кодду жүктөңүз: Файл-> Мисалдар-> Негиздер-> Көз ирмем

Blink - бул нанога алдын ала жүктөлгөн код жана көк LEDди акырын өчүрүү үчүн азыр иштеп жаткан болушу керек. Демек, биз бул мисал кодун жүктөсөк, эч нерсе өзгөрбөйт. Анын ордуна, кодду бир аз өзгөртөлү.

Жакшылап карасаңыз, программа LEDди күйгүзүп, 1000 миллисекунд (бир секунд) күтөт, светодиодду өчүрөт, дагы бир секунда күтөт, анан баарын кайра жасайт - түбөлүк.

"Кечиктирүү (1000)" билдирүүлөрүнүн экөөнү тең "кечиктирүү (100)" деп өзгөртүү менен кодду өзгөртүңүз. Бул өзгөртүү светодиоддун он эсе тезирээк өчүшүнө алып келет, туурабы?

Келгиле, өзгөртүлгөн коддун үстүндөгү UPLOAD баскычын (жебе сөлөкөтүн) чыкылдатуу менен Nanoго өзгөртүлгөн кодду жүктөйбүз. Статус маалыматы үчүн төмөндөгү кодду караңыз: "компиляция", анан "жүктөө". Акыр -аягы, IDE "Жүктөө аяктады" дегенди көрсөтүшү керек жана сиздин LED тезирээк жарк этип турушу керек.

Андай болсо, куттуктайм! Сиз жөн гана камтылган кодуңуздун биринчи бөлүгүн бузуп алдыңыз.

Тез ирмөөчү версияңыз жүктөлүп жана иштеп баштагандан кийин, эмне үчүн кодду кайра өзгөртө аласызбы же жокпу, LED эки жолу тез өчүп, кайра кайталана электе бир нече секунд күтө аласызбы? Колдонуп көрүңүз! Башка үлгүлөр жөнүндө эмне айтууга болот? Каалаган жыйынтыкты элестетип, аны коддоп, пландаштырылгандай иштеши үчүн ийгиликке жеткенден кийин, сиз компетенттүү аппараттык хакер болууга карай чоң кадам жасадыңыз.

Эми сиз Nano модулунун иштешин ырастаганыңыздан кийин, баштыктын казыктарын ага туташтырыңыз. Аталыштар туташкандан кийин, модулду MCU лабораториясынын solderless таблицаларынын биринде оңой колдонсо болот. Бул жөнөкөй процесс кодун жүктөө, өзгөртүү жана кайра жүктөө аркылуу MCU модулун сыноо процесси, жаңы же башка типтеги MCU модулун колдонууда эң жакшы практика болуп саналат.

Эгерде сиз Arduino экосистемасында иштөө үчүн кошумча киришүү маалыматын алууну кааласаңыз, анда HackerBoxes стартердик семинары үчүн Колдонмону карап чыгууну сунуштайбыз, анда бир нече мисалдар жана PDF Arduino окуу китебине шилтеме камтылган.

5 -кадам: MCU лабораториясын Arduino Nano менен изилдеңиз

Потенциометр

Потенциометрдин борбордук пинин Nano Pin A0 менен туташтырыңыз.

Load and Run: Мисалдар> Аналог> AnalogInput

Мисал Нанонун борттогу LEDине демейки. Кирүү ылдамдыгын өзгөртүү үчүн потенциометрди буруңуз.

Өзгөртүү:

Коддо LedPin = 13тү 4кө өзгөртүңүз

Nano Pin 4төн секирүүчү (жана GND) MCU лабораториясынын кызыл LEDлеринин бирине.

КОҢГУРОО

Буззерден Нано пинге чейин секирүүчү 8. GND тактайы кубаттуу Нанонун GND менен туташкандыгын текшериңиз, анткени ызы -чуу жери GND тактасына такталган.

Load and Run: Мисалдар> Санариптик> toneMelody

OLED дисплей

Arduino IDEде, Алексей Динадан "ssd1306" орнотуу үчүн китепкана менеджерин колдонуңуз.

OLEDди туташтыруу: GNDден GNDга, VCCти 5Vга, SCLди Нанонун A5ине, SDAны Нанонун A4кө

Жүктөө жана иштетүү: Мисалдар> ssd1306> демо> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

Arduino IDEде FastLEDди орнотуу үчүн китепкана башкаруучусун колдонуңуз

WS2812дин башкы пинин Нанонун 5 -пинине туташтырыңыз.

Жүктөө: Мисалдар> FastLED> ColorPalette

NUM_LEDSти 1ге жана LED_TYPEди WS2812Bге өзгөртүңүз

Compile and Run

ТҮЙМӨЛӨРДҮ ЖАНА КӨЧҮРМӨЛӨРДҮ КӨНҮГҮҮ ҮЧҮН КЭДИР КОД ЖАЗЫҢЫЗ

Резистор кошпостон баскычты окуу үчүн pinMode (INPUT_PULLUP) колдонууну унутпаңыз.

БУЛ МИСАЛДАРДЫН БИРИН БИРГЕ КОМБАЙН

Мисалы, цикл кандайдыр бир кызыктуу жол менен чыгат жана OLED же сериялык монитордо абалдарды же киргизүү баалуулуктарын көрсөтөт.

6 -кадам: WEMOS ESP32 Lite

ESP32 микроконтроллери (MCU)-интеграцияланган Wi-Fi жана кош режими бар Bluetooth менен чипте (SOC) арзан, аз кубаттуу система. ESP32 Tensilica Xtensa LX6 өзөгүн колдонот жана ага антенна которгучтары, RF балуну, күчөткүч, аз ызы-чууну кабыл алуучу күчөткүч, чыпкалар жана кубатты башкаруу модулдары кирет. (Википедия)

WEMOS ESP32 Lite модулу мурунку версияга караганда компактураак, бул аны ширетилбеген нан тактасында колдонууну жеңилдетет.

Үстүнкү казыктарды модулга ширетүүдөн мурун WEMOS ESP32 модулунун алгачкы тестин өткөрүңүз.

Arduino IDEде ESP32 колдоо пакетин орнотуңуз.

Куралдар> тактанын астында, "WeMos LOLIN32" тандаганыңызды унутпаңыз.

Мисал кодун Файлдарга жүктөңүз> Мисалдар> Негиздер> Көз ирмем жана аны WeMos LOLIN32 программасы

Мисал программасы модулдагы LEDдин күйүп кетишине алып келиши керек. Кечигүү параметрлерин өзгөртүү менен эксперимент кылып, LEDди ар кандай үлгүлөр менен жаркылдатыңыз. Бул дайыма жаңы микроконтроллер модулун программалоого ишенимди бекемдөө үчүн жакшы көнүгүү.

Сиз модулдун иштешине жана аны кантип программалоого ыңгайлуу болгондон кийин, баштыктын эки катарын кылдаттык менен жерге салып, жүктөө программаларын дагы бир жолу текшериңиз.

7 -кадам: ESP32 Video Generation

Бул видео ESP32 VGA китепканасын жана битлуни лабораториясынан абдан жакшы, жөнөкөй окуу куралын көрсөтөт.

Көрсөтүлгөн 3-биттик ишке ашыруу (8 түстөр) ESP32 модулу менен VGA туташтыргычынын ортосунда түз зым секирүүчүлөрдү колдонот. MCU Labдын VGA аталышында бул байланыштарды түзүү бир топ оңой, анткени кошумча компоненттер жок.

Кайсы MCU колдонулуп жатканына, анын чыңалуу деңгээлине, пикселдин чечилишине жана каалаган түстүн тереңдигине жараша, MCU менен VGA аталышынын ортосунда жайгаштырылышы мүмкүн болгон ички резисторлордун жана резистор тармактарынын ар кандай айкалыштары бар. Эгерде сиз кирүүчү резисторлорду биротоло колдонууну чечсеңиз, алар MCU лабораториясынын ПХБсына ширетилиши мүмкүн. Эгерде сиз ийкемдүүлүктү сактоону кааласаңыз жана өзгөчө татаалыраак чечимдерди колдонууну кааласаңыз, анда резисторлорду ордуна койбостон, керектүү резисторлорду туташтыруу үчүн солярсыз тактайларды жана VGA башын колдонуп колдонуу сунушталат.

Мисалы, видеонун аягында көрсөтүлгөн битунинин 14-разряддык түс режимин ишке ашыруу үчүн, ESP32 модулун мини ширетилбеген тактайлардын бирине жайгаштырууга болот, ал эми башка ширетилбеген такта каршылыктын тепкичтерин туташтыруу үчүн колдонулушу мүмкүн.

Бул жерде башка мисалдар келтирилген:

HackerBox 0047де Arduino Nano 4 каршылыгы бар жөнөкөй VGA чыгарууну башкарат.

VIC20 эмулятору ESP32де FabGL жана 6 каршылыгын колдонуп ишке ашырылат.

ESP32 жана 3 резисторлорун колдонуп, базалык компьютерди ишке ашыруу.

FabGL жана 6 каршылыгын колдонуп ESP32де Space Invaders ойноңуз.

STM32де 6 резистор менен VGA чыгарууну жаратыңыз.

STM32де видео жана демонстрация менен бир убакта текст жана графика катмарлары.

8 -кадам: STM32F103C8T6 Black Pill MCU модулу

Black Pill-бул STM32 негизделген MCU модулу. Бул кадимки көк таблетка менен анча кеңири таралган кызыл таблетканын жакшыртылган варианты.

Black Pill STM32F103C8T6 32bit ARM M3 микроконтроллерин (маалымат барагын), төрт пиндүү ST-Link башын, MicroUSB портун жана PB12деги колдонуучу LEDди камтыйт. PA12деги туура тартылуучу каршылык USB порттун туура иштеши үчүн орнотулган. Бул тартуу, адатта, башка таблетка такталарында тактаны өзгөртүүнү талап кылат.

Сырткы көрүнүшү Arduino Nano окшош болгону менен, Black Pill алда канча күчтүү. 32 бит STM32F103C8T6 ARM микроконтроллери 72 МГцте иштей алат. Ал бир циклдүү көбөйтүүнү жана аппараттык бөлүмдү аткара алат. Анын 64 Кбайт Flash эс тутуму жана 20 Кбайт SRAM бар.

Arduino IDEден STM32ди программалоо.

9-кадам: TXS0108E 8-бит логикалык деңгээлди которгуч

TXS0108E (маалымат жадыбалы)-8-биттик эки багыттуу логикалык деңгээлди алмаштыруучу. Модуль 3.3V менен 5V ортосундагы деңгээлдеги сменалык сигналдарга орнотулган.

Сигналдын деңгээлиндеги каналдар эки багыттуу болгондуктан, калкып чыгуучу кириштер тиешелүү чыгуулардын кокусунан айдалышына алып келиши мүмкүн. Мындай сценарийлерде коргоону камсыз кылуу үчүн (OE) контролдоо камсыз кылынат. Которгучтун кандайча туташканына жараша, этият болуу керек, которгучтун чыгышы (же "атайылап" же башка тарапта калкып жүрүүчү киргизүүнүн эсебинен) башка түзмөктөн чыккан чыгышты айдоого эч качан жол берилбейт.

OE пин ПХБ издеринде ажыратылган бойдон калат. OE жана 3V3 туташтыруу үчүн модулдун астына эки зымдуу баштык берилген. Эки зымдын башын кыскартуу (зымдын же секирүүчү блоктун жардамы менен) OEди 3V3 менен туташтырат, бул ICге анын жыйынтыктарын чыгарууга мүмкүнчүлүк берет. Пулдаун каршылыгы жана логикалык башкаруу OE пинине туташтырылышы мүмкүн.

10 -кадам: HackLife

Бул айда HackerBoxтун электроникага жана компьютердик технологияга болгон укмуштуу окуялары сизге жагат деп ишенебиз. Төмөндөгү комментарийлерде же HackerBoxes Facebook Groupтогу ийгиликтериңиз менен бөлүшүңүз. Ошондой эле, эгер суроолоруңуз болсо же жардамга муктаж болсоңуз, [email protected] электрондук дарегине каалаган убакта жөнөтө алаарыңызды унутпаңыз.

Кийинкиси эмне? Революцияга кошулуңуз. HackLife менен жашаңыз. Почта кутуңузга ай сайын жеткирилүүчү салкын кутуну алыңыз. HackerBoxes.com сайтына кирип, айлык HackerBox жазылууңузга катталыңыз.