Arduino PC: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Walaupun mikrokontroler adalah sebuah komputer dalam sebuah chip dengan prosesor terintegrasi, memori dan periferal I/O, namun bagi mahasiswa rasanya hampir tidak ada bedanya dengan sirkuit terintegrasi DIP lainnya. Oleh karena itu, kami merancang proyek "Arduino PC" sebagai tugas untuk siswa sekolah menengah yang mengikuti kursus "Elektronik Digital". Ini mengharuskan mereka untuk merancang dan mensimulasikan sirkuit elektronik di Tinkercad untuk mencapai persyaratan proyek yang diberikan (dibahas di bawah). Tujuannya adalah agar siswa dapat melihat mikrokontroler sebagai komputer yang lengkap (meskipun kemampuannya terbatas) yang dapat digunakan dengan keyboard khusus dan LCD (Liquid Crystal Display). Hal ini juga memungkinkan kita untuk memeriksa kehebatan mereka dalam menggunakan konsep-konsep yang dipelajari di kelas.

Untuk proyek tugas ini, kami merekomendasikan Tinkercad agar siswa tidak perlu terpaku pada lab elektronik digital untuk komponen, dan dapat bekerja dengan nyamannya sendiri. Selain itu, mudah bagi instruktur untuk melacak status proyek setiap siswa melalui Tinkercad setelah dibagikan oleh mereka.

Proyek ini mengharuskan siswa untuk:

1. Desain keyboard khusus dengan 15 tombol input (10 tombol untuk angka 0-9 dan 5 untuk instruksi +, -, x, / dan =) dan maksimum 4 pin penghubung (data) (terlepas dari 2 pin yang digunakan untuk menyediakan catu daya) untuk mengirim input ke Arduino Uno.
2. Antarmuka LCD dengan Arduino Uno.
3. Tulis kode sederhana untuk Arduino Uno untuk menafsirkan tombol yang ditekan dan menampilkannya di LCD.
4. Untuk melakukan operasi matematika sederhana (lebih dari input bilangan bulat) dengan asumsi semua masukan dan hasil selalu bilangan bulat dalam kisaran -32, 768 hingga 32,767.

Proyek ini membantu siswa dalam belajar untuk

1. Encode input yang berbeda ke dalam kode biner.
2. Rancang encoder biner menggunakan sirkuit digital (ini adalah jantung dari desain sirkuit keyboard).
3. Identifikasi (decode) input individu dari pengkodean biner mereka.
4. Tulis kode Arduino.

Perlengkapan

Proyek ini membutuhkan:

1. Akses ke komputer pribadi dengan koneksi internet yang stabil.
2. Peramban modern yang dapat mendukung Tinkercad.
3. Akun Tinkercad.

Langkah 1: Merancang Sirkuit Keyboard

Merancang sirkuit keyboard adalah salah satu komponen utama dari proyek ini, yang mengharuskan siswa untuk mengkodekan masing-masing dari 15 input kunci ke dalam pola 4-bit yang berbeda. Meskipun ada 16 pola 4-bit yang berbeda, namun, satu pola 4-bit secara eksklusif diperlukan untuk mewakili keadaan default yaitu, ketika tidak ada tombol yang ditekan. Oleh karena itu dalam implementasi kami, kami menetapkan 0000 (yaitu, 0b0000) untuk mewakili status default. Kemudian, kami mengkodekan angka desimal 1-9 dengan representasi biner 4-bit yang sebenarnya (yaitu, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000 dan 1001 masing-masing), dan angka desimal 0 oleh 1010 (yaitu, 0b1010). Operasi matematika '+', '-', 'x', '/' dan '=' masing-masing dikodekan sebagai 1011, 1100, 1101, 1110 dan 1111.

Setelah memperbaiki pengkodean, kami merancang sirkuit seperti yang ditunjukkan pada gambar, di mana tombol telah diwakili oleh sakelar (tombol tekan).

Langkah 2: Menghubungkan LCD

Untuk melihat output Arduino Uno digunakan LCD 16x2. Sirkuit untuk menghubungkan LCD dengan Arduino cukup standar. Faktanya, Tinkercad menyediakan sirkuit Arduino Uno pra-bangun yang dihubungkan dengan LCD 16x2. Namun, seseorang dapat mengubah beberapa pin Arduino Uno yang dihubungkan dengan LCD untuk mengakomodasi periferal lain dengan lebih baik seperti keyboard khusus yang kami kembangkan. Dalam implementasi kami, kami menggunakan sirkuit yang ditunjukkan pada gambar.

Langkah 3: Menulis Kode untuk Arduino Uno

Untuk menginterpretasikan input yang berasal dari keyboard, dan untuk menampilkan hasilnya pada LCD, kita perlu memuat instruksi ke Arduino Uno. Menulis kode untuk Arduino cukup tergantung pada kreativitas seseorang. Ingat bahwa Atmega328p di Arduino Uno adalah mikrokontroler 8-bit. Jadi seseorang perlu berimprovisasi untuk membuatnya mendeteksi overflow dan bekerja untuk jumlah besar. Namun, kami hanya ingin memverifikasi bahwa Arduino Uno dapat memecahkan kode input dan membedakan antara angka (0-9) dan instruksi matematika. Oleh karena itu, kami membatasi input kami ke bilangan bulat kecil (-32, 768 hingga 32, 767) sambil memastikan bahwa output juga berada dalam kisaran yang sama. Selanjutnya, seseorang dapat bekerja untuk memeriksa masalah lain seperti debouncing tombol.

Kode sederhana yang kami gunakan dalam implementasi proyek kami terlampir. Ini dapat disalin dan ditempel di editor kode di Tinkercad.

Langkah 4: Menyatukan Semuanya

Pada akhirnya, kami menghubungkan pin catu daya keyboard dengan pin Arduino dan menghubungkan pin data (yang membawa data 4-bit) ke pin digital 10, 11, 12 dan 13 (dalam urutan seperti yang disebutkan dalam kode Arduino). Kami juga menghubungkan LED (melalui resistor 330-ohm) ke masing-masing pin data untuk melihat pengkodean biner dari setiap tombol pada keyboard. Akhirnya, kami menekan tombol "Mulai Simulasi" untuk menguji sistem.