Spis treści:
Dnešnímu světu dominuje elektronika všeho druhu. Je těžké si představit práci bez počítače, zábavu bez televize nebo návštěvu univerzity bez sluchátek bezdrátově připojených ke smartphonu a přehrávání oblíbeného podcastu. Prostor se stal obklopen elektronikou; najdeme ji na každém kroku, někdy na zcela nečekaných místech. I přes její obrovskou dominanci si však můžeme být jisti – význam elektronických zařízení v dnešním světě se bude den ode dne zvyšovat.
Možná vás někdy napadlo, jak je možné, že video zveřejněné na platformě YouTube ve Spojených státech lze bez problémů sledovat v Polsku, nebo jak je možné, že když v zimě nasednete do auta a teplota klesne pod nulu, na displeji palubního počítače se zobrazí upozornění na pravděpodobně nepříznivé povětrnostní podmínky. Odpovědí může být pouze jedno slovo – technologie. Technologie, kterou vytvořili lidé, kteří nebyli vůbec chytřejší než my, abych parafrázoval jeden z citátů Steava Jobse. Co nám tedy brání v tom, abychom začali budovat vlastní technologii?
Ještě před několika lety se dalo říci, že elektronika a programování jsou dva samostatné vědní obory. Dnes je však tato hranice mnohem neostřejší. Inženýři elektronici by měli znát základy programování, stejně jako programátoři by měli být schopni říci něco o hardwaru, na kterém se kód spouští.
Kurz, průvodce, školení?
Existuje opravdu mnoho způsobů, jak se začít učit elektroniku nebo programování. Existuje spousta knih, online kurzů, výukových videí nebo školení v učebně, které vás do tohoto úžasného světa technologií uvedou. Rád bych vás však povzbudil, abyste se u nich zdrželi o něco déle v Botland prozkoumat úžasný svět kódu přímo zde, a to prostřednictvím série článků, ve kterých se vám pokusím přiblížit programování trochu jinak než obvykle. Pokud už znáte mou práci na internetu, určitě se vám bude líbit. Pokud naopak ve světě technologií teprve začínáte, měli byste vědět, že občas odbočím od tématu.
Moje výukové programy “programování” budou založeny na platformě Raspberry Pi Pico Wmalé desce vybavené poměrně výkonným mikrokontrolérem. Celé je to připraveno tak, že budeme postupně procházet jednotlivé články. Začneme základy a přípravou příslušného hardwaru, abychom se později na praktických příkladech seznámili se složitějším programováním.
Kupte si sadu a naučte se programovat s Raspberry Pi Pico W a využijte kurz dostupný na blogu Botland!
Obsahuje: modul Raspberry Pi Pico W, kontaktní desku, vodiče, LED diody, rezistory, tlačítka, fotorezistory, digitální senzory světla, teploty, vlhkosti a tlaku, OLED displej a kabel USB-microUSB.
Potřebujete něco vědět?
Při psaní článků jsem se je snažil přizpůsobit především začátečníkům v umění programování, takže doufám, že znalosti obsažené v kurzu budou podány jednoduchým a přístupným způsobem. Zde můžete začít své dobrodružství s kódem. Při učení se programování na bázi malého mikrokontroléru ze základu Raspberry se jistě budou hodit základní znalosti elektroniky. Co je to elektrický proud a napětí? K čemu slouží rezistor a jaké jsou jeho parametry? Jak funguje LED dioda? Jak se sestavují obvody na kontaktní desce? Pokud znáte odpovědi na tyto otázky, můžete se začít učit programovat. Pokud odpovědi na tyto otázky neznáte, můžete se podívat na kurz elektroniky pro začátečníky od společnosti Forbot. Je to skvělé místo, kde si můžete rozšířit své myšlení. Samozřejmě se můžete začít učit psát kód pro mikrokontroléry i bez předchozí přípravy a informace si vyhledat sami, až když narazíte na nějaký nepochopitelný pojem nebo problém. Internet je téměř neomezeným zdrojem znalostí, pokud něco nevíte, stačí zadat správnou otázku do libovolného vyhledávače, ale nezapomeňte si přečtené informace pokud možno ověřit.
Co se dozvíte z výukových programů věnovaných Raspberry Pi Pico?
Jak jsem již zmínil, začneme se učit od základů, na samém začátku si společně vybereme konkrétní programovací jazyk (proto se stále vyhýbám konkrétnostem) a připravíme si odpovídající software. V následujících materiálech budeme spouštět jednoduché projekty, které budou sloužit jako základ pro probírání základních otázek a konstrukcí, s nimiž se v kódu setkáme. Jakmile budeme mít základy hotové, přejdeme k pokročilejším tématům a i zde se budeme opírat o konkrétní příklady. Společně si vyzkoušíme zapojit a provozovat několik elektronických modulů, jako je snímač teploty, vlhkosti a tlaku, světelný senzor a OLED displej. Kromě toho využijeme i další elektronické součástky, jako jsou LED diody, fotorezistory nebo např. tlačítka. Povím vám také něco o rozhraních jako UART, SPI a I2C, což jsou oblíbená komunikační rozhraní v průmyslu, a na úplný závěr se pokusíme i o připojení k internetu. Jinými slovy, čím hlouběji se budete dostávat do lesa, tím propracovanější budou projekty a úlohy, které budu popisovat. Přestože jsou články psány s ohledem na začátečníky, doufám, že si v nich něco najdou i pokročilejší. Pokud nemáte zkušenosti s prací s kódem, bude pro vás pochopení konkrétních příkladů jistě mnohem snazší. Kromě toho to může být také dobré opakování, dříve nabytých znalostí, spolu s hlubším pochopením platformy Raspberry Pi Pico platformy.
Můj kurz je rozdělen na části, z nichž každá obsahuje určitou dávku znalostí na základě příkladů z reálného života. Níže naleznete rejstřík všech materiálů podle pořadí jejich zveřejnění. Pokud se učíte programovat, je důležité procházet články podle číslování.
Obsah:
- Raspberry Pi Pico – #1 – začínáme
- Raspberry Pi Pico – #2 – několik slov o programování
- Raspberry Pi Pico – #3 – první program
- Raspberry Pi Pico – #4 – začínáme programovat
- Raspberry Pi Pico – #5 – smyčky, proměnné a podmíněné instrukce
- Raspberry Pi Pico – #6 – PWM, ADC a komunikace s počítačem
- Raspberry Pi Pico – #7 – Opravy kódu a vlastní funkce
- Raspberry Pi Pico – #8 – Přerušení a alarmy
- Raspberry Pi Pico – #9 – Teorie indikátorů a časovače
- Raspberry Pi Pico – #10 – Pole, struktury a stavový stroj
- Raspberry Pi Pico – #11 – Spuštění digitálního světelného senzoru nebo I2C
- Raspberry Pi Pico – #12 – Příprava knihovny pro digitální světelný senzor 1/2
- Raspberry Pi Pico – #13 – Knihovna pro 2/2 digitální světelný senzor, DMA
Před odjezdem je třeba sestavit tým.
Chcete-li se naučit programovat na základě reálných projektů, budete samozřejmě potřebovat správné vybavení, ale žádný strach – nyní nemusíte přeskakovat mezi články a připravovat si seznam potřebných elektronických součástek. V obchodě Botland shop nabízí sadu připravenou k použití, která obsahuje všechny komponenty potřebné k dokončení projektů popsaných v sérii výukových článků o Raspberry Pi Pico. Součástí sady samozřejmě není počítač, na kterém budeme připravovat kód k pozdějšímu spuštění .
V hotové sadě prvků najdete:
- Raspberry Pi Pico W,
- Kabel MicroUSB,
- Kontaktní deska,
- Sada propojovacích kabelů ve třech typech,
- Sada LED diod ve třech barvách,
- Sada nejčastěji používaných rezistorů v elektronice,
- Tlačítka Tact Switch,
- Fotorezistory,
- Digitální světelný senzor,
- Digitální čidlo vlhkosti, teploty a tlaku,
- Displej OLED.
Hlavní hrdina, Raspberry Pi Pico W
Na trhu existuje několik různých platforem, které vám pomohou naučit se programovat. Mikroprocesory v podobě jednotlivých integrovaných obvodů, malé moduly s několika dalšími periferními součástkami nebo výkonné startovací sady vybavené hromadou dalších komponent. Podle mého názoru je pro začátek nejlepší volbou druhá možnost, tedy malá deska s již připájeným mikrokontrolérem a potřebnými součástkami pro snadné a jednoduché první spuštění. V případě čistě integrovaných obvodů mohou být první kroky skokem do hlubin, což nemusí být nutně to nejlepší, zatímco u velkých startovacích sad přijdete o část zábavy s externími moduly a tento druh znalostí se v budoucnu hodí.
Je třeba vědět, že moduly Raspberry Pi Pico jsou k dispozici v několika verzích. První deska, která se objevila na trhu, byla jednoduše Raspberry Pi Pico, což je první deska viditelná na fotografii výše. O něco později se objevila verze Raspberry Pi Pico W, vylepšená verze s modulem WIFI pro připojení RPI k internetu. Čip podporující tento komunikační standard je ukryt pod kovovou zástěnou, která by se neměla odstraňovat kvůli možnému rušení. K dispozici jsou i další desky Raspberry Pi Pico H a Raspberry Pi Pico WH které se od originálů liší pouze přídavným ladicím konektorem.
Raspberry Pi Pico W je malá deska, na které můžete doma provozovat čip RP2040. Tento mikrokontrolér, který je srdcem RPI Pico (RPI – Raspberry Pi), je ve skutečnosti dvoujádrový čip založený na jádrech ARM Cortex M0+, pracující na frekvenci 133 MHz. Na své malé rozměry je čip vybaven 26 univerzálními piny, které mohou plnit i další, poněkud specializovanější funkce. Patří mezi ně piny pro jednotlivá komunikační rozhraní, vstupy ADC pro zpracování analogových signálů nebo výstupy PWM s poměrně zajímavými provozními charakteristikami, které prozkoumáme v budoucnu. Uvnitř RP2040 se nachází také paměť SRAM o velikosti 264 kB. Do ní se budou ukládat data, která aktuálně používá prováděný program. Naproti tomu samotný prováděný kód je uložen mimo procesor, v externí paměti Flash o kapacitě 2 MB.
Podívejme se blíže na samotnou desku. Jejím ústředním bodem je již zmíněný procesor RP2040, obklopený nezbytnými součástkami pro provoz. Hned vedle něj se nachází paměťový čip Flash, do kterého se ukládá program prováděný RPI. Dále se nachází miniaturní tlačítko, které pomáhá při konfiguraci a přípravě Raspberry Pi Pico k programování. Na desce je také umístěna jedna LED dioda. Na desce RPI Pico byla připojena k procesoru RP2040; na verzi W, kterou budeme v budoucnu používat, byla připojena k jednomu z vodičů modulu WIFI. Pro napájení a komunikaci s počítačem slouží zásuvka microUSB. Na desce plošných spojů je také patrný malý integrovaný obvod s přidruženými součástkami, jedná se o napájecí modul, který zajišťuje napájení ostatních komponent. Raspberry Pi Pico W je také vybaven třípinovým ladicím konektorem a často zmiňovaným komunikačním modulem WIFI založeným na čipu CYW43439. Na obou stranách desky jsou také viditelné řady vodičů, ke kterým se připojují univerzální goldpinyaby bylo možné RPI Pico W snadno umístit na kontaktní desku. Vývodů je poměrně dost, ale jejich konkrétní účel se dozvíme až za chvíli.
Význam nadace Raspberry Pi Fundation v dnešním světě
Na závěr tohoto možná poněkud zdlouhavého úvodu do výuky programování na Raspberry Pi Pico Wbych vám rád řekl něco o výrobci této neobvyklé desky, společnosti Raspberry Pi Foundation. Tato společnost má ve svém portfoliu mnohem více produktů než jen několik jednoduchých zaváděcích sad pro čip RP2040. Raspberry Pi je spojováno především s malými mikropočítači, jejichž postupné verze se vyrábějí nepřetržitě od roku 2012, kdy spatřil světlo světa první hardware s logem Raspberry, RPI Model B. V roce 2012 se objevilo první zařízení s logem Raspberry. Historie nadace Raspberry Pi však sahá mnohem dále, až do roku 2006. V té době se tým spojený s počítačovou laboratoří Cambridgeské univerzity pod vedením Ebena Uptona ujal úkolu navrhnout jednoduché a levné zařízení, které by mladým studentům pomohlo naučit se programovat. Úspěch prvního mikropočítače byl tak velký, že konstruktéři okamžitě začali pracovat na dalších verzích, které by byly výkonnější a ještě přístupnější začátečníkům v elektronice a informatice. V následujících letech se společnost výrazně rozrostla a nabízela nejen mikropočítače, ale i vlastní řešení, na nichž zakládala vlastní elektronická zařízení.
Pár slov na závěr...
Toto byl první článek z rozsáhlejší série návodů založených na RPI Pico. Stručně jsem vám řekl, čím se zde budeme zabývat, co budeme potřebovat a co se budete moci naučit. Kromě toho jsme se blíže podívali na, desku. Raspberry Pi Pico W. V dalším materiálu si společně vybereme programovací jazyk, ve kterém budeme psát kód.
Źródła:
- https://www.raspberrypi.com/products/rp2040/
- https://datasheets.raspberrypi.com/picow/pico-w-datasheet.pdf
- https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
- https://blog.adafruit.com/2021/01/29/die-shots-of-the-raspberry-pi-rp2040-chip-teardown-dieshot-reverseengineering-piday-johndmcmaster-raspberry_pi/
