如何使用Tinkercad测试和实现你的硬件

电路仿真是一种计算机软件模拟电子电路或系统行为的技术。无需实际构建电路或系统，即可对新设计进行测试，评估和诊断。在实际进行电路级故障排除之前，电路仿真可能是对系统进行故障排除以收集数据的有用工具。这允许设计者在实际构造系统之前确定设计的正确性和效率。因此，用户可以在不实际物理构建系统的情况下探索替代设计的优点。通过在设计阶段而不是构建阶段调查特定设计决策的影响，构建系统的总体成本显着降低。

因此，软件仿真是在物理电路制作之前尝试的好方法。 Tinkercad是一个基于网络的模拟工具，它可以帮助您测试硬件和软件，无需进行任何物理连接，甚至无需购买任何硬件。

您是否感觉到输入输出引脚的短缺在Arduino？如果您想要驱动大量的LED或想制造LED立方体，我认为您肯定感觉需要I/O引脚。您知道只使用3针Arduino就可以驱动无限数量的LED吗？是的，移位寄存器将帮助您实现这一魔力。在这个讲解中，我将向您展示如何使用74HC595移位寄存器实现无限输入和输出。作为一个例子，我将使用六个7段显示器制作带温度计和勒克斯计的数字时钟。在最终制作硬件电路之前，我在Tinkercad中模拟了电路，因为这些电路涉及很多连接。模拟可以让您更自信，您可以在没有任何物理试验和错误的情况下测试完成电路。显然，它可以帮助您节省昂贵的硬件和宝贵的时间。

第1步：保存硬件免于燃烧

与其他电子电路一样，LED电路对电流非常敏感。如果流过的电流大于额定电流（例如20mA），则LED会燃烧。选择合适的电阻对于在不烧坏电路或LED的情况下获得适当的亮度非常重要。

Tinkercad电路具有出色的特性。它显示了是否超过额定电流流过电路元件。在下面的电路中，我将一个七段显示器直接连接到一个没有任何电阻的移位寄存器。即使对于七段显示器，寄存器也是不安全的，并且两者都可以通过该连接烧毁。 Tinkercad通过红色星显示了这一事实。

在下面的电路中，我在LED的每个部分添加了一个180欧姆的电阻。大约14.5mA电流流过显示器的每个部分，为显示器节省。但是从模拟中可以看出，该电阻值对IC来说是不安全的。移位寄存器的最大电流容量为50mA。因此，IC在显示器上最多可安装三个（14.5 x 3 = 43.5mA）。如果IC上有三个以上的段可以被烧毁（例如14.5×4 = 58mA）。大多数制造商都没有注意到这一事实。它们只考虑显示器来计算电阻值。

但如果他们模拟Tinkercad中的电路，那么犯这个错误的可能性就会变为零。因为Tinkercad会通过显示红色星星来提醒你。

以下设计非常适合我为显示器的每个部分选择470欧姆电阻器。在模拟电路时使用了附件Arduino sketch。

步骤2：测量电压，电流，电阻和电压。波形

测量电流电压是电子电路的一大麻烦，尤其需要多个并行测量。 Tinkercad仿真可以很容易地解决这个问题。您可以非常轻松地测量电流电压和电阻。您可以一次为多个分支执行此操作。以下设置显示了电路的总电流和电压。

您也可以使用示波器观察波形并测量频率。/p>

在上面的设置示波器中显示来自Arduino的时钟信号。您还可以一次测量多个分支的电流和电压，这是非常有效的。如果您想在实际电路中使用万用表一次测量多个支路电流，那将非常困难。但是在Tinkercad你可以很容易地做到。在下面的电路中，我使用多个电流表来测量来自不同分支的电流。

第3步：编写程序＆amp;使用串行监视器

Tinkercad电路的一个有趣且有用的功能是它有一个代码编辑器，你可以直接从它的环境编写Arduino和ESP8266的程序。您还可以通过选择“阻止”模式使用图形环境开发程序。这对制造商和制造商非常有帮助。没有编程经验的业余爱好者。

它还有一个内置的调试器，您可以从中调试代码。调试器将帮助您识别代码中的错误（错误）并更正（调试）它。

Tinkercad电路还具有串行监视器和您可以非常轻松地监控传感器值并调试电路。以下电路用于测试PIR＆amp;超声波传感器和on =保存串行监视器中的数据。

步骤4：模拟大电路和复杂电路（带温度计和勒克斯电表的时钟）

在Tinkercad中，您可以在实际制作之前模拟任何复杂的电路。它可以为您节省宝贵的时间。在复杂的电路中犯错误的可能性非常大。如果你先在Tinkercad中进行测试，那么它非常有效，因为你知道你的电路和程序是否有效。从结果中，您还可以根据需要修改和更新电路。

我在Tinkercad模拟了一个复杂的电路，它是一个带温度计和勒克斯计的时钟电路。该电路由带5V稳压器的9V电池供电。六，七段显示用于显示小时，分钟和秒的时间。使用单个模拟输入的四个按钮用于调整时间。连接蜂鸣器以设置警报。 LM35 IC用于显示感应环境的温度。环境光传感器用于测量勒克斯。

数字按钮开关用于Arduino引脚＃7。此按钮开关用于更改选项。默认情况下，它显示时间或以时钟模式工作。对于第一次按下，它显示温度并显示第二次按下的勒克斯水平。

步骤5：使用硬件实现

模拟电路并调整程序和电阻值后，实际上是实现电路的最佳时机。如果你想在某个地方做一个原型用于显示，可以在面包板上实现一个实用的电路。面包板电路有一些优点和缺点。面包板电路的主要优点是它易于修改，不需要焊接。另一方面，面包板电路的连接可能非常容易松动，很难识别出复杂的电路。

如果要将其用于实际应用，焊接PCB电路是最好的。您可以非常轻松地在家中制作自己的PCB电路。不需要特殊工具。如果你想了解DIY PCB，你可以关注这些不错的Instructables。

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审核编辑黄宇