IST16588 Дар Бучми І. М.

ЗМІСТ.....3
ВСТУП....8
Розділ 1. ЗАГАЛЬНИЙ ПОРЯДОК ПРОЄКТУВАННЯ АПАРАТНО
ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ.....12
1.1. Загальний порядок проектування апаратних засобів....12
1.2. Основні стадії проектування апаратних засобів.....12
1.3. Методика проектування апаратних засобів.....16
1.4. Загальні відомості про цифрову систему керування....18
1.5. Підходи до проектування програмних засобів...20
1.5.1. Алгоритми обчислювальних процесів та процесів керування...20
1.5.1.1. Алгоритм та його властивості....20
1.5.1.2. Способи подання алгоритмів....20
1.6. Розроблення прикладних програм...24
Контрольні запитання....28
Розділ 2. МЕТОДОЛОГІЯ ПРОЄКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ НА ОСНОВІ МІКРОПРОЦЕСОРІВ......30
2.1. Основні етапи проектування мікропроцесорних пристроїв......30
2.2. Розробка базової концепції та алгоритму роботи пристрою....31
2.3. Проектування апаратних засобів....33
2.3.1. Розроблення структурної або функціональної схеми......33
2.3.2. Опис роботи пристрою за функціональною схемою...36
2.4. Деталізація алгоритму керування.....37
2.5. Розроблення робочих програм...38
2.6. Складові похибки вимірювальних засобів.....42
2.7. Приклади деяких найпростіших програм.....43
2.7.1. Зсув двобайтного двійкового числа на 4 розряди вліво....43
2.7.2. Виділення одного розряду двійкого числа або кількох розрядів....44
2.7.3. Розділення слова на частини....45
2.7.4. Переміщення даних....47
2.7.5. Додавання багатобайтових чисел...49
2.7.6. Додавання двійково-десяткових чисел...51
2.7.7. Знаходження максимуму...51
2.7.8. Порівняння рядків символів...53
Контрольні запитання...56
Розділ 3. ФАКТОРИ ВПЛИВУ НА ШВИДКІСТЬ ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ ПРОЦЕСОРАМИ....57
3.1. Вплив мови програмування на швидкість виконання завдань....57
3.2. Вплив технічних засобів на швидкість виконання завдань....61
3.3. Вплив програмних алгоритмів на швидкість виконання....62
Контрольні запитання....64
Розділ 4. МІКРОКОНТРОЛЕ РИ. ОСНОВНІ ОСОБЛИВОСТІ.....66
4.1. Мікроконтролери з CISC-архітуктурою.....66
4.1.1. Структура...66
4.1.2. Умовне позначення та основні засоби МС типу І8051.....67
4,1.2.1. Умовне позначення мікроконтролера....67
4.1.2.2. ПЗП або резидентна пам’ять програм (РПП)..69
4.1.2.3. ОЗП або резидентна пам’ять даних (РПД)....70
4.1.2.4. Блок управління....71
4.1.2.5. Порти вводу/виводу....72
4.1.2.6. Блок таймерів/лічильників (Т/С).....74
4.2. Мікроконтролери з RISC-архітектурою сімейства AVR...74
4.2.1. Ядро мікроконтролерів AVR......74
4.2.2. Структура мікроконтролера AT90S8535....75
4.2.3. Периферія МК AVR....77
4.2.4. Основні характеристики системи команд AVR та характеристики сімейства Classic....78
Контрольні запитання....78
Розділ 5. ЗАСОБИ СПРОЩЕНОГО ПРОЄКТУВАННЯ ТА
ПРОГРАМУВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРНИХ ПРИСТРОЇВ....80
5.1. Засоби комунікації між фізичними об’єктами....80
5.2. Класифікація комп’ютерів за їх фізичним інтерфейсом...81
5.3. Одноплатні комп’ютери....82
5.4. Склад плати Arduino UNO та її умовне позначення...83
5.5. Можливості розширення Arduino.....85
5.6. Програмне середовище IDE.....85
5.7. Розроблення програм в середовищі IDE...87
5.7.1. Функція setup()....88
5.7.2. Керування апаратними засобами....89
5.7.3. Функція loop ()....89
5.7.4. Перевірка програми....91
5.7.5. Завантаження та запуск програми...92
5.8. Планування та розроблення проектів з Arduino....92
5.8.1. Створення хвилі послідовного засвічування світлодіодів....93
5.8.1.1. Алгоритм роботи, технічні засоби та програма...93
5.8.1.2. Електрична схема та запуск програми....95
5.9. Скорочення програми за допомогою петлі for....97
Контрольні запитання....98
Розділ 6. ДЕЯКІ ПІДХОДИ ДО ВИКОРИСТАННЯ ARDUINO ПРИ ПРОЄКТУВАННІ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ.....100
6.1 Застосування широтно-імпульсної модуляції (ШІМ-PWM)....100
6.2. Використання цифрових виводів....101
6.2.1 Застосування цифрового виводу для виявлення стану клавіші... 102
6.2.2 Принципова схема реалізації алгоритму.....102
6.2.3 . Програма реалізації алгоритму.....103
6.2.4 . Деякі особливості використання цифрового входу Arduino для
визначення стану клавіші....104
6.3. Використання виразу if-than-else...105
6.4. Логічні змінні...106
6.4.1. Оператори порівняння.....107
6.4.2. Поєднання багатьох операцій порівняння....108
6.5. Приклад проектування тестера батарейки живлення....109
6.5.1. Обгрунтування необхідності проекту....109
6.5.2. Алгоритм роботи тестера та технічні засоби реалізації.....110
6.5.3. Програма керування.....111
6.6. Приклад проектування системи керування автомобільним рухом....113
6.6.1 .Застосування системи та її опис....113
6.6.2 . Алгоритм роботи, схема та програма макету системи керування автомобільним рухом.....114
Контрольні запитання...122
Розділ 7. АРИФМЕТИЧНІ ТА ЛОГІЧНІ ОПЕРАЦІЇ В СИСТЕМІ
ARDUINO ТА ПРИКЛАДИ ЇХ ВИКОРИСТАННЯ.....124.
7.1 Змінна типу float....124
7.2 Оператори порівняння чисел....124
7.3. Підвищення точності вимірювань аналогового сигналу за
допомогою опорної напруги......125
7.3.1. Застосування зовнішньої опорної напруги Arduino....125
7.3.2. Застосування внутрішньої опорної напруги.....127
7.4. Робота з функціями...127
7.4.1. Створення функції, що повторює певні дії ....128
7.4.2. Створення функції, що повертає значення ....130
7.5. Проектування та програмування термометра з використанням діоду LED....131
7.5.1. Апаратні засоби та обладнання.....131
7.5.2. Програмні засоби термометра....132
7.6. П’єзоелектричні резонатори та їх використання для генерування звуку....135
7.6.1. Практичне застосування п’єзоелектричного звукового
резонатора.....135
1.1. Проект термометра з висвічуванням температурних діапазонів.....137
7.7.1. Загальний опис основної концепції термометра.....137
7.7.2. Технічні засоби та елементи до проекту....138
7.7.3. Схема електрична принципова.....139
7.7.4. Програма реалізації термометра.....139
Контрольні запитання......141
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА....143
ГЛОСАРІЙ.....144
ДОДАТОК 1.....151

У посібнику виклад розпочинається з проектування апаратних засобів виходячи з вимог стандартів єдиної системи конструкторської документації (ЄСКД). Розглянуто етапи та підходи до виконання дослідно-конструкторських (ДКР) та науково-дослідних робіт (НДР) при проектуванні апаратних засобів та етапи і особливості розроблення технічних засобів мікропрпроцесорних пристроїв та алгоритмів і програмних модулів. Звернуто увагу на особливості та етапи проектування мікропроцесорної частини. Зокрема, акцентовано на етапах, які виконуються незалежно від типу мікропроцесора, та етапах, виконання яких здійснюється з врахуванням вибраного мікропроцесора. Наведено приклад проектування апаратних та програмних засобів мікропроцесорного пристрою підтримування температури об’єкту в заданих межах.
Бурхливий розвиток засобів обчислювальної техніки привів до появи маленьких одноплатних комп’ютерів. Мають невеликі розмірів, приблизно такі як банківська карточка, та велику обчислювальну потужність. Об’єм оперативної пам’яті може доходити до 2 GB і більше. Вони широко використовуються при проектуванні. Найбільш популярними з них є Arduino та Raspberry Pi. В посібнику розглядається використання Arduino. Має багато різних моделей (біля 30). Розвинуте програмне середовище IDE для розроблення та перевірки програм. Розглядаються приклади проектування апаратних та програмних засобів мікропроцесорних пристроїв на основі Arduino, починаючи від найпростіших і до більш складніших: вимірювача напруги з підвищеною точністю, засобів з використання НИМ модуляції, тестера батареї живлення, вимірювачів температури і т.п.