ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ I: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

Transcript

1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ I: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Αναλογικά σήματα Οι αντιστάσεις Οι πυκνωτές Τα πηνία Οι δίοδοι Τα τρανζίστορ Οι ηλεκτρονόμοι ή ρελέ Οι τελεστικοί ενισχυτές Ο χρονιστής ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ψηφιακά σήματα Οι λογικές πύλες Οι κωδικοποιητές - αποκωδικοποιητές Οι πολυπλέκτες - αποπλέκτες Οι ψηφιακοί συγκριτές Τα flip-flop Οι μετρητές Οι καταχωρητές ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΝΗΜΗΣ Διαδικασία λειτουργίας της μνήμης Η μνήμη RAM Η αρχιτεκτονική δομή της μνήμης RAM Δυναμική μνήμη RAM Η μνήμη ROM Λειτουργικά χαρακτηριστικά της μνήμης ROM ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ Εισαγωγή - είδη υπολογιστών Αρχιτεκτονική δομή του υπολογιστή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Υλικά απαραίτητα για την κατασκευή 59

2 viii Ενσωματωμένα Συστήματα Δ. Πογαρίδη Ερωτήσεις Ασκήσεις Προβλήματα 62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ: Ο ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗΣ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΩΝ ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΕΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ RISC Ο ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗΣ ΑΤmega Ο μικροεπεξεργαστής του ATmega Η αριθμητική λογική μονάδα Προσπέλαση μνήμης και εκτέλεση εντολών Καταχωρητής κατάστασης Το υποσύστημα μνήμης του ΑΤmega Μνήμη προγράμματος flash Αρχείο καταχωρητών γενικού σκοπού Στατική μνήμη RAM (Static RAM ή SRAM) Μνήμη EEPROM Οι καταχωρητές Ι/Ο Εξωτερική μνήμη SRAM Δομή του σωρού Υποσύστημα παράλληλης και σειριακής επικοινωνίας Παράλληλη επικοινωνία Σειριακή επικοινωνία Σήματα χειραψίας Ταχύτητα εκπομπής (Baud rate) Οδηγοί γραμμών και MoDem Η σύνδεση RS232C Κυκλώματα σειριακής προσαρμογής O USART του ATMEGA H SPI του ATMEGA Υποσύστημα χρονιστών-μετρητών του ATmega Υποσύστημα διακοπών Εισαγωγή Βασική λειτουργία της διακοπής Ανύσματα διακοπής (Interrupt Vectors) Χειρισμός δύο ή περισσότερων ξεχωριστών διακοπών Η μάσκα διακοπής (Interrupt mask) Διακοπές χωρίς μάσκα (Non-maskable interrupts) Προτεραιότητα διακοπής Το σύστημα διακοπών του ATmega Αναλογικός συγκριτής 121 Ερωτήσεις Ασκήσεις Προβλήματα 122

3 Περιεχόμενα ix ΚΕΦΑΛΑΙΟ IΙΙ: ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΟΥ ΑΤmega ΕΝΑΣ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗΣ ΕΤΟΙΜΟΣ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Σύνδεση συσκευών εισόδου Σύνδεση διακοπτών Σύνδεση πληκτρολογίου Σύνδεση αισθητήρων Σύνδεση μετατροπέων από αναλογικό σε ψηφιακό (ADC) Σύνδεση συσκευών εξόδου Σύνδεση ενδεικτών LED Σύνδεση ενδεικτών εφτά τμημάτων (SSD) Σύνδεση ενδεικτών μήτρας LED Σύνδεση οθονών LED Σύνδεση συσκευών ήχου Σύνδεση συσκευών μεσαίου και μεγάλου ρεύματος Διαμόρφωση εύρους παλμού PWM Σύνδεση κινητήρα DC Βηματικοί κινητήρες Σύνδεση βηματικού κινητήρα Σύνδεση σερβοκινητήρων Σύνδεση μετατροπέων από ψηφιακό σε αναλογικό (DAC) 195 Ερωτήσεις Ασκήσεις Προβλήματα 199 ΚΕΦΑΛΑΙΟ IV: ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ATmega ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Συμβολική γλώσσα (Assembly Language) Ψευδοεντολές Γλώσσες ανώτερου επιπέδου Υπορουτίνες Πέρασμα παραμέτρων Μακροεντολές ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΕΥΘΥΝΣΙΟΔΟΤΗΣΗΣ Εισαγωγή Οι 13 μέθοδοι διευθυνσιοδότησης Άμεση διευθυνσιοδότηση καταχωρητή, απλού καταχωρητή Rd Άμεση διευθυνσιοδότηση καταχωρητή, διπλού καταχωρητή Rd και Rs Άμεση διευθυνσιοδότηση Ι/Ο 213

4 x Ενσωματωμένα Συστήματα Δ. Πογαρίδη Άμεση διευθυνσιοδότηση δεδομένων Έμμεση διευθυνσιοδότηση δεδομένων Έμμεση διευθυνσιοδότηση δεδομένων με μετατόπιση Έμμεση προμειωτική διευθυνσιοδότηση Έμμεση μεταυξητική διευθυνσιοδότηση Σταθερή διευθυνσιοδότηση μνήμης προγράμματος με τις εντολές LPM, ELPM και SPM Μεταυξητική διευθυνσιοδότηση μνήμης προγράμματος με τις εντολές LPM Ζ+ και ELPM Ζ Άμεση διευθυνσιοδότηση προγράμματος με τις εντολές JMP και CALL Άμεση διευθυνσιοδότηση προγράμματος με τις εντολές JMP και ΙCALL Σχετική διευθυνσιοδότηση προγράμματος με τις εντολές RJMP και RCALL ΟΙ ΕΝΤΟΛΕΣ ΤΗΣ ASSEMBLY ΤΟΥ ATmega Εντολές μεταφοράς δεδομένων Αριθμητικές εντολές Μη προσημασμένη, προσημασμένη αριθμητική απλής και πολλαπλής ακρίβειας Πρόσθεση απλής ακρίβειας Πρόσθεση πολλαπλής ακρίβειας Αφαίρεση απλής ακρίβειας Αφαίρεση πολλαπλής ακρίβειας Λογικές εντολές Εντολές ολίσθησης και περιστροφής Εντολές σύγκρισης Εντολές διακλάδωσης και υπό συνθήκη διακλάδωσης Εντολές διαχείρισης υπορουτινών Εντολές διαχείρισης ψηφίου ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΖΟΝΤΑΣ ΤΟΝ AVR Πρότυπο προγράμματος Προγραμματίζοντας τους γενικούς καταχωρητές Προγραμματίζοντας τις πόρτες Προσπέλαση στην SRAM H SRAM ως σωρός Προσπέλαση στην EEPROM Εκκίνηση ή επανατοποθέτηση (RESET) του μικροελεγκτή Τρόπος συγγραφής προγράμματος με διακοπές ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΧΡΗΣΙΜΩΝ ΥΠΟΡΟΥΤΙΝΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ ΧΡΗΣΙΜΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Διακόπτες και LED Έλεγχος διεργασίας Μετατροπή ψηφιακού σήματος σε αναλογικό Μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό 298

5 Περιεχόμενα xi Έλεγχος κινητήρα DC Έλεγχος βηματικού κινητήρα 308 Ερωτήσεις Ασκήσεις Προβλήματα 314 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V: Η ΑΝΑΠΤΥΞΙΑΚΗ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ARDUINO 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΩΝ ΤΗΣ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ Διαχείριση ψηφιακών εισόδων/εξόδων Έλεγχος εξωτερικού κυκλώματος Ρύθμιση κατάστασης ψηφιακού ακροδέκτη Καθορισμός στάθμης σήματος ψηφιακού ακροδέκτη Ανάγνωση αναλογικών σημάτων Εντολή ανάγνωσης αναλογικού σήματος Προσαρμογή της τάσης αναφοράς Παραγωγή σημάτων PWM Ανίχνευση εξωτερικών συμβάντων μέσω διακοπών Μετατροπή κλίμακας 331 Ερωτήσεις Ασκήσεις - Προβλήματα 332 ΚΕΦΑΛΑΙΟ VI: ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ARDUINO 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ & ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΠΛΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Έλεγχος LED Έλεγχος LED με διακόπτη Έλεγχος έντασης LED Έλεγχος φωτεινού σηματοδότη Διαχείριση οθόνης LCD 2x Βοηθητικό σύστημα για παρκάρισμα αυτοκινήτων Έλεγχος κινητήρα DC Όχημα που ακολουθεί μια γραμμή Έλεγχος βηματικού κινητήρα Έλεγχος σερβοκινητήρα Φωτεινός πίνακας πληροφόρησης σε τράπεζα 366 Ερωτήσεις Ασκήσεις - Προβλήματα 378

6 xii Ενσωματωμένα Συστήματα Δ. Πογαρίδη ΚΕΦΑΛΑΙΟ VII: ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 7.1 Εισαγωγή Σύλληψη της ιδέας Φάσεις ανάπτυξης ενός ενσωματωμένου συστήματος Φάση ορισμού του προβλήματος Φάση σχεδίασης Ηλεκτρονική σχεδίαση Σχεδίαση του κέντρου ελέγχου Σχεδίαση του οχήματος Λογισμική σχεδίαση Έλεγχος συστήματος Έλεγχος ανοικτού κουτιού Έλεγχος κλειστού κουτιού Ανάλυση επικινδυνότητας Πηγαίος κώδικας Πηγαίος κώδικας κέντρου ελέγχου Πηγαίος κώδικας οχήματος 422 Ερωτήσεις Ασκήσεις Προβλήματα 427 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι 429 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ 511 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ 525 ΓΛΩΣΣΑΡΙ 563 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 571 ΑΛΦΑΒΗΤΙΚΟ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ 573