Λύσεις — Κεφάλαιο 2: Μικροελεγκτές (σελ. 12-17) – ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 2: Μικροελεγκτές

Αυτούσια αποσπάσματα του βιβλίου με ερωτηματική κατάληξη — ορισμός, υποσυστήματα, λογισμικό προγραμματισμού και ο Arduino.

Ο ορισμός του μικροελεγκτή

Ερώτηση: Ο μικροελεγκτής (microcontroller) είναι ένας τύπος επεξεργαστή -ή, καλύτερα, αποτελεί μια παραλλαγή του μικροεπεξεργαστή-, ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει με ελάχιστα εξωτερικά εξαρτήματα, λόγω των πολλών ενσωματωμένων υποσυστημάτων που διαθέτει. Τι στοιχεία περιέχει ένας μικροελεγκτής ως υπολογιστικό κύκλωμα;

Απάντηση:

• Υλοποίηση. «Ένας μικροελεγκτής είναι ένα μικρό υπολογιστικό κύκλωμα, σχεδιασμένο σε ένα και μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα υψηλής κλίμακας ολοκλήρωσης.»
• Περιεχόμενα. «Όπως κάθε υπολογιστικό κύκλωμα, περιέχει κεντρική μονάδα επεξεργασίας, έναν αριθμό καταχωρητών, κυκλώματα μνήμης και κυκλώματα ελέγχου περιφερειακών συσκευών.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο μικροελεγκτής, ως ολοκληρωμένο κύκλωμα υψηλής κλίμακας, περιέχει κεντρική μονάδα επεξεργασίας, καταχωρητές, κυκλώματα μνήμης και κυκλώματα ελέγχου περιφερειακών συσκευών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η απάντηση δίνεται αμέσως στη συνέχεια του αποσπάσματος

Το κύκλωμα συνδετικής λογικής

Ερώτηση: Το κύκλωμα συνδετικής λογικής (glue logic), που αποτελεί μια ειδική μορφή ψηφιακών κυκλωμάτων, τα οποία επιτρέπουν τη σύνδεση διαφορετικών τύπων λογικών κυκλωμάτων. Δώστε ένα παράδειγμα εφαρμογής του glue logic όπως αναφέρεται στο βιβλίο.

Απάντηση:

• Παράδειγμα. «όπως λ.χ. τη σύνδεση των εξωτερικών μνημών και των άλλων περιφερειακών παράλληλης σύνδεσης στην αρτηρία δεδομένων (bus) του επεξεργαστή.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το glue logic χρησιμοποιείται π.χ. για τη σύνδεση εξωτερικών μνημών και άλλων περιφερειακών παράλληλης σύνδεσης στην αρτηρία δεδομένων (bus) του επεξεργαστή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δες την πρόταση αμέσως μετά τον ορισμό

Κατηγορίες μικροελεγκτών ανάλογα με τη μνήμη προγράμματος

Ερώτηση: Μικροελεγκτές με μνήμη FLASH, οι οποίοι μπορούν συνήθως να προγραμματιστούν πολλές φορές. Αυτή είναι και η πιο διαδεδομένη κατηγορία. Ποιον παλαιότερο τύπο μνήμης έχουν ουσιαστικά αντικαταστήσει οι μικροελεγκτές με μνήμη FLASH, και γιατί;

Απάντηση:

• Αντικατάσταση EPROM. «Αυτοί οι μικροελεγκτές έχουν, ουσιαστικά, αντικαταστήσει τους παλαιότερους τύπους EPROM, που έσβηναν με υπεριώδη ακτινοβολία.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι μικροελεγκτές FLASH έχουν αντικαταστήσει τους παλαιότερους τύπους EPROM, που έσβηναν με υπεριώδη ακτινοβολία — η FLASH προγραμματίζεται πολλές φορές, ακόμη και πάνω στο κύκλωμα της ίδιας εφαρμογής (ISP).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η αιτιολογία δίνεται στο τέλος της παραγράφου για τη FLASH

Ο συμβολομεταφραστής (assembler)

Ερώτηση: Ο συμβολομεταφραστής (assembler): Πρόκειται για το πρόγραμμα που μεταφράζει το πηγαίο αρχείο σε δεκαεξαδική μορφή -κατάλληλη να τη διαχειριστεί ο προγραμματιστής της μνήμης του μικροελεγκτή. Τι παράγεται επιπλέον κατά τη μετάφραση, πέρα από το τελικό αρχείο;

Απάντηση:

• Επιπλέον έξοδοι. «Κατά τη μετάφραση παράγονται, επίσης, τα μηνύματα σφαλμάτων. Μετά τη διόρθωση των σφαλμάτων, ο συμβολομεταφραστής παράγει ένα αρχείο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα επόμενα βήματα. Επιπροσθέτως, παράγονται αρχεία που περιέχουν αναφορές σφαλμάτων, καθώς και αρχεία εισόδου για τον προσομοιωτή (simulator).»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κατά τη μετάφραση παράγονται μηνύματα σφαλμάτων, αρχεία αναφορών σφαλμάτων και αρχεία εισόδου για τον προσομοιωτή (simulator), πέρα από το τελικό αρχείο για τα επόμενα βήματα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η απάντηση ακολουθεί αμέσως τον ορισμό του assembler

Η πλακέτα του Arduino

Ερώτηση: Αυτός είναι το “μυαλό” του Arduino και είναι προγραμματισμένος με τρόπο, ώστε να ελέγχει τα 14 ψηφιακά Ι/Ο pins και τα 6 αναλογικά που υπάρχουν πάνω στην πλακέτα ανάπτυξης. Ποια είναι η κύρια χρήση της επιπλέον θύρας USB της πλακέτας, στα αρχικά στάδια εκμάθησης;

Απάντηση:

• Χρήση USB. «Η κύρια χρήση αυτής της θύρας, στα αρχικά στάδια εκμάθησης, είναι η μεταφορά του προγράμματος από τον υπολογιστή στον μικροεπεξεργαστή, αλλά και η οπτικοποίηση των δεδομένων που απορρέουν από την λειτουργία της συσκευής μετά τον προγραμματισμό της.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στα αρχικά στάδια εκμάθησης, η θύρα USB χρησιμοποιείται κυρίως για τη μεταφορά του προγράμματος από τον υπολογιστή στον μικροεπεξεργαστή και για την οπτικοποίηση των δεδομένων της συσκευής μετά τον προγραμματισμό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η απάντηση αφορά τη θύρα USB της πλακέτας ανάπτυξης

Τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του Arduino

Ερώτηση: Τάση λειτουργίας 5V. Τάση εισόδου/τροφοδοσίας 7-12V. Ρεύμα εξόδου 40mA για κάθε είσοδο/έξοδο. Ποια είναι η χωρητικότητα της Flash μνήμης, της SRAM και της EEPROM του Arduino;

Απάντηση:

• Μνήμες. «Flash μνήμη 32KB. SRAM 2KB. EEPROM 1KB.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η Flash μνήμη είναι 32KB, η SRAM 2KB και η EEPROM 1KB.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Οι τιμές δίνονται στο τέλος της λίστας χαρακτηριστικών

Οι βασικές λειτουργίες του IDE του Arduino

Ερώτηση: Βασικές λειτουργίες του IDE είναι οι ακόλουθες: Ο έλεγχος του κώδικα για λάθη. Ο τερματισμός της σειριακής κονσόλας. Ποιες άλλες λειτουργίες προσφέρει το περιβάλλον ανάπτυξης (IDE) του Arduino;

Απάντηση:

• Υπόλοιπες λειτουργίες. «Η δημιουργία νέου έργου (sketch). Η παρουσίαση μενού με όλα τα αποθηκευμένα έργα. Η αποθήκευση του έργου. Η μεταγλώττιση του κώδικα και το ανέβασμα του στο Arduino. Η εμφάνιση της σειριακής κονσόλας. Ακολούθως, η αποστολή και λήψη δεδομένων μέσω της σειριακής θύρας.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το IDE προσφέρει επίσης: δημιουργία νέου sketch, μενού αποθηκευμένων έργων, αποθήκευση έργου, μεταγλώττιση και ανέβασμα κώδικα στο Arduino, εμφάνιση σειριακής κονσόλας για αποστολή/λήψη δεδομένων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η λίστα συνεχίζεται μετά τις δύο πρώτες λειτουργίες της εκφώνησης