Что можно собрать на ардуино. Проекты на Arduino: интересные идеи для создания устройств своими руками

Какие устройства можно собрать на базе Arduino. Как Arduino упрощает создание электронных проектов. Какие компоненты и датчики совместимы с Arduino. Где найти идеи и схемы для проектов Arduino.

Что такое Arduino и почему она так популярна

Arduino — это открытая электронная платформа, позволяющая быстро создавать различные электронные устройства и проекты. Ее популярность обусловлена несколькими факторами:

• Простота освоения — даже новички могут быстро научиться работать с Arduino
• Низкая стоимость плат и компонентов
• Большое сообщество и множество готовых проектов
• Возможность создавать сложные устройства без глубоких знаний электроники
• Совместимость с огромным количеством датчиков и модулей

Благодаря этим преимуществам Arduino стала идеальной платформой для обучения электронике, прототипирования и создания любительских проектов. Рассмотрим некоторые интересные идеи устройств, которые можно собрать на ее базе.

Умный дом на Arduino: автоматизация и удаленное управление

Arduino отлично подходит для создания систем «умного дома». С ее помощью можно автоматизировать различные бытовые процессы:

• Управление освещением по датчику движения или времени суток
• Контроль температуры и влажности, управление кондиционером
• Открытие/закрытие штор по расписанию
• Удаленное включение бытовых приборов через смартфон
• Система безопасности с датчиками движения и камерами

Для реализации таких проектов потребуются различные датчики, реле и модули связи. Arduino выступает центральным контроллером, обрабатывающим данные с сенсоров и управляющим исполнительными устройствами.

Метеостанция на Arduino: мониторинг окружающей среды

Домашняя метеостанция — еще один популярный проект на Arduino. Она позволяет отслеживать различные параметры окружающей среды:

• Температура и влажность воздуха
• Атмосферное давление
• Уровень освещенности
• Концентрация углекислого газа
• Уровень радиации (с помощью специального датчика)

Собранные данные можно выводить на дисплей, отправлять на смартфон или компьютер для построения графиков. Такая метеостанция поможет следить за микроклиматом в помещении или на дачном участке.

Роботы и автоматизированные устройства на Arduino

Arduino часто используется для создания различных роботов и автоматизированных систем. Вот несколько примеров:

• Мобильные роботы на колесах или гусеницах
• Манипуляторы и роботизированные руки
• Квадрокоптеры и другие летающие аппараты
• Системы автополива растений
• Автоматические кормушки для животных

Для управления моторами и сервоприводами используются специальные драйверы. Arduino обеспечивает логику работы, обрабатывая сигналы с датчиков и отправляя команды исполнительным механизмам.

Музыкальные инструменты и аудиопроекты на Arduino

С помощью Arduino можно создавать необычные музыкальные инструменты и аудиоустройства:

• Синтезаторы и драм-машины
• Световые органы, меняющие подсветку в такт музыке
• MIDI-контроллеры для управления музыкальным ПО
• Цифровые эффекты для гитары
• Аудиоанализаторы для визуализации звука

Arduino позволяет генерировать звуковые сигналы, обрабатывать аудиовход и управлять различными эффектами. Это открывает широкие возможности для экспериментов со звуком.

Игровые контроллеры и интерфейсы на Arduino

Любители видеоигр могут использовать Arduino для создания уникальных игровых контроллеров:

• Рули с обратной связью для гоночных симуляторов
• Танцевальные платформы в стиле Dance Dance Revolution
• Перчатки виртуальной реальности с датчиками изгиба пальцев
• Кнопочные панели для аркадных автоматов
• Контроллеры для ретро-консолей

Arduino позволяет считывать состояние кнопок, джойстиков и датчиков, преобразуя их в команды для игры. Это дает возможность создавать уникальные способы управления.

Образовательные проекты на Arduino

Arduino активно используется в образовании для обучения основам электроники и программирования. Популярные учебные проекты:

• Электронный кубик для настольных игр
• Азбука Морзе с кнопкой и зуммером
• Секундомер с дисплеем
• Простой калькулятор
• «Саймон говорит» — игра на запоминание последовательности

Такие проекты позволяют на практике изучить основы схемотехники, программирования микроконтроллеров и работы с различными компонентами.

С чего начать изучение Arduino?

Для начинающих лучше всего подойдет стартовый набор Arduino, включающий:

• Плату Arduino Uno или Nano
• Макетную плату для сборки схем без пайки
• Набор проводов и перемычек
• Базовые электронные компоненты (светодиоды, кнопки, резисторы)
• Несколько простых датчиков (температуры, освещенности)

Такой набор позволит освоить основы работы с Arduino и реализовать первые простые проекты. В дальнейшем можно докупать необходимые модули под конкретные задачи.

Тег arduino

• Магазины Китая
• BANGGOOD.COM
• Сделано руками
• Радиотовары

Arduino Leonardo Mini. Собираем программируемую сенсорную клавиатуру SrachMaster

Позабыты хлопоты,
Остановлен бег,
Вкалывают роботы,
Счастлив человек

Как известно, человеку сложно тягаться с роботом.
Впрочем, несложная программируемая сенсорная клавиатура SrachMaster позволит Вам успешно сдерживать натиск превосходящих информационных сил.
Теперь и с USB-C!


читать дальше

Планирую купить +15 Добавить в избранное Обзор понравился

+99 +133

• arduino,
• Arduino Leonardo Mini,
• радиодетали и электронные компоненты
• AliExpress
• Сделано руками
• Измерительный инструмент

RadSens — дозиметр для Arduino

Я приветствую Вас уважаемые радиофилы и радиофобы! Я в своем стремлении познать окружающий мир и измерить все, что можно измерить, конечно не мог обойти стороной такое явление как радиация. Это было лишь вопросом времени. Наверняка, всем читающим этот обзор в той или иной мере это явление знакомо, но для порядка приведу определение. Как гласит википедия, радиация, а если называть это явление правильно то следует использовать понятие ионизирующее излучение — это потоки фотонов и других элементарных частиц или атомных ядер, способные ионизировать вещество.


читать дальше

Планирую купить +21 Добавить в избранное Обзор понравился

+66 +91

• arduino,
• Arduino RadSens,
• радиодетали и электронные компоненты
• Магазины Китая
• BANGGOOD. COM
• Сделано руками
• Радиотовары
• Пункт №18

Arduino Micro Pro. Как построить сенсорный дисплей Wacom Cintiq

О платах Arduino, наверное, слышали все, а многие и как минимум держали их в руках, а то и создавали на них что-нибудь сами.
Сегодня мы взглянем поближе на плату на базе ATMega32U4, оживим с её помощью древний графический планшет и дадим возможность самодельному LCD монитору воспринимать написанное прямо на экране.
Добро пожаловать под кат.


читать дальше

Планирую купить +36 Добавить в избранное Обзор понравился

+134 +212

• arduino,
• Arduino Pro Micro,
• радиодетали и электронные компоненты
• Магазины Китая
• BANGGOOD. COM
• Конструкторы
• Радиотовары
• Пункт №18

Набор-конструктор для сборки механического захвата из акрила под управлением Arduino UNO R3

Arduino – под этим названием объединено несколько популярных печатных плат, которые имеют стандартизированное расположение всех выводов для микроконтроллеров, а также одинаковые габариты в границах одной модели продукта. Некоторые из них имеют дополнительные элементы, позволяющие осуществлять контроль напряжения подаваемого питания и USB, который благодаря своей универсальности может и подзаряжать плату, и использоваться для связи микроконтроллера с компьютером. Одной из наилучших вариаций семейства этих плат является модель Arduino UNO R3.


читать дальше

Планирую купить +20 Добавить в избранное Обзор понравился

+35 +48

• arduino,
• Arduino Uno R3,
• радиодетали и электронные компоненты
• Ebay
• Радиотовары
• Сделано руками

Энергоэффективная GSM-сигнализация на основе Arduino. Сборка. Прошивка. Тест.

Весна, как известно, сопровождается всевозможными обострениями и вот главное «обострение» повылазило из своих нор на улицу, дабы присвоить себе то, что ему не принадлежит. А значит тема защиты своего имущества становится, как никогда, актуальной.
На сайте уже есть несколько обзоров на самодельные GSM-сигнализации. Они конечно функциональны, однако у всех имеется общая особенность — зависимость от розетки. Если с недвижимостью, где уже подведено электричество, это не проблема, то как быть с имуществом, где розетка далеко или окрестности вовсе обесточены? Я решил пойти другим путём — собрать долгоживущий, максимально простой и независимый от сетевого питания девайс, который будет всё время отсыпаться, а при проникновении грабителей, запускаться и отзваниваться хозяину на телефон, сигнализируя простым звонком о тревоге.


читать дальше

Планирую купить +184 Добавить в избранное Обзор понравился

+143 +278

• arduino,
• Arduino ATMega168,
• радиодетали и электронные компоненты
• AliExpress
• Сделано руками
• Игрушки и подарки

Дорабатываем настольную игру с помощью Arduino

Решил написать небольшой обзорчик на тему:
«Как еще можно применить Arduino»…

Если коротко, то добавим рандома в игру.
Обзор будет не длинным, просто покажу что, как делал.

читать дальше

Планирую купить +13 Добавить в избранное Обзор понравился

+38 +82

• arduino,
• Arduino Nano 3,
• радиодетали и электронные компоненты
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• последняя

Что такое Arduino? [База знаний]

Теория

КОМПОНЕНТЫ

• Адресуемая светодиодная лента
• Геркон
• Диод
• Зуммер
• Кнопка
• Кварцевый резонатор
• Конденсатор
• Макетная плата
• Резистор
• Реле
• Светодиод
• Светодиодные индикаторы
• Сервопривод
• Транзистор

ARDUINO

• Что такое Arduino?
• Среда разработки Arduino IDE
• Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
• Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)
• Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
• Визуальная среда разработки Mixly для Arduino

RASPBERRY

• Как установить ОС Raspbian/Raspberry Pi OS?

ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

• Интерфейс I2C (IIC)

---

Arduino — это огромный конструктор, в котором нет конечного, определённого набора деталей, и нет ограничений в разнообразии того, что можно собрать. Всё ограничено лишь вашей фантазией. Это новый мир, убойное хобби и отличный подарок.

Arduino представляет собой небольшую плату с собственным процессором и памятью. На ней также есть пара десятков контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты: лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и вообще всё, что работает от электричества.

В процессор Arduino можно загрузить программу, которая будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Таким образом, можно создать бесчисленное количество оригинальных устройств, сделанных своими руками и по собственной задумке. Для того, чтобы понять идею, взгляните на иллюстрацию. Она не отражает и миллионной доли всех возможностей, но всё же даёт первичное представление:

---

В чем преимущество Arduino?

Пользователь современного компьютера не задумывается о функционировании отдельных частей ПК. Он просто запускает нужные программы и работает с ними. Точно так же и Arduino позволяет пользователю сосредоточиться на разработке проектов, а не на изучении устройства и принципов функционирования отдельных элементов. Нет надобности и в создании законченных плат и модулей. Разработчик может использовать готовые платы расширения или просто напрямую подключить к Arduino необходимые элементы. Все остальные усилия будут направлены на разработку и отладку управляющей программы на языке высокого уровня. В итоге доступ к разработке микропроцессорных устройств получили не только профессионалы, но и просто любители что-то сделать своими руками. Наличие готовых модулей и библиотек программ позволяет непрофессионалам в электронике создавать готовые работающие устройства для решения своих задач. А варианты использования Arduino ограничены только возможностями микроконтроллера и имеющегося варианта платы, ну и, конечно, фантазией разработчика.

---

Сложно ли начать изучение?

Свою огромную популярность Arduino приобрела именно благодаря простоте и дружелюбности. Даже абсолютный ноль в программировании и робототехнике может освоить основы работы с Arduino за пару часов! Этому способствуют тысячи публикаций, учебников, заметок в интернете и куча роликов на YouTube.

Программы для Arduino пишутся на обычном C++, дополненным простыми и понятными функциями для управления вводом/выводом на контактах. Если вы уже знаете C++ — Arduino станет дверью в новый мир, где программы не ограничены рамками компьютера, а взаимодействуют с окружающим миром и влияют на него. Если же вы новичок в программировании — не проблема, вы с лёгкостью научитесь, это просто.

Для удобства работы с Arduino существует бесплатная официальная среда программирования «Arduino IDE», работающая под Windows, Mac OS и Linux. С помощью неё загрузка новой программы в Arduino становится делом одного клика, только лишь подключите плату к компьютеру через USB. Хотя для более пытливых умов возможна работа и через Visual Studio, Eclipse, другие IDE или командную строку.

Вам не понадобится паяльник. Полноценные устройства можно собирать, используя специальную макетную доску, перемычки и провода абсолютно без пайки. Конструирование ещё не было таким быстрым и простым.

---

Схема выводов популярной платы Arduino Uno R3

---

Введение в программирование на машинном языке Arduino — Arxterra

Микроконтроллер AVR и встраиваемые системы с использованием ассемблера и C Мухаммад Али Мазиди, Сармад Наими и Сепер Наими

Вот некоторые из источников, которые я использовал для разработки материала, использованного в лекции. ряд.

0010 0111 0000 0000 → 1110 1111 0001 1111 → 1011 1001 0000 0111 → 1011 1001 0001 1000
1011 1001 0000 0100 → 1011 0000 0111 0110 → 1011 1000 0111 0101 → 1100 1111 1111101110 → 1011 1000 0111 → 1100 1111 11111101

1 0101 → 1100 1111 11111101

1 0101.0002 Напишите программу на ассемблере для включения и выключения света с помощью переключателя. Похожая программа использовалась при разработке The Wake-up Machine.

Важной частью этого курса является понимание дизайна и языка «Компьютера».

Компьютер реализует классический цифровой вентиль , который вы изучили в классе Digital Logic (EE201) в программном обеспечении с такими инструкциями, как and, or, и eor/xor.

Вам также придется плавно переходить от двоичного к шестнадцатеричному и обратно (т. е. Системы счисления ).

Компьютерные программы перемещают данные через регистры, поэтому знание триггеров и регистров также является важной базовой частью этого класса.

Наконец, вместо проектирования с помощью вентилей (EE201) вы будете проектировать с помощью кода. Таким образом, вам нужно будет просмотреть такие концепции Программирование , как: передача данных (выражения присваивания), арифметические и логические операторы, передача управления (ветвление и цикл), а также битовые и битовые тестовые операторы, которые вы использовали в своем классе программирования (CECS174 или CECS100). .

Хорошей новостью является то, что справка по доступна в Главе 0: «Введение в вычислительную технику» вашего учебника, в дополнительных материалах, приведенных в начале этого документа, в Интернете и в Приложении A – Системы счисления.

Числа и их компьютерное представление

Введение

Результат десяти пальцев с основанием 10 символ предшествует другому символу или следует за ним. Бывший. IV = 4 против VI = 6. Это была очень неуклюжая система для арифметических операций.

Позиционная запись (положительные действительные целые числа)

Дробные числа не будут рассматриваться, но следует отметить, что добавление указанного было бы простым и логичным дополнением к представленной теории.

Значение каждой цифры определяется ее позицией. Обратите внимание на произношение 256 «Двести пятьдесят шесть?

Пример. 256 = 2*10 ² + 5*10 ¹ + 6*10 ⁰

Обобщение по любому основанию или основанию

Основание или основание = количество различных цифр, которые могут встречаться в каждой позиции в системе счисления.

N = A _n r ⁿ + A _n-1 r ^n-1 + … + A ₁ r ¹ + A ₀ r ⁰   (or simple A ₁ r + A ₀ )

Введение в двоичную систему

Работа большинства цифровых устройств по своей природе является двоичной, они либо включены, либо выключены.

Примеры: переключатель, реле, лампа, транзистор и транзисторно-транзисторно-логическая интегральная схема (TTL IC)

Таким образом, для цифрового компьютера вполне логично использовать основание 2.

Примечание. Будущие устройства могут не иметь этой характеристики, и это одна из причин важности основ и теории. Потому что они добавляют гибкости системе.

В двоичной системе допускается только 2 состояния; 0 и 1 (ЛОЖЬ или ИСТИНА, ВЫКЛ или ВКЛ)

Пример:      Старший бит

Бит = одна двоичная цифра (0 или 1)

Это уравнение, связанное с позициями, также дает нам инструмент для преобразования заданной системы счисления в основание 10 — в этом примере двоично-десятичный.

Основание восемь и основание шестнадцать

В начале разработки цифрового компьютера фон Нейман осознал полезность работы в промежуточных системах счисления, таких как основание 8 (или восьмеричное)

Путем группировки 3 двоичных цифр или битов формируется одна восьмеричная цифра . Обратите внимание, что 2 ³ = 8

Двоина для восьмиугольника Таблица

2 ² 2 ¹ 2 ⁰

0 0 = 0

0 0 1 = 1

0,00002 0 0 = 0 200

0 0. 0 = 1

0,0002 0 0 = 0

0 0 = 1

0. =  2

0 1 1 = 3

1 0 0 = 4

1 0 1 = 5

1 1 0 = 6

1 1 1 = 7 Символы (не числа) 8 и 9 не используются в октелале .

Пример: 100 001 010 110

4 1 2 6 ₈ = 4*8 ³ + 1*8 ² + 2*8 ¹ + 6*8 ⁰ = 2134

Это это еще один эффективный способ перехода от основания 2 к основанию 10

Резюме: Основание 8 позволяет вам работать на языке компьютера, не имея дело с большим количеством единиц и нулей. Это стало возможным благодаря простоте преобразования с основанием 8 в основание 2 и обратно.

В микрокомпьютерах используется группировка из 4 бит (вместо 3 бит) или основание 16 (2 ⁴ ). Первоначально произносившийся шестнадцатеричным, основание 16 было быстро переименовано в шестнадцатеричное (на самом деле это должно быть основание 6).

Двоирный в шестнадцатеричный преобразование Таблица

2 ³ 2 ² 2 ¹ 2 ⁰

0 0 0 = 0

0 0 1 = 1

0 0 0 0 = 0 = 0

0 0 0 = 1

0 0 0 0 0 0 = 0 0

0 0 0 = 1

0 0 0. 2

0 0 1 1   =  3

0 1 0 0   =  4

0 1 0 1 = 5

0 1 1 0 = 6

0 1 1 1 = 7

1 0 0 0 = 8

1 0 0 1 = 9

1 0 1 0 = A

1 0 1 1 = B

1 1 0 0 = C

1 1 0 1 = D

1 1 1 0 = E

1 1 1 1 = F

в HEX Символы для 10-15 из алфавита. Это показывает, насколько относительными являются числа на самом деле, или, другими словами, они действительно являются просто символами.

Пример:    1000 0101 0110

8        5       6 ₁₆  = 8*16 ² + 5*16 ¹ + 6*16 ⁰ = 2134

требует небольшой практики.

Преобразование из базы 10 в заданное основание (или основание)

Последовательное деление            лучше всего продемонстрировать на примере

Чтобы получить цифры в правильном порядке, пусть они падают вправо.

Для этого примера:  43 ₁₀ = 101011 ₂ Быстрая проверка (октальная) 101 011 = 5*8 + 3 = 43 ₁₀

Другой пример: преобразовать 43 ₁₀ от десятичного к октально : 43 ₁₀ = 53 ₈              Быстрая проверка (восьмеричная) 5*8 + 3 = 43 ₁₀

Обобщение процедуры ИЛИ Почему это работает ИЛИ Почему это работает ИЛИ = A

0 9 остаток, а n = количество цифр в основании r для числа N. Деление обычно выполняется по основанию 10.

Еще один способ выразить вышеуказанную таблицу:

N = R*N ₁ + A ₀

N ₁ = R*N ₂ + A ₁

9002 N ₂ + A ₁
9002 N ₂ + A ₁
9002 N ₂ + A ₁ 9003 9002 N ₂ + A 2 = R*N ₃ + A ₂

:

N _N-1 = R*N _N + A _N-1

N _N = R*0 + A _n

или (теперь на рукоприкладство)

N   = r*(r*n ₂ + A ₁ ) + A ₀ заменитель N ₁

n = R ² N ₂ + RA ₁ + A _{0 2 + RA 1 + A 0 2 + RA 1 + A 0 2 + RA 1 + A 0 2 + RA 1 + A 0 2 + RA 1 + A 0 2 + R через уравнение}

n = R ² (R*N ₃ + A ₂ ) + RA ₁ + A ₀ Заместитель N ₂

:

9006

N = _N R ^N + A _N-1 R ^N-1 +… + A ₁ R ¹ + A ₀ R ⁰

Nomenclat

бит = 1 бинарная цифра

байт = 8 бит

Nibble = один половина байта = 4 бита

слово = компьютерный зависимый

Двоина арифметика

Двонное добавление

Двоичное сложение выполняется аналогично десятичному сложению с использованием следующих правил двоичного сложения:

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 10 (0 с переносом 1)

Примеры:

Проблема	21 10 + 10 10 = 31 10	45 10 + 54 10 = 99 10	3 10 + 7 10 = 10 10
	10101 2 +       01010 2 _______________ 11111 2	101101 2 +       110110 2 _______________ 1100011 2	011 2 +       111 2 _______________ 1010 2
Чек			1*2 3 + 0*2 2 + 1*2 1 + 0*2 0 = 1*8 + 0*4 + 1*2 + 0*1 = 10 10

Восьмеричное сложение

Восьмеричное сложение также выполняется аналогично десятичному сложению, за исключением того, что каждая цифра имеет диапазон от 0 до 7 вместо 0 до 9.

Задача	21 10 + 10 10 = 31 10	45 10 + 54 10 = 99 10	3 10 + 7 10 = 10 10
	25 8 +       12 8 _______________ 37 8	55 8 +       66 8 _______________ 143 8	3 8 +       7 8 _______________ 12 8
Чек	3*8 1 + 7*8 0 3*8 + 7*1 = 31 10	1*8 2 + 4*8 1 + 3*8 0 64 + 32 + 3 = 99 10	1*8 1 + 2*8 0 8 + 2 = 10 10

Шестнадцатеричное сложение

Шестнадцатеричное сложение также выполняется аналогично десятичному сложению, за исключением того, что каждая цифра имеет диапазон от 0 до 15 вместо 0 до 9.

Задача	21 10 + 10 10 = 31 10	45 10 + 54 10 = 99 10	3 10 + 7 10 = 10 10
	15 16 +       0A 16 _______________ 1F 16	2D 16 +       36 16 _______________ 63 16	3 16 +       7 16 _______________ А 16    (не 10)
Чек	1*16 1 + 15*16 0 16 + 15 = 31 10	6*16 1 + 3*16 0 96 + 3 = 99 10	10*16 0 10 10

Двоичное умножение

Десятичное число	Двоичный
11 10 x        13 10 _______________ 33 10 11 10– _______________ 143 10	1011 2 x 1101 2 _______________ 1011 2 0000 2- 1011 2– 1011 2— _______________ 10001111 2
Чек	8*16 1 + 15*16 0 128 + 15 = 143 10

Двоичное подразделение

Проверка: 1*16 ¹ + 5*16 ⁰ = 16 + 5 = 21 ₁₀

Практические арифметические операции, подняв проблемы и затем их обратно к основанию 10 через разные основания (например, 2, 8 и 16).

То, как компьютер выполняет арифметические операции, является гораздо более сложной темой и не рассматривается в этом разделе.

Дополнения и отрицательные числа ИЛИ добавление бита знака

Сложение, умножение и деление — это хорошо, но как насчет вычитания и отрицательных чисел? Из начальной школы вы узнали, что вычитание — это просто сложение отрицательного числа. Математики вместе с инженерами использовали этот принцип вместе с арифметикой по модулю — естественным результатом сумматоров конечной длины — чтобы позволить компьютерам работать с отрицательными числами без добавления каких-либо новых аппаратных элементов в арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Величина знака

Вот простое решение, просто добавьте бит знака. Чтобы реализовать это решение на аппаратном уровне, вам потребуется создать вычитатель; а значит больше денег.

Знак величина

Пример: — 2 = 1 0010 ₂

Один комплемент

Вот решение, которое немного более сложное. Добавьте бит знака и инвертируйте каждый бит, составляющий величину — просто измените 1 на 0 и 0 на 1.

Знак величина

Пример: — 2 = 1 1101 ₂

, чтобы вычесть в комплементе 1, вы просто добавляете знаки и биты величины, позволяя последнему биту (из знака) вмещается в биту . затем добавьте 1 к ответу. Еще раз позвольте последнему биту переноса упасть в ведро с битами. Битовое ведро возможно из-за физического размера сумматора.

0 1010 ₂                       10

+_ 1 1101 ₂ +(-2)

0 1000 ₂ 8

+______ 1 ₂ Регулировка

0 1001 ₂

Несмотря на , теперь вам нужно добавить 1 к ответу. Это снова означает добавление оборудования. Усугубляя эту проблему, дополнение до единицы позволяет двум числам равняться 0 ( шизофренический ноль ).

Двойки Дополнение

Вот решение, которое немного сложнее в настройке, но не требует корректировок в конце добавления. Есть два способа получить дополнение числа до двух.

Метод 1 = Возьмите дополнение до 1 и добавьте 1

__0 0010 ₂              2

+1 1101 ₂ 1 комплемент (т.е. инверт)

+1 ₂ Добавить 1

1 1110 ₂

Метод 2 = Двигайтесь справа налево, пока не встретите 1, затем инвертируйте.

0 0010 2	начало = 2 10
0 2	без изменений
10 2	нет изменений, но встречается одно
110 2	инвертировать = изменить 0 на 1
1110 2	инвертировать = изменить 0 на 1
1 1110 2	инвертировать = изменить 0 на 1

Вычитание в дополнении до двух аналогично сложению. Никакой корректировки не требуется, и в дополнении до двух нет шизофренического нуля , хотя у него есть дополнительное отрицательное число (см. Как это работает).

0 1010 ₂ 10

+1 1110 ₂ +(-2)

0 1001 ₂ 8

Примеры:

Проблема	33 10 – 19 10 = 14 10	69 10 – 84 10 = -15 10
	0 100001 2 +       1 101101 2 _______________ 0 001110 2	0 1000101 2 +       1 0101100 2 _______________ 1 1110001 2
Чек	преобразовать в промежуточную базу E 16 = 14 10	преобразовать обратно в знак величины – 0001111 2 преобразовать в промежуточную базу (16) – F 16 = – 15 10

Почему это работает

Реальные сумматоры имеют конечное число битов, что естественным образом приводит к арифметике по модулю — битовому ведру.

Переполнение

Теперь, когда арифметика сводится к хождению по кругу, положительные числа могут суммироваться с отрицательными и наоборот. Два теста позволяют быстро проверить, существует ли состояние «переполнения».

Тест 1 = Если два числа отрицательные, а ответ положительный, произошло переполнение.

Тест 2 = Если два числа положительные, а ответ отрицательный, произошло переполнение.

Если бы компьютеры были калькуляторами, а мир был идеальным местом, мы бы закончили. Но это не так, поэтому мы продолжаем рассматривать несколько реальных проблем и их решения.

Коды символов ИЛИ нечисловая информация

Проблема с десятичными числами

Представление десятичных чисел в двоичном компьютере. Двоичное представление десятичного числа несколько лет назад могло быть «зашито» в арифметико-логическое устройство (АЛУ) компьютера. Сегодня он, скорее всего, просто представляет некоторую информацию, которая естественным образом представлена ​​в базе 10, например, ваш студенческий билет.

Решение

В этой задаче нужно представить десять различных цифр. Использование 4 бит 2 ⁴ или 16 комбинаций могут быть созданы. Используя 3 бита 2 ³ или 8 комбинаций, можно создать. Таким образом, для представления одной десятичной цифры потребуется 4 бита. Здесь следует указать, как из 4 битов (0000–1111) можно создать 16 комбинаций, в то время как наибольшее числовое значение, которое может быть представлено, равно 15. Причина, по которой наибольшее числовое значение и количество комбинаций различаются, связана с ноль (0) является одной из комбинаций. Эта разница указывает на необходимость всегда следить за тем, мокрее вы работаете, ноль или один родственник, и что именно вы ищете — двоичное число или комбинации.

Наиболее распространенный способ представления десятичного числа называется двоично-десятичным кодом (BCD). Здесь каждое двоичное число соответствует своему десятичному эквиваленту, а числа больше 9 просто не допускаются. BCD также известен как код 8-4-2-1, поскольку каждое число представляет соответствующий вес двоичных цифр. Напротив, код Excess-3 представляет собой невзвешенный код, использовавшийся в более ранних компьютерах. Его кодовое назначение происходит от соответствующего двоично-десятичного кода плюс 3. Преимущество кода Excess-3 заключалось в том, что, дополняя каждую цифру двоичного кодового представления десятичной цифры (дополнение до 1), 9будет сформировано дополнение этой цифры. В следующей таблице перечислены все десятичные цифры и их эквиваленты в кодах BCD и Excess-3. Я также включил отрицательный эквивалент каждой десятичной цифры, закодированной с использованием кода Excess-3. Например, дополнение 0100 (1 десятичный знак) равно 1011, то есть 8 десятичных знаков. Вы можете найти больше десятичных кодов на странице 18 «Цифрового дизайна» М. Морриса Мано (текст курса).

Двоично-десятичный код (BCD)		Превышение-3
Десятичная цифра	Двоичный код 8-4-2-1	Десятичная цифра	Двоичный код	9 комплиментов
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Н/Д Н/Д Н/Д Н/Д Н/Д Н/Д	0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111	н/д Н/Д Н/Д 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Н/Д Н/Д Н/Д	0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111	1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000

Проблема с буквенно-цифровыми символами

Представляет буквенно-цифровые данные (строчные и прописные буквы алфавита (az, A-Z), цифровые числа (0-9) и специальные символы (возврат каретки, перевод строки, точка и т. д.). .).

Решение

Для представления прописных и строчных букв алфавита плюс десять цифр необходимо не менее 62 (2×26+10) уникальных комбинаций. 2 ⁶ или 64 уникальные комбинации будут работать, для специальных символов останется только 2 комбинации. С другой стороны, код, использующий 7 бит, обеспечивает 2 ⁷ или 128 комбинаций, что дает более чем достаточно места для алфавита, цифр и специальных символов. Итак, кто решает, какие бинарные комбинации каким символам соответствуют. Здесь нет «лучшего пути». Около тридцати лет назад IBM выпустила новую серию компьютеров, в которых для хранения одного символа использовалось 8 бит (2 ⁸ = 256 комбинаций), и разработала расширенный двоично-десятичный код обмена (EBCDIC, произносится как ep-su-dec). для этой цели. Поскольку у IBM была почти монополия в области компьютеров, в то время другие производители компьютеров отказались принять EBCDIC, и именно так появился 7-битный американский стандартный код для обмена информацией (ASCII). В настоящее время ASCII принят практически всеми производителями микрокомпьютеров и мини-компьютеров. В таблице ниже показан частичный список кодов ASCII. На странице 23 текста перечислены все 128 кодов с пояснениями к управляющим символам.

ДЕКАБРЬ	ШЕСТИГР.	СИМВОЛ	ДЕКАБРЬ	ШЕСТИГР.	СИМВОЛ
32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63	20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2А 2Б 2С 2D 2Е 2F 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3А 3Б 3С 3D 3Е 3F	! » # $ % и ‘ ( ) * + , – * / 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; ?	64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95	40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4А 4Б 4С 4D 4Е 4F 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 5А 5Б 5С 5D 5Е 5F	@ А Б С Д Е Ф Г Х я Дж К л М Н О 9 _

Слово «строка» обычно используется для описания последовательности символов, хранящихся в виде их числовых кодов (например, ASCII).

Хотя для ASCII требуется только 7 бит, в компьютерах стандартом является использование 8 бит, где крайний левый бит равен 0. Это позволяет вам кодировать еще 128 символов (включая такие символы, как греческие буквы), что дает вам расширенных символов. набор символов , просто заставив крайний левый бит быть 1. Это также может привести к компьютерной версии Вавилонской башни. В качестве альтернативы крайний левый бит может использоваться для обнаружения ошибок при передаче символов по телефонной линии. Что подводит нас к нашей следующей проблеме.

Synthesis

Хотя ASCII решает проблему связи между англоязычными компьютерами, как насчет японских, китайских или русских компьютеров, которые имеют разные, и во всех этих примерах, более крупные алфавиты?

Проблемы со связью

Двоичная информация может передаваться последовательно (по одному биту за раз) через какую-либо форму связи, такую ​​как телефонная линия или радиоволна. Любой внешний шум, внесенный в среду, может изменить битовые значения с 1 на 0 или наоборот.

Решение

Самое простое и наиболее распространенное решение проблемы связи заключается в добавлении к отправляемой информации бита четности . Функция бита четности состоит в том, чтобы сделать общее количество отправляемых единиц либо нечетным (нечетная четность), либо четным (четная четность). Таким образом, если было отправлено любое нечетное количество единиц, но получено четное число единиц, вы знаете, что произошла ошибка. В приведенной ниже таблице показаны соответствующие биты четности (нечетные и четные), которые будут добавлены к 4-битному фрагменту данных.

Синтез

Что произойдет, если две двоичные цифры изменят значения битов? Можно ли разработать систему не только для обнаружения ошибок, но и для идентификации и исправления измененных битов? Один из наиболее распространенных кодов исправления ошибок был разработан Р. У. Хэммингом. Его решение, известное как код Хэмминга, можно найти в самых разных местах, от схемы оперативной памяти (ОЗУ) до телекоммуникационной линии космического корабля. Дополнительные сведения о кодах исправления ошибок см. на стр. 29.9 к 302 текста.

Хотя обнаружение ошибок — это хорошо, предотвращение их появления — еще лучше. Что, конечно же, подводит нас к нашей следующей проблеме.

Ошибка энкодера вала

Когда вал вращается, вам необходимо преобразовать его радиальное положение в двоично-цифровое число.

Решение

Тип кодера, который будет кратко описан ниже, преобразует положение вала в двоично-кодированное цифровое число. Это преобразование будет выполнено несколькими различными типами устройств; описываемый тип представляет устройства, используемые в настоящее время, и следует понимать, что более сложные кодеры могут обеспечить дополнительную точность. Кроме того, обычно возможно преобразовать физическое положение в электрический сигнал аналогового типа, а затем преобразовать этот сигнал в цифровую систему. Однако в целом можно построить более прямые и точные кодеры, исключив промежуточный этап преобразования физического положения в аналоговый электрический сигнал. На рисунке ниже показан диск с кодированными сегментами, соединенный с валом.

Энкодер может быть физически реализован с использованием электромеханической (щеточной) или электрооптической технологии. Предполагая электрооптическое решение, кодирующий диск состоит из полос, разделенных на прозрачные сегменты (заштрихованные области) и непрозрачные сегменты (незаштрихованные области). С одной стороны диска размещен источник света, а с другой стороны — набор из четырех фотоэлементов, расположенных так, что по одной ячейке находится за каждой полосой диска кодера. Если между источником света и светочувствительной клеткой находится прозрачный сегмент, будет получен результат 1; и если перед фотоэлементом находится непрозрачная область, будет выход O.

Существует одна основная проблема с показанным кодером: если диск находится в позиции, где выходное число меняется с 011 на 100, или в любой позиции, где несколько битов изменяют значение, выходной сигнал может стать неоднозначным. Как и в любом физически реализованном устройстве, как бы тщательно оно ни было изготовлено, кодер будет иметь ошибочные выходы в нескольких позициях. Если это происходит, когда 011 изменяется на 100, возможно несколько ошибок; значение может быть прочитано как 111 или 000, любое из которых является значением со значительными ошибками. Чтобы обойти эту трудность, инженеры используют код «Грей» или «единичное расстояние» для формирования диска кодера (см. предыдущий рисунок). В этом коде 2 бита никогда не меняют значения в последовательных закодированных двоичных числах. При использовании диска с кодировкой Грея 6 может быть прочитано как 7, а 4 как 5, но больших ошибок не будет. В таблице ниже показан список 4-битного кода Грея.

Десятичный	Серый Код
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000

Synthesis

Код Грея используется во множестве приложений, кроме энкодеров. Например, КМОП-схемы потребляют наибольший ток при переключении. Если одновременно переключается большое количество цепей, могут возникнуть нежелательные явления, такие как «отскок земли» и «помехи электромагнитных помех». Если транзисторы переключаются из-за каких-то последовательных явлений (например, подсчета), то этих нежелательных посетителей можно свести к минимуму, заменив взвешенный двоичный код кодом Грея.

Если входные данные для двоичной машины поступают от энкодера, использующего код Грея, каждое слово должно быть преобразовано в обычный двоичный или двоично-десятичный битовый эквивалент. Как это может быть сделано? Прежде чем вы сможете ответить на этот вопрос, вам нужно узнать о булевой алгебре — какое совпадение, это тема следующего раздела.

Набор инструкций ATmega328P (стр. 12-14)

Схема Arduino Proto-Shield

Рисунок: Arduino Proto-Shield




Программирование Arduino Uno на языке ассемблера — micropi

Недавно я экспериментировал с программированием Arduino Uno на языке ассемблера. Здесь я объясню, как установить и настроить Microchip Studio для этого, покажу, как использовать последовательный интерфейс Arduino, и напишу пример программы для демонстрации.

Установка Microchip Studio

Microchip Studio — это IDE, которую мы собираемся использовать для программирования Arduino — она содержит ассемблер, необходимый для перевода языка ассемблера в машинный язык. Microchip — это компания, которая приобрела Atmel, производящую микроконтроллеры AVR, которые используются в Arduinos. Вы обнаружите, что во многих онлайн-учебниках рассказывается об Atmel Studio, которая стала частью Microchip Studio, когда Atmel была приобретена, и больше не доступна.

Вы можете скачать Microchip Studio с веб-сайта Microchip здесь. Установщик спрашивает, какие семейства плат вы хотите установить — я выбрал только AVR, так как это то, что использует Arduino, и отменил выбор двух других. Тем не менее, вы можете установить другие, если хотите. Я также решил не устанавливать расширенный фреймворк, но вы можете это сделать, если хотите.

Создание первого проекта

После установки Microchip Studio вы можете открыть его и перейти в File > New > Project, чтобы создать свой первый проект. В открывшемся диалоговом окне выберите «Assembler» слева и выберите появившуюся опцию «AVR Assembler Project». Дайте ему имя и местоположение внизу и нажмите OK, чтобы создать проект.

Далее вас спросят, на каком устройстве вы хотите запустить проект. Arduino Uno содержит ATmega328P, поэтому выберите эту опцию — вы можете искать в правом верхнем углу. Убедитесь, что вы не выбрали ATmega328 или ATmega328PB, если только вы не думаете, что ваша плата использует один из них.

Настройка AVRDUDE

Microchip Studio может напрямую программировать микроконтроллеры, только если вы купите специальный программатор. Однако AVRDUDE — это утилита командной строки, которую можно использовать для программирования через USB, как обычно с Arduino. Arduino IDE фактически использует AVRDUDE для программирования Arduino под капотом.

Если у вас установлена ​​Arduino IDE, вам не нужно устанавливать AVRDUDE, вы можете использовать копию, поставляемую с IDE.

Мы собираемся настроить AVRDUDE в качестве внешнего инструмента в Microchip Studio. Это можно сделать, перейдя в Инструменты > Внешние инструменты. Дайте записи название, я назвал его «Вспышка». В команде должен быть путь к исполняемому файлу AVRDUDE, у меня это был

 C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe 

А аргументы должны выглядеть следующим образом:

 -v -patmega328p -carduino -PCOM4 -b115200 -D -Uflash:w:"$(ProjectDir)Debug\$(TargetName).hex":i -C"C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware \tools\avr\etc\avrdude.conf" 

• -v: подробный вывод
• -p: указывает, на какой чип мы хотим писать программы
• -c: указывает используемый метод программирования, в данном случае arduino
• -P: порт, к которому подключен Arduino. Его можно найти в Windows, перейдя в Диспетчер устройств, выбрав «Порты (COM и LPT)» и найдя порт, соответствующий Arduino 9. 1920
• -b: скорость передачи, используемая при программировании микросхемы.
• -D: отключает стирание флэш-памяти перед записью в нее.
• -U: указывает, что должен делать AVRDUDE. «flash» указывает на использование флэш-памяти чипа, «w» указывает на запись в нее, каталог — это файл машинного кода для записи, а «i» указывает, что файл находится в шестнадцатеричном формате Intel. «$(ProjectDir)» и «$(TargetName)» автоматически заменяются Microchip Studio для получения пути к собранному файлу.
• -C: указывает путь к файлу конфигурации AVRDUDE — он зависит от того, где у вас установлена ​​среда разработки Arduino IDE.

Также стоит установить флажок «Использовать окно вывода», чтобы вы могли легко видеть вывод при программировании Arduino.

Пример программы – инвертор строк

Теперь мы можем попробовать создать программу для проверки нашей установки.

Запись на последовательный монитор

Следующие две подпрограммы могут использоваться для отправки данных на последовательный монитор на подключенном ПК.

serial_init настраивает соединение USART для использования скорости 9600 бод и ожидаемых параметров форматирования и четности, а serial_transmit ожидает, пока не будет передан последний символ, прежде чем передать символ, хранящийся в регистре 19, по последовательному соединению. Эти подпрограммы взяты из полезного репозитория GitHub Алана Пирсона здесь.

Чтение с последовательного монитора

Мы также можем считать данные с последовательного монитора с помощью этой подпрограммы:

Он ожидает установки бита завершения приема в регистре состояния USART (бит 7 в 0xc0), а затем сохраняет полученный байт в регистре данных ввода/вывода (0xc6) в регистре 19.

Использование stack to reverse strings

Теперь, когда мы можем получать и передавать данные по последовательному соединению, мы можем написать программу, которая получает данные и отправляет их обратно в обратном порядке.

Он работает, помещая каждый введенный пользователем символ в стек, затем извлекая их один за другим и печатая их. Элементы, помещаемые в стек, извлекаются в обратном порядке, потому что это структура данных «последний пришел – первый ушел».

Он начинается с вызова serial_init для инициализации последовательного соединения.

На стартовой метке он помещает 0x0a в стек ( 0a — это ASCII-код символа новой строки в шестнадцатеричном формате) и печатает байт 0x3e (код символа «>») — это приглашение пользователя ввести строку.

В цикле он вызывает serial_receive для загрузки следующего символа в регистр 19, затем немедленно вызывает serial_transmit для печати только что введенного пользователем символа. Затем он сравнивает символ с символом новой строки 0x0a . Если они равны, выполняется переход к метке input_finished . В противном случае он помещает символ в стек и снова зацикливается.

По метке input_finished он извлекает символ из стека и печатает его. Если символ был новой строкой (новая строка, которую мы нажали в начале), вся строка была напечатана, поэтому она возвращается к год, стартовый номер . В противном случае он возвращается к input_finished и продолжает извлекать и печатать символы, пока не встретит новую строку.

Посмотреть программу на GitHub можно здесь.

Запись программы на Arduino

Теперь, когда программа готова, нам нужно собрать ее в машинный код. Это можно сделать, нажав F7 или выбрав Build > Build Solution. Надеюсь, вы увидите вывод ассемблера с надписью «Сборка выполнена успешно». Однако, если есть ошибки, появится список ошибок и их номера строк.

После того, как программа собрана, ее можно прошить на Arduino. Перейдите в «Инструменты» и нажмите на то, что вы назвали AVRDUDE ранее (я назвал это «Flash»). Надеюсь, вы увидите содержимое флэш-памяти и проверяемых фьюзов в окне вывода, что свидетельствует об успешном завершении.

Если вы видите сообщение типа ser_open(): не удается открыть устройство "\\.