Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство цифровых технологий Республики Узбекистан

Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада ал-Хоразмий

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

По предмету

«Встроенные системы»

Выполнил (а): Шербеков С.

Студент группы: 420-20

Принял (а): Мусажонова Д.

Ташкент 2023



Лабораторная работа №1

Тема: RGB-светодиод. Широко-импульсная модуляция

Цель лабораторной работы:

В этой лабораторной работе будет рассмотрена широко-импульсная модуляция, которая позволяет Arduino выводить аналоговую информацию на свои цифровые выходы, и с помощью этих знаний сможет заставить светодиоды RGB светиться нужными цветами.

Необходимые предметы для лабораторной работы:

- Контроллеры Arduino UNO;

- печатная плата;

- RGB-светодиод;

- сопротивление 220 Ом - 3 шт.;

- провода с разъемами на обоих концах.

Цифровые выходы Arduino могут подавать либо +5 В (ВЫСОКИЙ), либо 0 В (НИЗКИЙ). Но от величины напряжения зависит многое: например, яркость светодиода или скорость вращения мотора. ШИМ (широтно-импульсная модуляция или ШИМ) используется для генерации парциального напряжения.

IKM - это операция преобразования переменного аналогового значения в цифровой сигнал. На выходе цифровой сигнал чередуется между постоянным максимальным и минимальным значениями. Смена состояний имеет частоту в несколько тысяч герц. Глаз не улавливает мигания выше 50 Gs, поэтому нам кажется, что диод не мигает, возможно, не горит на полную мощность. Ширина импульса варьируется для получения различных аналоговых величин (см. рис. 1).

Задачей аналоговой Write() является выдача IKM-сигнала на цифровой выход Arduino, после вызова аналоговой Write() на цифровом выходе Arduino формируется постоянная прямоугольная импульсная волна заданной ширины до момента AnalogWrite() вызывается снова, ИКМ - частота сигнала 490 Гц.

Рисунок 1. Зависимость значений сигнала ИКМ от ширины импульса

На платах Arduino Nano и UNO питание IKM подается на контакты 3, 5, 6, 9, 10 и 11, а на плате Mega - на контакты 2-13.

Эти выходы отмечены символом ~ на языке.

В данной практической работе мы будем использовать светодиод

RGB. RGB (Red, Green, Air color) - это аббревиатура слов, с помощью которых можно получить произвольные цвета, проводя по ним пальцем.

RGB-светодиод отличается от обычных диодов тем, что состоит из трех небольших кристаллов, способных синтезировать любой цвет. Светодиод RGB имеет 4 контакта (см. рис. 2). К плате Arduino подключен RGB-светодиод, благодаря чему он светится всеми цветами радуги. На рис. 3 показано подключение светодиода RGB к плате Arduino.

Теперь можно приступать к написанию эскиза. На самом деле в радуге проявляется много цветов, причина, по которой получаются основные 7 цветов, заключается в том, что только эти цвета могут быть четко восприняты и идентифицированы человеческим глазом, и мы можем их различать. Список 7 основных цветов радуги, разделенных на составляющие R, G ЎV, приведен в таблице 1.



Рисунок 2. Ножки RGB - светодиодов

Рисунок 3. Схема подключения RGB - светодиода

Таблица 1

Цвет	R	G	B
Красный	255	0	0
Оранжевый	255	125	0
Жёлтый	255	255	0
Зелёный	0	255	0
Голубой	0	255	255
Синий	0	0	255
Чёрный	255	0	255

Наш светодиод должен переходить от красного к чернильному через все 7 основных цветов. Алгоритм вычисления цветов радуги в произвольных интервалах следующий:

1. В качестве отправной точки вычисления взяв красный цвет мы делаем (255, 0, 0).

2. Синяя составляющая G медленно увеличивается до тех пор, пока пламя не достигнет значения цвета (255, 125, 0), затем желтый цвет (255,255, 0).

3. R постепенно увеличивает значение красного содержания до значения зеленого (0, 255, 0) уменьшается. 4. V постепенно увеличивает значение содержания синего до значения цвета воздуха (0, 255, 255) уменьшается.

5. G постепенно изменяет значение содержания зеленого на значение синего (0, 0, 255) уменьшается.

6. R постепенно изменяет значение содержания красного на значение цвета чернил (255, 0, 255) уменьшается. 255) увеличивается.

7. Переходим к следующему шагу. Содержимое скетча представлено в Listing 1.

Данный 1. Listing

constintRED=11; // RGB- красная ножка светодиода выход

constintGREEN=10; // RGB-выход зеленой ножки светодиода

constintBLUE=9; // RGB-выход синей ножки светодиода

intred; // Переменная для хранения R-содержащего цвета

intgreen; // Переменная для хранения цвета G-контента

intblue; // Переменная для хранения цвета V-контента voidsetup()

{;}

voidloop ()

{

//от красного к желтому

red=255; green =0; blue =0;

for (green= 0; green<= 255; green++)

setRGB (red, green, blue); // от желтого к зеленому

for (red=255; red>=0; red--)

setRGB (red, green, blue); // от зеленого к синему

for (blue=0; blue <=255; blue++)

setRGB (red, green, blue); // от голубого к синему

for (green-255; green>=0; green--)

setRGB(red,green, blue); // от синего к черному

for(red=0; red<=255; red++)

setRGB(red, green, blue);

delay(2000);

}

// функция установки цвета RGB-светодиода

void setRGB(int r, int g, int b)

{

analogWrite (RED, r);

analogWrite (GREEN, g);

analogWrite (BLUE, b);

delay(10);

}

Лабораторная работа 2

Тема: Одноразрядный семисегментный светодиодный индикатор

Цель лабораторной работы:

В этой лабораторной работе исследуется работа однофазного семисегментного светодиодного индикатора, который должен быть предусмотрен для того, чтобы позволить Arduino отображать числовые результаты.

Необходимые предметы для лабораторной работы:

Контроллер Arduino UNO;

- печатная плата;

- одноразрядный семисегментный индикатор;

- сопротивление 510 Ом - 7 шт.;

- провода с разъемами на обоих концах.

Семисегментный светодиодный индикатор состоит из группы светодиодов, расположенных в определенном порядке и построенных с точки зрения Выводы светодиода пронумерованы от а до (и отмечены дополнительными буквами d для обозначения десятичных знаков) и имеют один общий вывод, который определяет тип подключения индикатора (подключение к общему аноду ОА или подключение к общему катоду ОК). На индикаторе можно генерировать числа, включив одновременно несколько светодиодов. Схема семисегментного индикатора с одним разрядом дана на рисунке 1.

7 цифровых контактов используются для подключения однодискового семисегментного светодиодного индикатора к Arduino. В практической работе используется соединение с общим катодом семисегментного индикатора ОК, общий провод подключается к земле. Подключение одноразрядного семисегментного индикатора к плате Ардуино показано на рисунке 2.

Рис. 1. Схема однозарядного семисегментного индикатора

Рисунок 2. Схема подключения семисегментного индикатора к Arduino



Скетч начал писаться. Семисегментный индикатор циклически отображает цифры от 0 до 9 каждую 1 секунду. Создается массив значений чисел до 09, старший байт соответствует сегменту a индикатора, а меньший - сегменту g.

номера байтов [10] {B11111100, B01100000, B11011010,

=V11110010, B01100110, B10110110, B10111110, B11100000,

B11111110, B11110110};

Побитовые операции языка используются для изменения значения числа при выводе значения на выходы Arduino.

Ардуино:

Бит Читать(х,п); // x байт для формирования значения n разряда

В листинге 6.1 приведен рабочий эскиз.

1 листинг

//Пин-лист Arduino для подключения к разрядам a-g

// семисегментный индикатор

intpins[7]={2,3,4,5,6,7,8};

// Значение для вывода чисел от 0 до 9

номера байтов[10]

=

B11110010, B01100110, B10110110, B10111110, B11100000,

{ В11111100, В01100000, В11011010,

Б11111110, Б11100110};

// переменная для хранения текущего числового значения

мтномер=0;

voidsetup()

{

// изменить точки подключения, такие как выходы

для (int=0;i<7;i++)

pinMode (контакты [i], ВЫХОД);

пустой цикл ()

{

показать номер (число);

задержка(1000);

число (число+1)110;

}

// функция вывода чисел на семисегментный индикатор

недействительным showNumber (целое число)

{

для (целое i=0;i<7;i++)

{

if(bitRead(numbers[num], 7-i)-HIGH) // вклюцифровая запись (контакты

[i], НИЗКИЙ);

}

}

Лабораторная работа 3

широкий импульсный аrduino светодиодный микросхема

Тема: 4-разрядная матрица состоящая из 7 семисегментных индикаторов. Реализовать динамическое отображение

Цель работы: В этой лабораторной работе будет рассмотрено использование Arduino с 4-значной семисегментной матрицей. Знание того, что Arduino можно использовать для вывода данных на несколько семисегментных индикаторов, требует понимания динамического отображения.

Необходимые предметы для лабораторной работы:

1. печатная плата;

2. 4-разрядный семисегментный индикатор;

3. сопротивление 510 Ом - 8 ед.;

4. кнопка;

5. 10 кОм сопротивление;

6. провода с разъемами на обоих концах.

1. 4-разрядная матрица на семисегментных индикаторах состоит из 4-х семисегментных индикаторов и предназначена для вывода на матрицу одновременно 4-х чисел. Схема 4-разрядной матрицы в 7-сегментных индикаторах приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. 4-разрядная матричная схема на 7-сегментных индикаторах

Требуется в точках подключения A-G и DP для вывода номера

Светодиоды должны гореть и НИЗКИЙ уровень на выходах 6, 8, 9 или 12. Желаемая матрица выбирается, давая. Точки подключения матрицы подключены к плате Arduino и выходам к разным разрядам матрицы. Для подключения необходимы 12 контактов Arduino. Схема подключения 4-битной матрицы к плате Arduino приведена на рисунке 2. Подключение к точкам осуществляется через ограничительный резистор номиналом 510 Ом.

Рисунок 2. Схема подключения 4-битной матрицы к Ардуино

Записывается схема вывода чисел (0-9) в произвольный регистр последовательной матрицы. Мы используем функцию random для выбора случайного значения из заданного интервала. В массиве numbers[] хранятся соответствующие информационные значения для представления чисел 0-9 (старший битовый байт соответствует символу сегмента A индикатора, младшие биты - сегменту G), в выводах [ ]массив - значения точек соединения для сегментов A-G и DP, массив pindigits[ ] хранит значение точек соединения для выбора матричного разряда. Ссылка на скетч приведена в листинге 1.

1 Listing

// для подключения к выходам a-g семисегментного индикатора

// Список контактов Arduino

int pins[8]={9,13,4,6,7,10,3,5}; // значения для вывода 0-9

byte numbers [10] = {B11111100, B01100000, B11011010,

Б11110010, Б01100110, Б10110110,

Б10111110, Б11100000, Б11111110,

Б11110110};

// переменная для хранения текущего числового значения

intnumber = 0;

// то же, что у семисегментного индикатора

intpindigits[4]={2,8,11,12};

// переменная для хранения текущего значения цифры

intdigit=0;

voidsetup()

{

// изменить точки подключения, такие как вывод

for (inti = 0; i <8; i ++)

pinMode (pins [i], OUTPUT);

for (int i = 0; i <4; i ++)

{pinMode(pindigits[i],OUTPUT);

digitalWrite(pindigits[i],HIGH);

}

}

Void loop()

{

number (number+1)%10;

showNumber (number); // ДС

for (int i = 0; i <4; i ++)

digitalWrite(pindigits[1],HIGH);

digit = random (0,4);

digitalWrite(pindigits[digit],LOW);

delay(3000); // задержка 3 секунды

}

// функция вывода числа на семисегментный индикатор

Void showNumber (int num)

}

for (int i = 0; i <7; i ++)

{

if(bitRead(numbers[num], 7-i)=HIGH) // зажечь сегмент

digitalWrite(pins[i], HIGH);

else // потушить сегмент

digitalWrite (pins[i], LOW);

}

}



Порядок выполнения лабораторной работы:

1. Семисегментный индикатор подключается, как показано на рисунке 2.

2. Необходимо загрузить скетч из листинга 1 на плату Arduino.

3. Цифры отображаются на семисегментном индикаторном экране.

Возникает вопрос: как одновременно извлечь числа во все позиции матрицы? Если все разряды выбраны одновременно (выводы 6, 8, 9, 12 одновременно подаются LOW), то все разряды будут иметь одинаковый номер. Но каждому разряду должны присваиваться разные номера одновременно. Эта проблема решается динамическим отражением. Динамическое отражение означает, что разряды индикатора загораются попеременно с частотой, незаметной для человеческого глаза (повышенной). Если индикаторы вынуждены отображать информацию с достаточно высокой скоростью, то человеческому глазу кажется, что все индикаторы непрерывно отображают свою информацию. В результате можно будет передавать последовательно отраженную информацию по одному проводу. Обычно достаточно частоты обновления 50 ГГц, но лучше увеличить эту частоту до 100 ГГц.

На матрице написан эскиз секундомера. Для подсчета времени используется функция Arduino millis(), которая возвращает количество миллисекунд, прошедших с момента запуска скетча. В схему добавлена кнопка и счетчик от 0-999 секунд с точностью 0,1 создается секундомер, который запускается с нуля при нажатии кнопки и останавливается при повторном нажатии кнопки, отображая прошедшее время. В листинге 2 показан эскиз секундомера.

2 Listing

//список пинов Arduino для подключения к разрядам a-g

// семисегментный индикатор

intpins[8]={9,13,4.6,7,10,3,5};

// измельчение для вывода чисел 0-9

Byte numbers[10] = {B11111100, V01100000, B11011010,

Б11110010, Б01100110, Б10110110,

Б10111110, Б11100000, Б11111110,

Б11110110};

// переменная для обработки и хранения текущего значения

Int num=0;

Int num1=0;

Int num2=0;

// семисегментный индикатор

intpindigits[4]={2,8,11,12};

// переменная для хранения текущего разряда

intdigit=0;

// 100 мс для измерения.

unsignedlongmillisl=0;

// подпрограмма 1 - таймер работает

mode=0;

constintBUTTON-14; // 14(AO) точка подключения для подключения

кнопки

inttekButton = LOW; // переменная для хранения текущего состояния

кнопки

intprevButton = LOW; // Чтобы сохранить предыдущее состояние

кнопки

// кнопка

Лабораторная работа 4

Тема: Микросхема сдвигового регистра 74НС595. Управляем матрицей из 4 разрядов, экономим выходы Arduino

Цель работы:

В этом эксперименте мы рассмотрим работу Arduino с микросхемой 74HC595 - расширителем выходов, позволяющей уменьшить количество выводов Arduino для управления 4-разрядной семисегментной матрицей.

Рис. 1. Микросхема 74НС595

Необходимые компоненты:

* контроллер Arduino UNO;

* плата для прототипирования;

* 4-разрядная семисегментная матрица;

* микросхема 74HC595;

* резистор 510 Ом - 7 штук;

* провода;

Цифровых выводов Arduino Nano и UNO, а иногда даже и Arduino Mega может не хватить, если требуется управлять большим количеством выводов. В этом случае можно использовать микросхему 74HC595. Микросхема 74HC595 - восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательным вводом, последовательным или параллельным выводом информации, с триггером-защелкой и тремя состояниями на выходе. Назначение контактов микросхемы 74HC595 показано на рис.1.

Для управления нам вполне достаточно всего лишь трех выводов: SH_CP, ST_CP и DS. Когда на тактовом входе SH_CP появляется логическая единица, регистр считывает бит со входа данных DS и записывает его в самый младший разряд. При поступлении на тактовый вход следующего импульса все повторяется, только бит, записанный ранее, сдвигается на один разряд, а его место занимает вновь пришедший бит. Когда все восемь битов заполнились, и приходит девятый тактовый импульс, регистр снова начинает заполняться с младшего разряда, и все повторяется вновь.

Чтобы данные появились на выходах Q0…Q7, нужно их ?защелкнуть?. Для этого необходимо подать логическую единицу на вход ST_CP. Чтобы мы ни делали с регистром, данные на выходах не изменятся, пока мы вновь не ?защелкнем? их.

Вывод Q7" предназначен для последовательного (каскадного) соединения сдвиговых регистров. При таком подключении биты из первого регистра будут проталкиваться в следующий в каскаде регистр, из него - в следующий и т. д. Таким образом, каскад из двух 8-битных регистров будет работать как один 16-битный. Можно соединить сколько угодно микросхем.

В следующем эксперименте со светодиодной матрицей мы рассмотрим каскадное подключение микросхем 74HC595, в данном эксперименте мы используем только одну микросхему - восемь выводов микросхемы 74HC595 подключены к восьми сегментам матрицы, четыре вывода матрицы для выбора разряда подключены к четырем выводам платы Arduino. Схема подключения представлена на рис. 2.

Arduino проект www.arduino-kit.ru

Рис. 2. Схема подключения 4-разрядного семисегментного индикатора с использованием сдвиговых регистров 74HC595



Приступаем к написанию скетча запуска и останова секундомера 0-999 сек с точностью 0.1 сек. Используем библиотеку Arduino SPI. Поскольку при использовании библиотеки SPI применяются Arduino выводы 11 и 13, для выбора регистров матрицы используем выводы Arduino 4, 5, 6, 7. Содержимое скетча показано в листинге 1.

// Подключение библиотеки SPI

#include <SPI.h>

// пин SS

int pin_spi_ss=8;

// значения для вывода цифр 0-9

byte numbers[10] = { B11111100, B01100000, B11011010,

B11110010, B01100110, B10110110,B10111110, B11100000,

B11111110,B11110110};

// переменная для хранения значения текущей цифры

int number=0;

int number1=0;

int number2=0;

// семисегментного индикатора

int pindigits[4]={4,5,6,7};

// переменная для хранения текущего разряда

int digit=0;

//

unsigned long millis1=0;

void setup()

{

SPI.begin();

// Сконфигурировать контакты как выходы

pinMode(pin_spi_ss,OUTPUT);

for(int i=0;i<4;i++)

{pinMode(pindigits[i],OUTPUT);

digitalWrite(pindigits[i],HIGH);

}

}

void loop()

{

if(millis()-millis1>=100)

{millis1=millis1+100;

number=number+1;

if(number==10000)

number=0;

}

number1=number;

for(int i=0;i<4;i++)

{

number2=number1%10;

number1=number1/10;

showNumber(number2,i);

for(int j=0;j<4;j++)

digitalWrite(pindigits[j],HIGH);

digitalWrite(pindigits[i],LOW);

delay(1);

}

}

// функция вывода цифры на семисегментный индикатор

void showNumber(int num,int dig)

{

byte maska;

digitalWrite(pin_spi_ss,LOW);

if(dig==1) maska=1;

else maska=0;

SPI.transfer(numbers[num]+maska);

digitalWrite(pin_spi_ss,HIGH);}}

Размещено на allbest.ru

...