Содержание

Содержание                                                                                

Введение                                                                                        5

1  Микропроцессорная платформа Arduino                                        6

1.1.1 Описание платформы        Arduino                                                6

1.1.2 Описание языка программирования платформы Arduino                7

2 Разработка лабораторного макета изучения интерфейса беспроводной персональной сети                                                                8

2.1.1 Описание технологии персональных сетей                                8

2.1.2 Особенности персональных сетей                                                9

2.1.3 Описание технологии Bluetooth                                         10

2.1.4 Архитектура Bluetooth                                                         10

2.1.5 Стек протоколов Bluetooth                                                 12

2.1.6 Кадры Bluetooth                                                                 14

2.2.1 Спецификация лабораторного макета                                 16

2.2.2 Описание платформы Arduino UNO R3                                 16

2.2.3 Программа Blink                                                                 18

2.2.4 Модуль связи HC-05 Bluetooth                                         21

2.3.1 Разработка принципиальной схемы устройства                 23

2.3.2 Описание микропроцессорного устройства дистанционного управления по средствам Bluetooth                                                         23

2.3.3 Макетная схема микропроцессорного устройства дистанционного управления по средствам Bluetooth                                 24

2.3.4 Реализация программного кода для микропроцессорного устройства и его описание                                                                 24

2.3.5 Практическая реализация лабораторного макет дистанционного управления по средствам Bluetooth                                                         26

3 Разработка лабораторного макета изучения последовательного интерфейса на базе платформы Arduino                                                 27

3.1.1 Описание технологии SPI                                                 27

3.1.2 Общие сведения о протоколе SPI                                         27

3.1.3 Подключение устройств SPI                                                 28

3.1.4 Конфигурация интерфейса SPI                                         29

3.1.5 Топология систем связи на базе SPI                                 29

3.1.6 Протокол передачи данных SPI                                         32

3.1.7 Сравнение SPI и I2C                                                         33

3.1.8 Преимущества и недостатки SPI                                         34

3.2.1 Спецификация лабораторного макета                                 34

3.2.2 Сдвиговый регистр                                                         35

3.2.3 Что такое сдвиговый регистр                                         35

3.2.4 Последовательная и параллельная передача данных                 35

3.2.5 Сдвиговый регистр 74HC595                                         36

3.2.6 Назначение контактов сдвигового регистра                         36

3.2.7 Принцип действия сдвиговых регистров                                 38

3.2.8 Передача данных из Arduino в сдвиговый регистр                 38

3.2.9 LCD дисплей 16х2                                                         40

3.2.10 Назначение контактов дисплея                                         41

3.2.11 Библиотека LiquidCrytal                                                 42

3.3.1 Разработка принципиальной схемы устройства SPI                 42

3.3.2 Описание схемы устройства SPI                                         42

3.3.3 Макетная схема микропроцессорного устройства SPI         42

3.3.4 Реализация программного кода для устройства и его описание 44

3.3.5 Практическая реализация лабораторного макета изучения интерфейса SPI                                                                                 45

Заключение                                                                         46

иблиография                                                 47

роверка антиплагиат                                         48

Введение

В данной квалификационной работе стоит задача разработки лабораторных макетов изучения следующих интерфейсов:

Беспроводные персональные сети технологии Bluetooth; Последовательный периферийный интерфейс SPI.

В квалификационной работе присутствует описание устройств, необходимых для реализации лабораторных макетов, технологий интерфейсов реализуемых на базе данных лабораторных макетов, языка программирования, который использовался для программирования микропроцессорных устройств макета, принципиальные и макетные схемы микропроцессорных устройств.

Целью данной работы является построение аппаратной части микропроцессорной системы для выполнения цикла лабораторных работ по изучению интерфейсов передачи данных, ее описание и разработка действующих лабораторных макетов.

1. Микропроцессорной платформа Arduino

1.1.1 Описание платформы Arduino

Arduino — торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники, ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino.[1]

Arduino и Arduino-совместимые платы спроектированы таким образом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты. Эти платы расширений подключаются к Arduino посредством установленных на них штыревых разъёмов. Существует ряд плат с унифицированным конструктивом, допускающим конструктивно жесткое соединение процессорной платы и плат расширения в стопку через штыревые линейки. Кроме того, выпускаются платы уменьшенных габаритов (например, Nano, Lilypad) и специальных конструктивов для задач робототехники. Независимыми производителями также выпускается большая гамма всевозможных датчиков и исполнительных устройств, в той или иной степени совместимых с базовым конструктивом Ардуино.

С помощью Arduino можно реализовать практически любой замысел. Это может быть автоматическая система управления поливом, или веб-сервер, или даже автопилот для мультикоптера. Итак, Arduino - это платформа для разработки устройств на базе микроконтроллера, на простом и понятном языке программирования в интегрированной среде Arduino IDE.

Трудно даже перечислить все, на что способна платформа Arduino, потому что возможности ограничены только воображением разработчика.

1.1.2 Описание языка программирования платформы Arduino

Программирование платформы Arduino ведется полностью на собсвенной программном обеспечении (IDE), распространяемая бесплатно и доступной на сайте производителя. Оболочка предстваляет собой текстовый редактор, менеджер проектов и собственно сам компилятор и средства загрузки написанной программы на микроконтроллер платформы.

Язык программирования используемый платформой Arduino является C++.

C++ — компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения.

Поддерживает такие парадигмы программирования, как процедурное программирование, объектно-ориентированное программирование, обобщённое программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции. Стандартная библиотека включает, в том числе, общеупотребительные контейнеры и алгоритмы. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков]. В сравнении с его предшественником — языком C, — наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования.

Но тут надо предусмотреть ряд особенностей программирования на платформе Arduino, облегчающим процессор программирования микропроцессора устройства:

Простейшая Arduino-программа состоит из двух функций^ setup() – функция вызывается однократно при старте микроконтроллера, и loop() – функция вызывается после setup () в бесконечном цикле все время работы микроконтроллера. Обязательную в C++ функцию main() препроцессор Arduino создает сам, вставляя туда необходимые «черновые» действия. Arduino IDE не предлагает никаких настроек компилятора и минимизирует другие настройки, что упрощает начало работы для новичков и уменьшает риск возникновения проблем.

Заключение

В данной квалификационной работе были разобраны следующие разделы:

Были рассмотрены семейство платформ Arduino, их описание, способ их программирование; Были изучены персональные сети; Рассмотрели описание технологии Bluetooth, архитектура Bluetooth, стеки протоколов Bluetooth, и кадры Bluetooth; Была рассмотрена платформа Arduino UNO R3, спрособ программирования платформы по средствам программы Blink; Была разработана схема лабораторного макета изучения интерфейса Bluetooth; Рассмотрели описание интерфейса SPI, принцип подключения устройств, конфигурация SPI, и протокол передачи данных SPI; Были изучены принципы работы сдвиговых регистров; Была разработана схема лабораторного макета изучения интерфейса SPI;

По итогу данной работы, были практически реализованы два лабораторных макета изучения интерфейсов Bluetooth и SPI.

Приложение А

Библиография

Официальный сайт Wikipedia Arduino URL: [Электронный ресурс] https://ru. wikipedia. org/wiki/Arduino (дата обращения 03.02.16) Официальный сайт Wikipedia Bluetooth URL: [Электронный ресурс] https://ru. wikipedia. org/wiki/Bluetooth (дата обращения 03.02.16) Официальный сайт Wikipedia SPI URL: [Электронный ресурс] https://ru. wikipedia. org/wiki/Serial_Peripheral_Interface (дата обращения 03.02.16) Официальный сайт AliExpress — качественные товары по оптовым ценам URL: [Электронный ресурс] ru. /ru_home. htm Официальный сайт Arduino. URL: [Электронный ресурс] https://www. arduino. cc/ (дата обращения 03.02.16) Официальный сайт Амперка — Arduino, Raspberry Pi, электронные модули.  URL: [Электронный ресурс] http://amperka. ru/ (дата обращения 03.03.16) , 0-5 4 Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2010. — 944 е.: ил. Блум Джереми Б71 Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2015. - 336 с.: ил.

Приложение Б

Проверка антиплагиат