Η πλακέτα Περιφερειακών ntuAboard

Βάκης, Μιχαήλ; Vakis, Michail

dc.contributor.author	Βάκης, Μιχαήλ
dc.contributor.author	Vakis, Michail
dc.date.accessioned	2023-11-28T19:57:56Z
dc.date.available	2023-11-28T19:57:56Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58346
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26042
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	διδακτική πλακέτα περιφερειακών	el
dc.subject	εφαρμογή IoT	el
dc.subject	PCA9555	el
dc.subject	LCD 16x2	el
dc.subject	πληκτρολόγιο 4x4	el
dc.subject	DAC5571	el
dc.subject	διδασκαλία I2C, SPI, USART, ADC, PWM, One-Wire	el
dc.subject	ULN2003	el
dc.subject	Buzzer	el
dc.subject	DS18B20	el
dc.subject	CH340	el
dc.subject	ESP-01	el
dc.subject	RC-522	el
dc.subject	ntuAboard	el
dc.subject	educational board of peripherals	en
dc.subject	4x4 keypad	en
dc.subject	IoT application	en
dc.title	Η πλακέτα Περιφερειακών ntuAboard	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μικροελεγκτές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-11-06
heal.abstract	Δύο σημαντικά χαρακτηριστικά στη διδασκαλία ενός εργαστηριακού μαθήματος Μικροϋπολογιστών είναι η ενσωμάτωση αρκετών περιφερειακών ώστε να γίνεται εξάσκηση πάνω σε μεγάλη ποικιλία λειτουργιών ενός Μικροϋπολογιστή και η χρήση διαφορετικών αρχιτεκτονικών Μικροϋπολογιστών. Πολλές φορές το hardware που απαιτείται για την ενσωμάτωση των ανωτέρω χαρακτηριστικών είναι αρκετά κοστοβόρο και ταυτόχρονα η εναλλαγή από αρχιτεκτονική σε αρχιτεκτονική μπορεί να αποβεί αρκετά χρονοβόρα διαδικασία αφού ενδεχομένως να απαιτεί την εξ ολοκλήρου εκμάθηση ενός διαφορετικού κάθε φορά συστήματος. Προς λύση του προβλήματος αυτού, στην παρούσα εργασία θα γίνει σχεδιασμός μιας πλακέτας περιφερειακών που θα παρέχει τη δυνατότητα διεπαφής μια ποικιλίας μικροελεγκτών με μια πληθώρα περιφερειακών. Λαμβάνοντας υπόψιν ότι η κύρια χρήση της πλακέτας θα είναι εκπαιδευτική και συνεπώς ανάμεσα στους χρήστες της πλακέτας μπορεί να είναι και φοιτητές ή μαθητές χωρίς προηγούμενη εμπειρία, είναι σημαντικό να προστεθεί και ένα τρίτο απαραίτητο χαρακτηριστικό το οποίο είναι η ανθεκτικότητα σε συνήθη λάθη. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα ενός τέτοιου συστήματος (μικροελεγκτών-πλακέτας περιφερειακών-περιφερειακών) είναι το χαμηλότερο κόστος και η εξοικονόμηση χρόνου διδασκαλίας. Το δεύτερο προκύπτει λόγω του ότι οι φοιτητές/μαθητές θα χρειάζεται να εξοικειωθούν μόνο με ένα σύστημα και μια συγκεκριμένη ποικιλία περιφερειακών και για την εκμάθηση μιας διαφορετικής αρχιτεκτονικής μικροελεγκτή μπορούν να εστιάσουν μόνο στις διαφορές με την ήδη γνωστή αρχιτεκτονική. Για την εξυπηρέτηση του πρώτου σημαντικού χαρακτηριστικού η σχεδιαζόμενη πλακέτα θα προσφέρει διεπαφή με κατάλληλα περιφερειακά τα οποία μεταξύ άλλων θα χρησιμοποιούν τις εξής λειτουργίες ενός Μικροελεγκτή: 1)Χρήση των I/O 2)Επικοινωνία με I2C 3)Επικοινωνία με One-Wire 4)Επικοινωνία με SPI 5)Επικοινωνία με USART 6)Χρήση ADC 7)Χρήση PWM Για να πληρείται το δεύτερο σημαντικό χαρακτηριστικό ένα υποψήφιο σύστημα προκύπτει από το συνδυασμό της δυνατότητας επιλογής λογικής τάσης 3.3V ή 5V και την χρήση του Arduino Uno rev3 pinout για την σύνδεση της πλακέτας μικροελεγκτή. Αυτό επιτρέπει την επιλογή μια μεγάλης ποικιλίας μικροελεγκτών χωρίς να υπάρχει περιορισμός ως προς την αρχιτεκτονική. Για το τρίτο χαρακτηριστικό αρκεί να προστεθούν κατάλληλα κυκλώματα και μέθοδοι προστασίας αλλά και σαφείς οδηγίες.	el
heal.abstract	Two important features in teaching a Microcomputer lab course are the incorporation of enough peripherals to practice a wide variety of Microcomputer functions and the use of different Microcomputer architectures. Usually, the hardware required to integrate the above features is quite costly and at the same time switching from architecture to architecture can be quite a time-consuming process since it may require learning a completely different system each time. To solve this problem, in this project a board of peripherals will be designed that will provide the possibility of interfacing a variety of microcontrollers with a multitude of peripherals. Considering that the main use of the board will be educational and therefore among the users of the board may be university students or high school students with no previous experience, it is important to add a third necessary feature which is resilience to common mistakes. The major advantages of such a system (microcontroller-board of peripherals-peripherals) are the lower cost and the saving of teaching time. The second arises because students will only need to familiarize themselves with one system and a certain variety of peripherals, and for learning a different microcontroller architecture they can only focus on the differences with the already known architecture. To serve the first important feature, the designed board will offer an interface with appropriate peripherals which, among other things, will use the following functions of a Microcontroller: • Use of I/O • Communication using I2C • Communication using One-Wire • Communication using SPI • Communication using USART • Use of ADC • Use of PWM To fulfill the second important characteristic a candidate system results from the combination of the possibility of selecting a logic voltage of 3.3V or 5V and the use of the Arduino Uno rev3 pinout to connect the microcontroller board. This allows a wide variety of microcontrollers to be selected without being limited by architecture. For the third feature, it is sufficient to add appropriate circuits and protection methods as well as clear instructions.	en
heal.tableOfContents	Περίληψη 5 Abstract 6 Ευχαριστίες 7 Κατάλογος Σχημάτων 10 Κατάλογος Πινάκων 12 1 Εισαγωγή 13 2 Σχεδιασμός του κυκλώματος 14 2.1 LED σε κάθε I/O ακροδέκτη 17 2.2 Πλήκτρο σε κάθε θύρα I/O 20 2.3 Ολοκληρωμένο κύκλωμα επέκτασης θυρών I/O 16 pins με σύνδεση I2C (PCA9555) 21 2.4 LCD τύπου HD44780 23 2.5 Πληκτρολόγιο 4x4 25 2.6 Τέσσερα ποτενσιόμετρα για παραγωγή ρυθμιζόμενων αναλογικών τάσεων 27 2.7 Μετατροπέας ψηφιακού σήματος σε αναλογικό (DAC5571) με σύνδεση I2C 28 2.8 Τρία φίλτρα κυματομορφών PWM 30 2.9 Ολοκληρωμένο κύκλωμα 7 Darlington τρανζίστορ (ULN2003) 34 2.10 Buzzer συνδεδεμένο μέσω του ULN2003 για την παραγωγή ήχου 36 2.11 Υποδοχή εξωτερικής τροφοδοσίας 37 2.12 Υποδοχή για αισθητήρα θερμοκρασίας τύπου DS18B20 38 2.13 Μετατροπέας USB σε UART (CH340) 40 2.14 Υποδοχή για ESP-01 Wi-Fi Module 41 2.15 Υποδοχή για RC522 RFID Module μέσω SPI 43 2.16 Πλήρες σχηματικό διάγραμμα ntuAboard 45 3 Σχεδίαση πλακέτας 46 4 Χαρακτηριστικά και Οδηγίες χρήσης 50 4.1 Χαρακτηριστικά 50 4.2 Διάγραμμα ακροδεκτών 50 4.3 Ξεκινώντας 51 4.4 Ελεύθεροι ακροδέκτες 52 4.5 LED σε κάθε I/O ακροδέκτη 54 4.6 Πλήκτρο σε κάθε θύρα I/O 55 4.7 Ολοκληρωμένο κύκλωμα επέκτασης θυρών I/O 16 pins με σύνδεση I2C (PCA9555) 55 4.8 LCD τύπου HD44780 56 4.9 Πληκτρολόγιο 4x4 57 4.10 Ποτενσιόμετρα για παραγωγή ρυθμιζόμενων αναλογικών τάσεων 58 4.11 Μετατροπέας ψηφιακού σήματος σε αναλογικό (DAC5571) με σύνδεση I2C 59 4.12 Φίλτρα κυματομορφών PWM 59 4.13 Ολοκληρωμένο κύκλωμα 7 Darlington τρανζίστορ (ULN2003) 60 4.14 Buzzer συνδεδεμένο μέσω του ULN2003 για την παραγωγή ήχου 61 4.15 Τροφοδοσία 62 4.16 Θερμόμετρο DS18B20 63 4.17 Μετατροπέας USB σε UART (CH340) 64 4.18 ESP-01 WiFi Module 65 4.19 RC522 RFID Module μέσω SPI 67 5 Tested boards 68 5.1 ATmega328PB στην πλακέτα Xplained Mini (AVR αρχιτεκτονική) 68 5.1.1 Παραδείγματα 68 5.2 STM32G491RET6 στην πλακέτα NUCLEO-G491RE (ARM αρχιτεκτονική) 69 5.2.1 Παραδείγματα 71 6 Προβλήματα και Μελλοντικές Βελτιώσεις 71 7 Bibliography 74	el
heal.advisorName	Σούντρης, Δημήτριος
heal.advisorName	Soudris, Dimitrios
heal.committeeMemberName	Σούντρης, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Ξύδης, Σωτήριος
heal.committeeMemberName	Τσανάκας, Παναγιώτης
heal.committeeMemberName	Xydis, Sotirios
heal.committeeMemberName	Soudris, Dimitrios
heal.committeeMemberName	Tsanakas, Panayiotis
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών, Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής και Υπολογιστών, Εργαστήριο Μικροϋπολογιστών και Ψηφιακών Συστημάτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	75
heal.fullTextAvailability	false