Anteprima

Γενικές Πληροφορίες Μαθήματος

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΕΣ (ECS04/EIP108): υποχρεωτικό των Ειδικεύσεων Α: Ηλεκτρονική - Κυκλώματα και Συστήματα (Electronics - Circuits and Systems) (ECS04) και Β: Ηλεκτρονική και Επεξεργασία της Πληροφορίας (Electronics and Information Processing) (EIP108) του ΠΜΣ του Τμήματος Φυσικής: Εφαρμογές της Φυσικής στην Ατμόσφαιρα και στην Ηλεκτρονική

Διδάσκεται στο Α' εξάμηνο και αντιστοιχεί σε 8 πιστωτικές μονάδες (ECTS) για την Ειδίκευση Α και 7 πιστωτικές μονάδες (ECTS) για την Ειδίκευση Β.

Το μάθημα αποτελείται από θεωρητικό (Θ) και εργαστηριακό (Ε) μέρος.

Οι παραδόσεις του μαθήματος γίνονται κάθε Δευτέρα 13:00-15:00 και Τετάρτη 11:00-13:00 στην αίθουσα Φ3 και στο Εργαστήριο Σχεδίασης Συστημάτων με Μικροελεγκτές (Β' κτίριο Φυσικής, 2ος όροφος).

Διδάσκων:

Κωνσταντίνος Γιαννακόπουλος (γραφείο 205, Β' κτίριο Φυσικής, 2ος όροφος, kgian1@upatras.gr) (περισσότερες πληροφορίες)

Ώρες Φοιτητών: Δευτέρα 11:00-13:00, Τρίτη 12:00-13:00, Τετάρτη 13:00-14:00

Εξετάσεις: 20/01/2025-07/02/2025

Ίδρυση ΠΜΣ: 811/12740/24.04.2018 (ΦΕΚ 1607/09.05.2018 τ. Β') όπως διορθώθηκε με το ΦΕΚ 343/11.02.2019 τ. Β' και τροποποιήθηκε με το 86/743/20377/26.06.2020 (ΦΕΚ 3058/23.07.2020 τ. Β')

Κανονισμός ΠΜΣ: 1700/24771/25.07.2018 (ΦΕΚ 3781/03.09.2018 τ. Β') όπως διορθώθηκε με το ΦΕΚ 3774/14.10.2019 τ. Β', τροποποιήθηκε με το 86/743/20377/26.06.2020 (ΦΕΚ 3058/23.07.2020 τ. Β') και επικαιροποιήθκε με το 71380/29.09.2023 (ΦΕΚ 5801/04.10.2023 τ. Β')

Περιεχόμενο μαθήματος

Εισαγωγή στους Μικροελεγκτές

Μικροϋπολογιστές, μικροεπεξεργαστές (αρχιτεκτονική, χαρακτηριστικά, κατηγορίες), μικροελεγκτές (αρχιτεκτονική, πλεονεκτήματα), ενσωματωμένα συστήματα, διαδίκτυο των πραγμάτων, μετατροπή A/D και D/A, pulse width modulation

Η Πλατφόρμα Arduino

Εισαγωγή, πλεονεκτήματα, εξέλιξη και εκδόσεις, σύγκριση εκδόσεων, πρόσθετα, περιγραφή Arduino UNO R3 (δομή, χαρακτηριστικά), Arduino Nano, πρωτόκολλα UART/I²C/SPI

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό του Arduino

Περιβάλλον Arduino IDE και άλλα εργαλεία/εξομοιωτές (Fritzing, Tinkercad, Wokwi, κτλ), Arduino Web Editor, η γλώσσα προγραμματισμού Arduino, προγραμματισμός μικροελεγκτών σε C, δομή ενός Sketch, τύποι δεδομένων/τελεστές, μεταβλητές, ανάπτυξη και κλήση συναρτήσεων, κλήση συναρτήσεων από βιβλιοθήκη, δημιουργία βιβλιοθήκης, bitwise τελεστές και διαχείριση καταχωρητών

Εισαγωγή στους Αισθητήρες

Μικροελεγκτές και αισθητήρες, αισθητήρες θερμοκρασίας, πίεσης, υπερήχων, υπερύθρων, κτλ, επικοινωνία με υπέρυθρες

Η Αρχιτεκτονική του ATmega328

Δομή – δυνατότητες – βασικά αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά, MIPS, RISC/CISC, μπλοκ διάγραμμα, AVR CPU, ALU, καταχωρητές, μετρητής προγράμματος, στοίβα, χάρτης μνήμης

Αρχιτεκτονική και Προγραμματισμός των Περιφερειακών Μονάδων του ATmega328

I/O θύρες (χαρακτηριστικά, καταχωρητές ελέγχου, ψηφιακό διάγραμμα, ρύθμιση, άλλες λειτουργίες), ψηφιακές είσοδοι/έξοδοι, αναλογικές είσοδοι/έξοδοι (ADC διαδοχικής προσέγγισης), pulse width modulation (PWM) (fast PWM, phase correct PWM, PWM συχνότητες, prescaler), διαχείριση χρονιστών και διακοπών (interrupt vectors, εξωτερικές διακοπές), διαχείριση σειριακής θύρας, η διεπαφή TWI (ο δίαυλος I²C, το πρωτόκολλο I²C), SPI, εξοικονόμηση ενέργειας (sleep modes), αναλογικός συγκριτής, επικοινωνία μέσω Ethernet – Ethernet Shield

Συστήματα Λήψης και Καταγραφής Σημάτων στον Υπολογιστή, Εισαγωγή στο LabVIEW

Εργαλεία διαχείρισης, επεξεργασίας και καταγραφής σημάτων στον υπολογιστή, βασικά χαρακτηριστικά, οργάνωση και διαχείριση αρχείων πληροφορίας, LabVIEW και συστήματα συλλογής δεδομένων (βασικοί τύποι δεδομένων, ροή δεδομένων, βασικές δομές, τοπικές μεταβλητές, βασικές γραφικές παραστάσεις, subVIs, διαχείριση αρχείων, επικοινωνία μέσω σειριακής θύρας), παραδείγματα εφαρμογών και συστημάτων συλλογής δεδομένων (διασύνδεση EEPROM και real time clock με I²C πρωτόκολλο και διαχείριση μέσω LabVIEW), LabVIEW LINX Toolkit (ρυθμίσεις, παραδείγματα, συναρτήσεις)

Εισαγωγή στην Πλατφόρμα Raspberry Pi

Raspberry Pi 3 και αρχιτεκτονικές System on Chip (SoC), αρχιτεκτονικές IoT και συστήματα επίβλεψης και αναγνώρισης, λειτουργικά συστήματα και προγραμματισμός σε Python

Εργαστηριακές Ασκήσεις

Άσκηση 1: Εισαγωγή στους μικροελεγκτές με τη βοήθεια του Arduino Uno

Άσκηση 2: Ψηφιακές έξοδοι - PWM έξοδοι

Άσκηση 3: Αναλογικές είσοδοι

Άσκηση 4: Μέτρηση ωμικής αντίστασης και χωρητικότητας, DAC

Άσκηση 5: Διακοπές, Αισθητήρες υπέρηχων - υπέρυθρων, EEPROM

Άσκηση 6: Οθόνη υγρών κρυστάλλων

Άσκηση 7: Wi-Fi, Bluetooth, Internet of Things (IoT)

Άσκηση 8: Εισαγωγή στο LabVIEW, Χειρισμός συστήματος καταγραφής από PC

Άσκηση 9: Διασύνδεση EEPROM και Real Time Clock με I²C πρωτόκολλο

Άσκηση 10: Καταγραφή Απόστασης στο LabVIEW (Arduino IDE/VISA vs LINX)

Βαθμολογία

Εργαστήριο 50%

Project

Εξετάσεις 50%

Απαιτείται η βάση στο καθένα από τα παραπάνω

Προτεινόμενη Ελληνική Βιβλιογραφία

1. Π. Παπάζογλου & Σ.-Π. Λιωνής, Ανάπτυξη Εφαρμογών με το Arduino, 3^η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2021
2. Π. Παπάζογλου, Αρχιτεκτονική και Προγραμματισμός του Μικροελεγκτή AVR, Εκδόσεις Τζιόλα, 2018

Προτεινόμενη Διεθνής Βιβλιογραφία

1. N. Dunbar, Arduino Software Internals, 2^nd Edition, Apress, 2024
2. S. Monk, Programming Arduino Getting Started with Sketches, 3^rd Edition, McGraw Hill, 2023
3. Mathworks, Matlab Support Package for Arduino Hardware (User’s Guide, Reference, Release Notes) R2023b, 2023
4. Mathworks, Simulink Support Package for Arduino Hardware (User’s Guide, Reference, Release Notes) R2023b, 2023
5. Mathworks, Matlab Support Package for Raspberry Pi Hardware (User’s Guide, Reference, Release Notes) R2023b, 2023
6. Mathworks, Simulink Support Package for Raspberry Pi Hardware (User’s Guide, Reference, Release Notes) R2023b, 2023
7. J. Boxall, Arduino Workshop A Hands-On Introduction with 65 Projects, 2^nd Edition, No Starch Press, 2021
8. J. C. Shovic, Raspberry Pi IoT Projects, 2nd Edition, Apress, 2021
9. A. Pajankar, Practical Linux with Raspberry Pi OS, Apress, 2021
10. S. F. Lott & D. Phillips, Python Object-Oriented Programming, 4^th Edition, Packt Publishing Ltd, 2021
11. J. M. Fiore, Embedded Controllers Using C and Arduino, 2^nd Edition, version 2.1.10, May 2021
12. J. M. Fiore, Embedded Controllers Using C and Arduino Laboratory Manual, 2^nd Edition, version 2.3.5, April 2020
13. M. Margolis, B. Jepson & N. R. Weldin, Arduino Cookbook, 3^rd Edition, O’Reilly Media, 2020
14. J. Blum, Exploring Arduino Tools and Techniques for Engineering Wizardy, 2^nd Edition, Wiley, 2020
15. G. Koch, The LEGO Arduino Cookbook, Apress, 2020
16. S. Watkiss, Learn Electronics with Raspberry Pi Physical Computing with Circuits, Sensors, Outputs, and Projects, 2^nd Edition, Apress, 2020
17. A. Kurniawan, Internet of Things Projects with ESP32, Packt Publishing Ltd, 2019
18. N. Cameron, Arduino Applied Comprehensive Projects for Everyday Electronics, Apress, 2019
19. S. Monk, Programming Arduino Next Steps Going Further with Sketches, 2^nd Edition, McGraw Hill, 2019
20. R. Singh, A. Gehlot, B. Singh & S. Choudhury, Arduino-Based Embedded Systems, Interfacing, Simulation, and LabVIEW GUI, CRC Press, 2018
21. W. Donat, Learn Raspberry Pi Programming with Python, 2^nd Edition, Apress, 2018
22. S. Monk, Electronics Cookbook Practical Electronic Recipes with Arduino & Raspberry Pi, O’Reilly Media, 2017
23. J. Culkin & E. Hagan, Learn Electronics with Arduino An Illustrated Beginner’s Guide to Physical Computing, Maker Media, 2017
24. M. Geddes, Arduino Project Handbook Volume 2: 25 Simple Electronics Projects for Beginners, no starch press, 2017
25. M. Geddes, Arduino Project Handbook 25 Practical Projects to Get Started, no starch press, 2016
26. J. M. Hughes, Arduino A Technical Reference A Handbook for Technicians, Engineers, and Makers, O’Reilly Media, 2016
27. Atmel, 8-bit AVR Microcontrollers ATmega328/P Datasheet Complete, 2016
28. Atmel, ATmega328P 8-bit AVR Microcontroller with 32K Bytes In-System Programmable Flash Datasheet, 2015
29. M. Schwartz & O. Manickum, Programming Arduino with LabVIEW, Packt Publishing Ltd, 2015
30. M. Banzi & M. Shiloh, Getting Started with Arduino, 3^rd Edition, Maker Media, 2015