UART Kalkulačka

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2026 - Broňa Dzivjaková

Zadanie

Úlohou bolo implementovať kalkulačku komunikujúcu cez sériové rozhranie UART (minimálne použiť: +, -, *, /). Používateľ zadáva matematický príklad (napr. 10+5 alebo 3.14*2) priamo cez sériový terminál a Arduino UNO výsledok vypočíta a odošle späť. Po úspešnom výpočte sa rozsvieti vstavaná LED dióda na pine 13. Program taktiež uchováva históriu posledných troch príkladov v pamäti EEPROM, ktorá zostane zachovaná aj po vypnutí zariadenia. Históriu je možné zobraziť príkazom 'h' a vymazať príkazom 'clear'.

Vývojová doska Arduino UNO.

Literatúra:

• Dokumentácia k mikrokontroléru ATmega328P
• Dokumentácia k doske Arduino UNO

Analýza a opis riešenia

Projekt je realizovaný na vývojovej doske Arduino UNO s mikrokontrolérom ATmega328P. Komunikácia prebieha cez UART rozhranie na rýchlosti 9600 baudov. Na vstup ani výstup nie sú potrebné žiadne externé súčiastky, nakoľko som využila vstavanú LED diódu na pine 13 (PB5) a sériový port cez USB kábel.

Celkový pohľad na zariadenie.

Nezabudnite doplniť schému zapojenia! V texte by ste mali opísať základné veci zo zapojenia, samotná schéma nie je dostačujúci opis.

Schéma zapojenia.

Algoritmus a program

Program je rozdelený do niekoľkých funkcií. Po spustení sa inicializuje UART (funkcia uart_init) a LED pin ako výstup. Hlavná slučka čaká na vstup od používateľa. Funkcia 'read_line' číta znaky zo sériového portu jeden po druhom a ukladá ich do buffera, kým nepríde 'Enter'.

Funkcia 'process' spracuje zadaný reťazec. Najprv vyhľadá operátor (+, -, *, /) v reťazci, následne skontroluje, či sú oba vstupné operandy platné čísla. Ak používateľ zadá písmeno namiesto čísla, program vypíše chybu. Funkcia 'atof()' konvertuje reťazce na desatinné čísla, čo umožňuje pracovať aj s desatinnými hodnotami (napr. 3.14*2). Výsledok sa vypíše cez UART a príklad sa uloží do EEPROM histórie.

AVR C-codeuart.huart.c

#include <avr/io.h>

int main(void)
{
  unsigned int measuredValue;

  while (1)
  {
    /*  relax  */  
  }

  return(0);
}

#ifndef UART_H_
#define UART_H_

#include <avr/io.h>
#include <stdio.h>

void uart_init(void);
//void uart_putc(char c);
 
 
//char uart_getc(void);
int  uart_putc(char c, FILE *stream);
int  uart_getc(FILE *stream);

void uart_puts(const char *s);

#endif /* UART_H_ */

#define F_CPU 16000000UL
#define BAUD  9600
#define MYUBRR (F_CPU / 16 / BAUD - 1)

#include <avr/io.h>
#include <stdio.h>
#include "uart.h"

void uart_init(void)
{
    unsigned int ubrr = MYUBRR;

    /* nastavenie baud rate */
    UBRR0H = (unsigned char)(ubrr >> 8);
    UBRR0L = (unsigned char)(ubrr);

    /* zapni RX a TX */
    UCSR0B = (1 << RXEN0) | (1 << TXEN0);

    /* 8 datových bitov, 1 stop bit, bez parity */
    UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
}

int uart_putc(char c, FILE *stream)
{
    if (c == '\n')
        uart_putc('\r', stream);

    while (!(UCSR0A & (1 << UDRE0)));   /* čakaj kým je buffer prázdny */
    UDR0 = c;

    return 0;
}

int uart_getc(FILE *stream)
{
    while (!(UCSR0A & (1 << RXC0)));    /* čakaj na prijatý znak */
    return UDR0;
}

void uart_puts(const char *s)
{
    while (*s)
        uart_putc(*s++, NULL);
}

Pridajte sem aj zbalený kompletný projekt, napríklad takto (použite jednoznačné pomenovanie, nemôžeme mať na serveri 10x zdrojaky.zip:

Zdrojový kód: zdrojaky.zip

Overenie

Funkčnosť som overila pomocou sériového terminálu s knižnicou UART. Testovala som každú z ponúknutých operácií, operáciu s desatinnými číslami, a aj chybové stavy.

• Základné operácie: 10+5 = 15, 8*3 = 24, 9-4 = 5, 10/4 = 2.5000

• Desatinné čísla: 3.14*2 = 6.2800

• Chybové stavy: delenie nulou, zadanie písmena namiesto čísla

• História: príkaz 'h' zobrazí posledné 3 príklady, 'clc' ich vymaže

• LED: po každom správnom výpočte blikne vstavaná LED na pine 13

Aplikácia.

Video:

Čo by som urobil inak

Projekt splnil požiadavky zadania, no v budúcnosti by som ho rozšírila o LCD displej, kde by sa príklady a výsledky zobrazovali priamo na zariadení bez potreby počítača a sériového terminálu. Taktiež by bolo zaujímavé pridať podporu pre viac operácií v jednom výraze s dodržaním matematickej priority (násobenie pred sčítaním).

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.