Arduino в кибернетике: аналоговый и цифровой сигнал, дискретизация, разрешение АЦП, конденсатор и RC-цепь, MOSFET и двигатель, массивы и мелодии, семисегментный индикатор — тест

Третий раздел программы — двадцать два часа практики на Arduino: от «Blink» до терменвокса, миксера с двигателем и секундомера на семисегментном индикаторе. Здесь ученики разбираются, как микроконтроллер видит аналоговый мир, зачем конденсатор и полевой транзистор и как массивы превращают набор чисел в мелодию.

Что проверяется

Аналоговый и цифровой сигнал, дискретизация и аналого-цифровое преобразование, разрешение АЦП. Цепочка «датчик — АЦП — пересчёт — вывод» в аналоговом термометре. Дребезг кнопки и способы борьбы с ним. ШИМ в светильнике с регулировкой яркости и терменвоксе. Конденсатор: заряд, разряд и постоянная времени RC. Силовая нагрузка: полевой транзистор и защитный диод. Константы, макроопределения и массивы, воспроизведение мелодии. Семисегментный индикатор. Почему delay блокирует программу.

Задания

Пятнадцать заданий: вычислить разрешение АЦП, постоянную времени RC-цепи, длительность мелодии и значение ШИМ, сопоставить строку скетча и её смысл, определить горящие сегменты цифры, вставить пропуски в схему управления двигателем, восстановить работу аналогового термометра, выбрать способы борьбы с дребезгом.

Разбор

Пояснения показывают, почему один шаг АЦП равен примерно 4,9 мВ, почему через пять постоянных времени конденсатор считается заряженным, зачем диод параллельно обмотке двигателя и почему программа с длинным delay перестаёт замечать нажатия кнопок.

Назначение

Работа рассчитана на середину программы, перед протоколами связи и прерываниями. По её результатам видно, кто уверенно собирает и программирует устройства с датчиками и нагрузкой. Программа «Кибернетика для школьников» на семьдесят два часа начинается с электроники — тока, сопротивления и транзисторов — и переходит к Arduino, протоколам связи и прерываниям. Каждый раздел закрывается практической работой с действующей схемой, а курс — индивидуальным проектом. Эта работа — вторая из 3 по курсу.

Где и как проходить тест

Работа доступна и на компьютере, и на мобильном телефоне: интерфейс сам подстраивается под размер экрана. Поскольку для работы можно указать окно выполнения, ученики вправе проходить её дистанционно, из дома. Чтобы снизить риск списывания, фиксируются попытки переключиться на другие вкладки браузера или другие приложения.