دوره برنامه‌نویسی کنترلرهای نهفته با C/C++: راهنمای عملی برای سیستم‌های بلادرنگ همراه با فلش‌کارت آموزشی — ارائه روی فلش مموری

📚 کتاب آموزشی جامع

📚 اطلاعات کتاب

عنوان کتاب: کتاب برنامه‌نویسی کنترلرهای نهفته با C/C++: راهنمای عملی برای سیستم‌های بلادرنگ

موضوع کلی: مهندسی سیستم‌های نهفته

موضوع میانی: طراحی و پیاده‌سازی کنترلرهای دیجیتال نهفته

📋 سرفصل‌های کتاب (100 موضوع)

• 1. مقدمه‌ای بر سیستم‌های نهفته و کنترل
• 2. میکروکنترلرها در مقابل میکروپروسسورها
• 3. مروری بر معماری میکروکنترلرهای ARM Cortex-M
• 4. مبانی زبان C برای سیستم‌های نهفته
• 5. مبانی زبان C++ برای سیستم‌های نهفته
• 6. راه‌اندازی محیط توسعه (IDE، کامپایلر، دیباگر)
• 7. برنامه "Hello, World!" برای سخت‌افزار: چشمک زدن LED
• 8. مفاهیم پایه کنترل: سیستم حلقه-باز و حلقه-بسته
• 9. نمایش اعداد: ممیز ثابت (Fixed-Point) در مقابل ممیز شناور (Floating-Point)
• 10. اصول ریاضیات برای سیستم‌های کنترل: مروری بر معادلات دیفرانسیل
• 11. کار با حافظه: Flash، RAM و رجیسترها
• 12. عملگرهای بیتی (Bitwise Operations) و کاربرد آنها
• 13. کار با پوینترها و آدرس‌دهی مستقیم حافظه
• 14. کلمه کلیدی volatile و کاربرد آن در برنامه‌نویسی نهفته
• 15. استفاده از Struct و Union برای دسترسی به رجیسترهای سخت‌افزاری
• 16. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی شیءگرا (OOP) در C++ برای سیستم‌های نهفته
• 17. کلاس‌ها و اشیاء برای انتزاع سخت‌افزار (Hardware Abstraction)
• 18. سازنده‌ها (Constructors) و مخرب‌ها (Destructors) در زمینه منابع سخت‌افزاری
• 19. الگوهای طراحی (Templates) برای ایجاد درایورهای عمومی
• 20. مدیریت منابع با تکنیک RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
• 21. پورت‌های ورودی/خروجی عمومی (GPIO): پیکربندی و استفاده
• 22. خواندن ورودی‌های دیجیتال: کلیدها و سنسورهای دیجیتال
• 23. راه‌اندازی خروجی‌های دیجیتال: LED، رله و بازر
• 24. مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC): نمونه‌برداری و کوانتیزاسیون
• 25. خواندن مقادیر آنالوگ از سنسورها
• 26. مدولاسیون عرض پالس (PWM) و کاربردهای آن
• 27. کنترل روشنایی LED و سرعت موتور DC با PWM
• 28. تایمرها و شمارنده‌ها: اصول کار و پیکربندی
• 29. تولید وقفه‌های زمانی دقیق با تایمرها
• 30. حالت Input Capture برای اندازه‌گیری فرکانس و دوره تناوب سیگنال
• 31. ارتباط سریال آسنکرون (UART): اصول و پیاده‌سازی
• 32. ارتباط سریال سنکرون (SPI): پروتکل و کاربردها
• 33. ارتباط سریال (I2C): آدرس‌دهی و تبادل داده با چندین دستگاه
• 34. راه‌اندازی موتورهای DC با درایور H-Bridge
• 35. خواندن انکودرهای چرخشی (Rotary Encoders)
• 36. کار با سنسورهای دما و رطوبت دیجیتال
• 37. دریافت داده از واحدهای اندازه‌گیری اینرسی (IMU)
• 38. اصول کار و استفاده از کنترلر دسترسی مستقیم به حافظه (DMA)
• 39. سیستم کلاک (Clock System) میکروکنترلر و پیکربندی آن
• 40. استفاده از Watchdog Timer برای افزایش پایداری سیستم
• 41. مفاهیم بلادرنگ (Real-Time): سیستم‌های سخت و نرم
• 42. وقفه‌ها (Interrupts) و روال‌های سرویس وقفه (ISR)
• 43. جدول بردار وقفه (IVT) و اولویت‌بندی وقفه‌ها
• 44. بخش‌های بحرانی (Critical Sections) و همگام‌سازی
• 45. مقدمه‌ای بر سیستم‌عامل‌های بلادرنگ (RTOS)
• 46. وظایف (Tasks) و حالت‌های مختلف آن در RTOS
• 47. زمان‌بندی وظایف (Task Scheduling): الگوریتم‌ها و اولویت‌ها
• 48. ارتباط بین وظایف (Inter-Task Communication): صف‌ها (Queues)
• 49. همگام‌سازی وظایف با سمافورها (Semaphores)
• 50. حفاظت از منابع اشتراکی با میوتکس‌ها (Mutexes)
• 51. جلوگیری از وارونگی اولویت (Priority Inversion)
• 52. تایمرهای نرم‌افزاری در RTOS
• 53. مدیریت حافظه در محیط‌های بلادرنگ
• 54. مدل‌سازی سیستم‌های فیزیکی با توابع تبدیل (Transfer Functions)
• 55. سیستم‌های زمان-پیوسته در مقابل زمان-گسسته
• 56. تبدیل لاپلاس و دامنه s
• 57. تبدیل Z و دامنه z
• 58. گسسته‌سازی کنترلرهای پیوسته: روش‌های اویلر و توستین (Tustin)
• 59. پیاده‌سازی معادلات تفاضلی (Difference Equations) در کد
• 60. فیلترهای دیجیتال: پاسخ ضربه محدود (FIR)
• 61. پیاده‌سازی فیلترهای FIR
• 62. فیلترهای دیجیتال: پاسخ ضربه نامحدود (IIR)
• 63. پیاده‌سازی فیلترهای IIR
• 64. مبانی کنترلر PID: مؤلفه تناسبی (Proportional)
• 65. مبانی کنترلر PID: مؤلفه انتگرالی (Integral)
• 66. پدیده اشباع انتگرال (Integral Windup) و روش‌های مقابله با آن
• 67. مبانی کنترلر PID: مؤلفه مشتقی (Derivative)
• 68. نویز مشتق و روش‌های فیلتر کردن آن (Derivative Filtering)
• 69. پیاده‌سازی کامل یک کنترلر PID دیجیتال در C++
• 70. روش‌های تنظیم ضرایب PID: زیگلر-نیکولز
• 71. روش‌های تنظیم دستی ضرایب PID
• 72. کنترلر PID موقعیت در مقابل کنترلر PID سرعت
• 73. پیاده‌سازی کنترلر PID با استفاده از کلاس در C++
• 74. کنترل پیش‌خور (Feedforward Control) و ترکیب آن با PID
• 75. کنترل آبشاری (Cascade Control)
• 76. فضای حالت (State-Space) و نمایش سیستم‌ها
• 77. کنترل فیدبک حالت (State-Feedback Control)
• 78. مفهوم رؤیت‌پذیری (Observability) و کنترل‌پذیری (Controllability)
• 79. طراحی رؤیت‌گر (Observer) برای تخمین حالت‌های سیستم
• 80. مقدمه‌ای بر فیلتر کالمن (Kalman Filter)
• 81. معماری نرم‌افزار برای سیستم‌های کنترل نهفته
• 82. استفاده از ماشین‌های حالت متناهی (Finite State Machines) برای مدیریت منطق سیستم
• 83. دیباگ کردن سیستم‌های نهفته: تکنیک‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری
• 84. استفاده از JTAG/SWD برای دیباگ سخت‌افزاری
• 85. تحلیل سیگنال با اسیلوسکوپ و تحلیلگر منطقی (Logic Analyzer)
• 86. تست واحد (Unit Testing) برای کدهای نهفته
• 87. بهینه‌سازی کد: افزایش سرعت اجرا
• 88. بهینه‌سازی کد: کاهش مصرف حافظه
• 89. مدیریت توان و حالت‌های کم‌مصرف (Low-Power Modes)
• 90. پروژه عملی ۱: طراحی و پیاده‌سازی کنترلر دمای یک کوره
• 91. پروژه عملی ۲: سیستم کنترل سرعت یک موتور DC با انکودر
• 92. پروژه عملی ۳: ساخت یک ربات تعادلی دو چرخ (Self-Balancing Robot)
• 93. پروژه عملی ۴: کنترل موقعیت یک بازوی رباتیک ساده
• 94. ایمنی عملکردی (Functional Safety) و استانداردهای مرتبط
• 95. قابلیت اطمینان و افزونگی (Reliability and Redundancy)
• 96. جمع‌بندی مفاهیم و نگاهی به آینده سیستم‌های کنترل نهفته