מחבר: צוות חינוך טכנולוגי מטח

שנת ההוצאה: תשס"ו - 2006

מילות מפתח: שפת C; מערכות מחשבים

הספר העמקה בשפת C מיועד ללומדים את התמחות "מערכות מחשבים" ומהווה המשך לספר הלימוד שפת C הנלמד במקצוע "מבוא להנדסת מחשבים" בכיתה י"א. הספר כתוב בהתאם לתכנית הלימודים המעודכנת למקצוע. הספר עוסק בתכנות מתקדם בשפת C בסביבת התקני חומרה מגוּוָנים. התרגילים בספר עוסקים, ברובם, במימוש של אלגוריתם תכנותי לבקרת מעגלי חומרה, המחוברים למִפְתחי המחשב. הספר מכין את הלומדים בו לקראת ביצוע עצמאי של פרויקטים משולבֵי חומרה ותכנה, כנדרש בתכנית הלימודים. בסוף הספר מופיעות מספר דוגמאות פתורות לפרויקטים משולבי תכנה וחומרה והנחיות לביצוע פרויקטים עצמאיים נוספים. בספר תרגילים ודוגמאות רבים. לחלק מהתרגילים ניתן פתרון מלא בסוף הספר. את הספר מלווה אתר המגמה של המקצוע ובו נמצאים, בין השאר, קודי המקור של התרגילים המופיעים בספר.
בנספחים לספר מופיעים סרטוטי המעגלים האלקטרוניים, שבעזרתם ניתן לבצע את התרגילים והפרויקטים הניתנים בספר. הנושאים הנידונים בספר הם: המִפתח המקבילי, פונקציות ותכנות מודולארי, מצביעים ורשומות, קבצים והטיפול בהם ומימוש פרויקטים. אל הספר

נושא/נושאים: , הנדסת אלקטרוניקה ומחשבים

תוכן הספר:

• הנדסת אלקטרוניקה ומחשבים: מבוא להנדסת מחשבים - העמקת בשפת ‭- C‬ תרגול וניסויים (78-1043418)

• תוכן העניינים

• מבוא

• פרק 1 מפתח התקשורת המקבילי Port Parallel

• 1.1 חיבור התקני חומרה אל המחשב

• מפתח התקשורת המקבילי (Parallel Port)

• איור ‭1.1‬ תמונת מחבר מפתח התקשורת המקביל'

• איור ‭1.2‬ מבנה מחבר התקשורת המקכילי,קצה כבל התקשורת המתחבר למחשב

• איור ‭1.3‬ תיבת ה7ו-שיח של מנהל ההתקנים המשמשת למציאת שמו של מפתח התקשורת הזמין במחשב

• טבלה ‭1.1‬ תיאור הדקי המפתח המקבילי

• התכונות החשמליות של המפתח המקבילי

• איור ‭1.4‬ מספור החרקים במחבר ‭DB25‬

• 1.2 הממשק בין התוכנה לחומרה (מתפעל התקני חומרה)

• טבלה ‭1.2‬ כתובות הזיכרון של אוגרי המפתח המקבילי על-פי התחומים השונים. (הכתובות נתונות בבסיס ‭(16‬

• איור ‭1.5‬ הקצאת מספרי ההדקים למפתח המקבילי של המרפסת

• פעילות 1.1 - הפעלת קלט/פלט בסיסי להתקן חיצוני

• איור ‭1.7‬ חלון הבקרה‭Win32 Console Application - Step 1 0/1 .-‬

• איוו י ‭1.6‬ חלון הבקרה ‭Microsoft Visual C++ 6.0 mmnrnvonFile — New‬

• איור ‭1.8‬ חלון הבקרה ‭Project Setting‬

• איור ‭1.9‬ חלון הבקרה ‭File - New‬

• איור ‭1.10‬ דוגמה לחלון הפלט של התכנית בפעילות ‭1.1‬

• איור ‭1.11‬ חלון סייר הקבצים המאפשר ‭CopyoftestLPT n»pw >testLPTn»pwn >u> npwn‬

• איור ‭1.12‬ חלון סייר הקבצים המאפשר את הפעלת הקובץ ‭testLPT.dsw‬

• 1.3 התפתחות המפתח המקבילי

• טבלה ‭1.3‬ טבלת האתרים של המפתח כולל השינוי של סיבית 05על-פי תקן ‭PS/2‬

• פעילות 1.2 - תוכנה לבדיקה של אפשרות העבודה עם ערוץ דו-כיווני של נתונים באוגר D

• 1.4 הרחבת מספר המבואות והמוצאים של המפתח

• הרחבת מספר המוצאים על-ידי שימוש בנועלים מקביליים

• פעילות 1.3 - כתיבת תכנית להרחבת מספר המוצאים תוך שימוש בנועלים מקביליים

• איור ‭1.13‬ תרשים מלבנים של אופן המימוש באתר מקבילי המאפשר להרחיב את מספר המוצאים

• איור ‭1.14‬ סרטוט מעגל חשמלי המפרט את אופן המימוש באתר מקבילי המאפשר להרחיב את מספר המוצאים

• טבלה ‭1.4‬ טבלה המתארת את אופן הבקרה על אוגרי היציאה

• טבלה ‭1.5‬ פירוט ההדקים והמבנה של אוגר C

• הרחבת מספר המבואות על-ידי שימוש באוגרים מקביליים

• פעילות 1.4 - כתיבת תכנית להרחבת מספר המבואות תוך שימוש באוגרים מקביליים

• איור ‭1.15‬ תיאור מלבני שלאופן המימוש בחוצץ מקבילי כדי להרחיב את מספר המבואות

• איור ‭1.16‬ סרטוט חשמלי המפרט את אופן המימוש בחוצצים כדי להרחיב את מספר המוצאים

• טבלה ‭1.6‬ טבלה המתארת את אופן הבקרה על חוצצי הכניסה

• טבלה ‭1.7‬ פירוט ההדקים והמבנה של אוגר C

• הרחבת מספר היציאות על-ידי שימוש באוגרי הזזה

• איור ‭1.17‬ תרשים מלבנים המתאר את אופן חיבורן של אוגר הזזה למפתח המחשב במטרה להרחיב את מספר המוצאים של המחשב

• פעילות 1.5 - כתיבת תכנית להרחבת מספר היציאות תוך שימוש באוגרי הזזה

• איור ‭1.18‬ סרטוט חשמלי המפרט את אופן החיבור בין המפתח המקבילי של המחשב לבין שני אוגרי הזזה, לשם הרחבת מספר המוצאים של המפתח

• טבלה ‭1.8‬ טבלה המתארת את אופן הבקרה על רווצצי הכניסה

• טבלה ‭1.9‬ טבלה המדגימה הוצאה של מידע כלשה! לאתר ההזזה

• איור ‭1.19‬ סרטוט חשמלי המתאר את מה שבנה התלמיד בתרגיל ‭1.14‬

• הרחבת מספר המבואות על-ידי שימוש באוגרי הזזה

• איור ‭1.20‬ תרשים מלבנים המתאר את אופן חיבורו שלאתר הזזה למפתח המחשב במטרה להרחיב את מספר המבואות של המחשב

• פעילות 1.6 - כתיבה של תכנית להרחבת מספר המבואות תוך שימוש באוגרי הזזה

• איור ‭1.21‬ סרטוט חשמלי המפרט את אופן החיבור בין המפתח המקבילי של המחשב לבין שני אוגרי הזזה, לשם הרכבת מספר המבואות של המפתח

• טבלה ‭1.10‬ טבלה המתארת את אופן הבקרה על ר/ןצצי הכניסה

• יתרונות וחסרונות של השימוש באוגריהזזה ובאוגרים מקביליים

• כרטיסי חומרה המשמשים להרחבת מספר התקני הקלט/פלט

• איור ‭1.22‬ תיאור עקרוני של כרטיס ההרחבה העושה שימוש באוגר הזזה

• איור ‭1.23‬ תיאור עקרוני של כרטיס ההרחבה העושה שימוש בחוצצים ואתרים מקביליים

• פרק 2 פונקציות ותכנות מודולרי

• 2.1 פונקציות ותכנות מודולרי

• שרשרת קריאות לפונקציות

• פעילות 2.1 - הדלקת נוריות LED דרך אוגר הזזה

• הצהרה על אב-טיפוס (Prototype)

• סדר הגדרת הפונקציות

• פעילות 2.2 - הפעלת מונה הסופר את הבהובי הנוריות

• איור ‭2.1‬ תרשים המתאר את מהלך הקריאות לפונקציות

• ארגון התכנית במספר קבצים תוך מימוש קובצי כותרת משותפים

• א>יר ‭2.2‬ דתמה לשילוב מספר קבצים לכדי יישום מורכב אחד

• פעילות 2.3 - מימוש פונקציות כותרת להפעלת מנוע צעד

• איור ‭2.3‬ קטעמסרטוט המעגל החשמלי המתאר את אופן החיבור בין האתר הטורי או המקביל' למנוע הצעד

• 2.2 מנגנון הקריאה לפונקציה

• משתנים מקומיים

• תחום ההכרה ומשך החיות של משתנים מקומיים

• פעילות 2.4 - חישוב ממוצע

• שימוש במחסנית למימוש הקריאה לפונקציה

• משפט Return

• פעילות 2.5 - קליטת נתוני מפסקים דרך אוגר ההזזה

• פעילות 2.6 - קליטת נתונים מהממיר התקבילי לספרתי דרך אוגר ההזזה

• טבלה ‭2.1‬ מפת הסיביות של שני אוגרי הזזה

• איור ‭2.4‬ ‭7A^^/7 o>ja>^» D>t2/7r.7‬ את אופן החיבור בין הממיר התקבילי לספרתי לבין מפתח המחשב

• סוגי משתנים

• משתנים פנימיים (אוטומטיים) לבלוק

• משתנים גלובליים

• פעילות 2.7 - שליטה על מנוע צעד תוך ציון זווית במעלות במקום בצעדים (שימוש במשתנה גלובלי)

• משתנים סטטיים

• פעילות 2.8 - שליטה על מנוע צעד תוך ציון זווית במעלות במקום בצעדים (שימוש במשתנה סטטי)

• 2.3 משתנים חיצוניים

• שימוש במילת המפתח extern להגדרת משתנה חיצוני

• סיכום סוגי משתנים

• טבלה ‭2.2‬ טבלה לסיכום סוגי המשתנים

• פעילות 2.9 - מימוש קובץ פונקציות חיצוני לטיפול בכל התקני החומרה המחוברים למפתח דרך אוגרי הזזה טוריים

• טבלה ‭2.3‬ פירוט הפונקציות הדרושות למימוש

• פעילות 2.10 - מימוש קובץ פונקציות חיצוני לטיפול בכל התקני החומרה המחוברים למפתח דרך אוגרים מקביליים

• פעיולות 2.11 - מימוש תפריט לזימון הפונקציות החיצוניות לטיפול בכל התקני החומרה המחוברים למפתח

• תרגילים לסיכום הפרק

• פרק3 מצביעים ומבנים

• 3.1 מבוא למצביעים

• מצביעים וכתובות

• הצהרה על מצביעים

• איור ‭3.1‬ דוגמה לקטע ממפת הזיכרון של המחשב

• גישה לזיכרון באמצעות מצביע

• איור ‭3.2‬ שני משתנים אשר אחד מהם מכיל את הכתובת של השני

• טיפוסי מצביעים

• מצביע מטיפוס void

• פעילות 3.1 - מדידת כמות הזיכרון שתופסים טיפוסי הנתונים השונים בהשוואה למצביעים

• 3.2 מצביעים ופרמטרים

• שימוש במצביע להעברת פרמטרים לפי כתובת

• פעילות 3.2 - תכנית לספירת מספר הסיבובים שעושה המנוע

• פעילות 3.3 - חישוב ממוצע של דגימות טמפרטורה

• 3.3 מצביעים ומערכים

• השקילות שבין מצביע למערך

• פעילות 3.4 - חישוב ממוצע של טמפרטורות נדגמות (הרחבה)

• אריתמטיקה על מצביעים

• פעילות - 3.5 פעולות על מצביעים

• איור ‭3.3‬ קטע ממפת הזיכרון של המחשב

• פעיולות 3.6 - פונקציה המחזירה יותר מערך אחד

• פעולות לוגיות על מצביעים

• מחרוזות (מצביעים לתווים)

• פעילות 3.7 -מימוש פונקציה להעתקת מחרוזות

• פעילות 3.8 - מנעול אלקטרוני

• 3.4 מבנים

• struct - הגדרת מבנה והצהרה על משתנים מטיפוס מבנה

• הצהרה על משתנים מטיפוס מבנה

• פעילות 3.9 - מציאת הפרש בין שני זמנים

• מערך של מבנים

• פעילות 3.10 - תוכנה לספירת תווים במחרוזת

• מצביעים למבנים

• איור ‭3.4‬ הצגה גרפית המתארת מצביע למבנה.

• העברת מבנה לפונקציה

• החזרת מבנה מפונקציה

• פעילות 3.11 - שילוב שעון המחשב בתוכנה

• פעילות 3.12 - מימוש שעון ספרתי על גבי תצוגת שבעה מקטעים

• פעילות 3.13 - ניהול מחסן ספרים (תרגיל מסכם)

• 3.5 שימוש בארגומנטים של שורת הפקודה

• היכרות עם הפרמטרים argv ו-argc של הפונקציה main

• טבלה ‭3.1‬ טבלה המתארת את תוכן המערך argv

• פעילות 3.14 - קליטת מספרים משורת הפקודה וחישוב הממוצע שלהם

• איור ‭3.5‬ חלון התוכנה ‭cmd.exe‬ המאפשר להקליד ארגומנטים בשורת ההפעלה של התכנית

• 3.6 הקדם-מעבד של C

• ההנחיה define#

• ההנחיה include#

• איור ‭3.6‬ שילןבהקדם-מהדר בתהליך הידור תוכנה

• הידור מותנה

• פרק 4 גישה לקבצים

• 4.1 יסודות העבודה עם קבצים

• פתיחת קובץ על-יד הפונקציה fopen

• איור ‭4.1‬ חלק מתיבת הדו-שיח של "סייר החלונות" המראה שקובץ הטקסט ‭opmafilel.txt‬ באותה תיקייה שבה ממוקמים קובצי הפרויקט המזמן קובץ זה

• סגירת קובץ כל ידי הפונקציה fclose

• 4.2 קריאה וכתיבה מקובץ

• הפונקציות fputc ו־fgetc (קריאה וכתיבה של תווים)

• פעילות 4.1 - תוכנה להעתקה של קובצי טקסט

• הפונקציות fgets-1 fputs (קריאה וכתיבה של מחרתות תווים)

• פעילות 4.2 - תוכנה להצגה של קובץ טקסט על הצג

• פעילות 4.3 - שמירה של מחרוזת טקסט שהמשתמש הקליד בקובץ חיצוני

• הפונקציות fprintf (פלט ערוך לקובץ)

• פעילות 4.4 - תוכנה לקליטה של נתוני תלמידים ושמירתם בקובץ חיצוני

• פעילות 4.5 - תיעוד הזמן ותיעוד מספר האנשים הנכנסים לחנות

• הפונקציות fscanf (קריאת קלט ערוך מקובץ)

• פעילות 4.6 - תוכנה להצגת קובץ של נתוני תלמיד

• פעילות 4.7 - הפעלה של זרוע רובוט על-פי נתונים הנקלטים מקובץ חיצוני

• 4.3 גיבוי מבני נתונים בקובץ חיצוני

• כתיבת פונקציה לשמירה על מבנה נתונים בקובץ חיצוני

• פעילות 4.8 - שמירה על מבני נתונים בקובץ

• כתיבת פונקציה לאחזור מבנה נתונים השמור בקובץ חיצוני

• פעולה 4.9 - אחזור מבני נתונים מקובץ

• פרק 5 תכנות יישומי תקשורת

• 5.1 תכנות יישומי תקשורת

• פעילות 5.1 - יצירת יישום בסיסי המשלב Winsock

• איור ‭5.1‬ תיבת הדן-שיחלהוספת קובץ מקור חדש לפרויקט

• איור ‭5.2‬ תיבתה7ן-שיח ‭Project Setting‬ המשמשת להוספת הפניה לקובץ הספרייה ‭WS2_32.lib‬

• פעילות 5.2 - אתחול ה- Winsock

• פעילות 5.3 - יצירת משתנה חדש מטיפוס שקע (Socket)

• פעילות 5.4 - קישור השקע (Socket) למחשב

• פעילות 5.5 - העברת ה- Socket למצב האזנה

• פעילות 5.6 - טיפול בהתקשרות של מחשב רחוק

• פעילות 5.7 - העברת נתונים בין שני מחשבים מחוברים

• פעילות 5.8 - כתיבה של תוכנת לקוח

• פעילות 5.9 - כתיבה של יישום שרת הדהוד - Echo Server

• פעילות 5.10 - מימוש פונקציה כוללת לפתיחת תקשורת בתוכנת השרת

• פרק 6 פרויקטים

• 6.1 שלבים בתכנון ובמימוש פרויקט

• שלבים לפיתוח החומרה בפרויקט

• שלבים לפיתוח התוכנה בפרויקט

• 6.2 מימוש הפרויקט: " אזעקה שקטה"

• תיאור הפרויקט (הגדרת התכנית)

• תרשים מלבנים של מערכת החומרה

• איור ‭6.1‬ תרשים מלבנים של חומרת הפרויקט "אזעקה שקטה"

• הגדרת הדרישות ממערכת התוכנה

• ניתוח התכנית

• תכנון מודולרי של התכנית

• טבלה ‭6.1‬ טבלה המתארת את ייצוג מצב חמשת הפתחים במשתנה a

• כתיבת קוד התכנית על-פי התכנון המודולרי

• 6.3 מימוש הפרויקט " מערכת לבקרת עומסים מרחוק"

• תיאור הפרויקט (הגדרת הבעיה)

• תרשים מלבנים של מערכת החומרה

• איור ‭6.2‬ תרשים מלבנים של חומרת הפרויקט " מערכת לבקרת עומסים"

• הגדרת הדרישות ממערכת התוכנה

• ניתוח התכנית

• תכנון מודולרי של התכנית

• כתיבה של קוד התכנית על-פי התכנון המודולרי

• 6.4 מימוש הפרויקט: " אוגר נתוני חום במחשב " (Data Logger)

• תיאור הפרויקט (הגדרת הבעיה)

• תרשים מלבנים של מערכת החומרה

• איור ‭6.3‬ תרשים מלבנים של חומרת הפרויקט "אוגר נתונים"

• הגדרת הדרישות ממערכת התוכנה

• איור ‭6.4‬ דוגמה המתארת מבנה פנימי של קובץ טקסט בפורמט CSV כאשר פותחים אותו בתוכנת Excel

• ניתוח התכנית

• תכנון מודולרי של התכנית

• כתיבת קוד התכנית על-פי התכנון המודולרי

• פתרונות לתרגילים נבחרים

• פרק 1

• פרק 2

• פרק 3

• פרק 4

• פרק 5

• פרק 6

• נספח

• איור 7 סרטוט חשמלי מפורט -מימוש התקני קלט לאוגרים (הן לאוגר המקבילי והן לאוגר הטורי)

• איור 6 סרטוט חשמלי מפורט -מימוש מנוע צעד ומנוע DC לאוגרים (הן לאוגר המקבילי והן לאוגר הטורי)

• איור 5 סרטוט חשמלי מפורט -מימוש שלשתי תצוגות של שבעה מקטעים ושמונה נוריות ‭O>7J?^>Z,£D‬ (הן לאוגר המקבילי והן לאוגר הטורי)

• איור * סרטוט חשמלי מפורט ~ הרחבת מספר המבואותעל-ידי שימוש באתרי הזזה

• איור 3 סרטוט חשמלי מפורט - הרחבת מספר המוצאים על-ידי שימוש באתרי הזזה

• איור 2 סרטוט חשמלי מפורט - הרחבת מספר המבואות על-ידי שימוש באוגרים מקביליים

• איור1 סרטוט חשמלי מפורט - הרחבת מספר המוצאים על-ידי שימוש באוגרים מקביליים

עמודים:

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  
26  27  28  29  30  31  32  33  35  36  37  38  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  
53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  76  77  78  
79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  99  100  101  102  103  104  
105  106  107  111  112  113  116  117  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  131  132  133  134  135  
136  137  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  148  149  150  151  152  153  154  155  156  157  158  160  161  
162  163  164  165  166  167  168  169  170  171  172  173  175  176  177  178  179  180  181  182  183  185  186  187  188  
189  190  191  192  193  194  195  196  197  198  199  200  201  202  203  204  205  206  207  208  209  210  211  212  213  
214  215  216  217  218  219  220  221  222  223  225  227  228  229  231  232  233  234  235  236  237  238  239  240  241  
242  243  244  246  247  248  249  250  251  252  253  254  257  258  259  260  261  262  263  266  267  269  270  271  272  
273  274  275  276  277  278  279  280  281  282  284  285  286  287  289  290  291  293  294  295  296  297  298  299  300  
301  302  304  305  306  307  308  309