Embedded System & Microcontroller Application (4351102) - Summer 2025 Solution (Gujarati)

પ્રશ્ન 1(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ATmega32 ની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો.

જવાબ:

• Operating Voltage: 2.7V થી 5.5V રેંજ
• Clock Speed: 16 MHz સુધી ની ઓપરેશન
• Communication: USART, SPI, I2C interfaces

યાદી માટે: “Fast SRAM Enjoys Input Timers And Communication”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 માર્ક્સ]

#

માઈક્રોકંટ્રોલર પસંદ કરવા માટેના માપદંડો લખો.

જવાબ:

• Application Type: Real-time vs general purpose
• Communication Needs: Serial, parallel, wireless protocols
• Package Size: Final product માં space constraints

યાદી માટે: “Processing Memory I/O Power Cost Development Application Communication Package”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 માર્ક્સ]

#

એમ્બેડેડ સિસ્ટમનો સામાન્ય બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

graph TD
    A[Input Devices] --> B[Processor/Microcontroller]
    B --> C[Output Devices]
    B <--> D[Memory]
    B <--> E[Communication Interface]
    F[Power Supply] --> B
    G[Clock/Timer] --> B

બ્લોક કાર્યો:

• Processor: Instructions execute કરતું central processing unit
• Memory: Program code અને data temporary store કરે છે
• Input Devices: Sensors, switches જે system input આપે છે
• Output Devices: Actuators, displays જે results બતાવે છે
• Communication: External device connectivity માટે interfaces
• Power Supply: બધા components ને stable voltage પૂરું પાડે છે
• Clock/Timer: System operations અને timing synchronize કરે છે

યાદી માટે: “Processors Memory Input Output Communication Power Clock”

પ્રશ્ન 1(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

રીયલ ટાઈમ ઓપરેટિંગ સિસ્ટમને વ્યાખ્યાયિત કરો અને તેની લાક્ષણિકતાઓ સમજાવો.

જવાબ:

Real Time Operating System (RTOS): કડક time constraints માં data અને events process કરવા માટે design કરેલું operating system.

• Hard Real-time: Deadline miss થવાથી system failure થાય છે
• Soft Real-time: Deadline miss થવાથી performance degraded થાય છે
• Time Constraints: Operations deadline માં complete થવા જોઈએ

યાદી માટે: “Deterministic Preemptive Multitasking Fast Priority Interrupt”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ATmega32 નો પીન ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

યાદી માટે: “Port B A Reset Vcc Ground Crystal Port D C”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 માર્ક્સ]

#

ATmega32 નો સ્ટેટસ રજિસ્ટર સમજાવો.

જવાબ:

• Status Register (SREG): Arithmetic operation results contain કરે છે
• Flags Update: ALU operations દ્વારા automatically set/clear થાય છે
• Conditional Branching: Program flow control માટે વપરાય છે

યાદી માટે: “I Think Half Sign Overflow Negative Zero Carry”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 માર્ક્સ]

#

ATmega32 ની ડેટા મેમરી વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

graph TD
    A[Data Memory Space] --> B[General Purpose Registers R0-R31]
    A --> C[I/O Memory 0x20-0x5F]
    A --> D[Extended I/O 0x60-0xFF]
    A --> E[Internal SRAM 0x100-0x8FF]

મેમરી સંગઠન:

• General Purpose Registers: Data operations માટે 32 registers (R0-R31)
• I/O Memory: Peripheral control registers નો direct access
• Extended I/O: Additional peripheral registers અને stack pointer
• Internal SRAM: Variables અને stack માટે 2KB volatile memory
• Address Space: 0x00 થી 0x8FF સુધી linear addressing
• Stack Operation: High memory addresses થી downward grows થાય છે

યાદી માટે: “General I/O Extended SRAM Address Stack”

પ્રશ્ન 2(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

DDRx, PINx અને PORTx રજિસ્ટરના કાર્યો લખો.

જવાબ:

• DDRx Bit: 1 = Output, 0 = Input configuration
• PINx Read: Pins પર actual voltage level return કરે છે
• PORTx Write: Pin output હોય ત્યારે output state control કરે છે

યાદી માટે: “Direction Input Output”

પ્રશ્ન 2(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

AVR માં EEPROM સાથે સંકળાયેલા વિવિધ I/O રજિસ્ટરો સમજાવો.

જવાબ:

EECR Control Bits:

• EERIE: EEPROM Ready Interrupt Enable
• EEMWE: EEPROM Master Write Enable
• EEWE: EEPROM Write Enable
• EERE: EEPROM Read Enable

Programming Sequence: Address set કરો → Data set કરો → Master write enable કરો → Write enable કરો

યાદી માટે: “Address Data Control Ready Master Write Read”

પ્રશ્ન 2(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

ક્લોક સોર્સને AVR સાથે જોડવાની વિવિધ રીતો સમજાવો.

જવાબ:

graph LR
    A[Crystal Oscillator] --> D[AVR Microcontroller]
    B[RC Oscillator] --> D
    C[Internal RC] --> D
    E[External Clock] --> D

Clock Configuration:

• Fuse Bits: CKSEL3:0 અને SUT1:0 clock source select કરે છે
• Startup Time: Different sources માં અલગ અલગ startup delays હોય છે
• Frequency Range: Internal RC 1MHz અથવા 8MHz provide કરે છે
• External Components: Crystal ને stability માટે capacitors જોઈએ છે

યાદી માટે: “Crystal RC Internal External Fuse Startup Frequency Components”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 માર્ક્સ]

#

Timer 1 સાથે સંકળાયેલા રજિસ્ટરોનું કાર્ય લખો.

જવાબ:

• TIMSK: Timer Interrupt Mask register
• TIFR: Timer Interrupt Flag register

યાદી માટે: “Timer Control Input Output Mask Flag”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 માર્ક્સ]

#

Timer 0 ને સામાન્ય મોડમાં પ્રોગ્રામ કરવાના મુદ્દાઓ લખો.

જવાબ:

Programming Steps:

1. Timer Mode Set કરો: Normal mode માટે TCCR0 configure કરો
2. Prescaler Select કરો: Clock division ratio choose કરો
3. Initial Value Load કરો: TCNT0 register set કરો
4. Interrupts Enable કરો: જરૂર હોય તો TIMSK માં TOIE0 set કરો
5. Timer Start કરો: TCCR0 માં prescaler bits set કરો

TCCR0 = 0x05;    // Normal mode, prescaler 1024
TCNT0 = 0x00;    // Initial value
TIMSK |= 0x01;   // Enable overflow interrupt

યાદી માટે: “Set Select Load Enable Start”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 માર્ક્સ]

#

ડેટા બાઈટોને સીરીયલી રીસીવ કરાવવા અને તેમને PORTA પર મૂકવા માટેનો C પ્રોગ્રામ લખો. બાઉડ રેટ 9600, 8-બીટ, અને 1-બીટ સેટ કરો.

જવાબ:

#include <avr/io.h>

void USART_Init() {
    // Baud rate 9600 set કરો (8MHz clock માટે)
    UBRRH = 0x00;
    UBRRL = 51;
    
    // Receiver enable કરો
    UCSRB = (1<<RXEN);
    
    // Frame format set કરો: 8 data bits, 1 stop bit
    UCSRC = (1<<URSEL)|(3<<UCSZ0);
}

unsigned char USART_Receive() {
    // Data receive થવા માટે wait કરો
    while(!(UCSRA & (1<<RXC)));
    return UDR;
}

int main() {
    DDRA = 0xFF;        // PORTA output તરીકે
    USART_Init();       // USART initialize કરો
    
    while(1) {
        PORTA = USART_Receive();  // Receive કરો અને display કરો
    }
    return 0;
}

યાદી માટે: “Initialize Receive Display Loop”

પ્રશ્ન 3(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

AVR માં સીરીયલ કોમ્યુનિકેશન સાથે સંકળાયેલા રજિસ્ટરોના કાર્યો લખો.

જવાબ:

મુખ્ય કાર્યો: Data transmission/reception, status monitoring, control configuration

યાદી માટે: “Data Control Status Baud”

પ્રશ્ન 3(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

ડેટા સીરીયલી ટ્રાન્સફર કરવા માટે AVR ને પ્રોગ્રામ કરવાના મુદ્દાઓની ચર્ચા કરો.

જવાબ:

Programming Steps:

1. Baud Rate Set કરો: UBRRH/UBRRL registers configure કરો
2. Transmitter Enable કરો: UCSRB માં TXEN bit set કરો
3. Frame Format Set કરો: UCSRC માં data bits, stop bits configure કરો
4. Empty Buffer માટે Wait કરો: UCSRA માં UDRE flag check કરો
5. Data Load કરો: UDR register માં data write કરો

void USART_Transmit(unsigned char data) {
    while(!(UCSRA & (1<<UDRE)));  // Empty buffer માટે wait કરો
    UDR = data;                   // Data send કરો
}

યાદી માટે: “Baud Enable Format Wait Load”

પ્રશ્ન 3(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

દર 2 મિલિસેકન્ડે માત્ર PORTB.4 બીટને સતત ટોગલ કરવા માટેનો C પ્રોગ્રામ લખો. Delay જનરેટ કરવા timer 1ને પ્રીસ્કેલર વગર નોર્મલ મોડમાં ઉપયોગ કરો. XTAL=8MHz ધારો.

જવાબ:

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

volatile unsigned int timer_count = 0;

ISR(TIMER1_OVF_vect) {
    timer_count++;
    if(timer_count >= 1) {  // લગભગ 2ms
        PORTB ^= (1<<4);    // PORTB.4 toggle કરો
        timer_count = 0;
        TCNT1 = 49911;      // 2ms delay માટે reload કરો
    }
}

int main() {
    DDRB |= (1<<4);         // PORTB.4 output તરીકે
    
    // Timer1 Normal mode, no prescaler
    TCCR1A = 0x00;
    TCCR1B = 0x01;          // No prescaler
    
    TCNT1 = 49911;          // 2ms માટે initial value
    TIMSK |= (1<<TOIE1);    // Timer1 overflow interrupt enable કરો
    
    sei();                  // Global interrupts enable કરો
    
    while(1) {
        // Main loop
    }
    return 0;
}

ગણતરી: 8MHz clock સાથે 2ms delay માટે: 8MHz × 2ms = 16000 cycles Timer1 counts: 65536 - 16000 = 49536 (adjustment માટે લગભગ 49911)

યાદી માટે: “Configure Timer Calculate Enable Loop”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ULN2803 નો ATmega32 સાથે ઇન્ટરફેસિંગ ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

કનેક્શન વિગતો:

• Input: ATmega32 PORTB pins થી ULN2803 inputs
• Output: ULN2803 outputs high current loads drive કરે છે
• Common: Pin 9 positive supply સાથે, Pin 10 ground સાથે connects થાય છે

યાદી માટે: “Input Output Common Supply Ground”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 માર્ક્સ]

#

Port B પરથી ડેટા બાઈટ લેવો અને તેને Port C પર મોકલવા AVR માટેનો C પ્રોગ્રામ લખો.

જવાબ:

#include <avr/io.h>

int main() {
    DDRB = 0x00;    // PORTB input તરીકે
    DDRC = 0xFF;    // PORTC output તરીકે
    PORTB = 0xFF;   // PORTB પર pull-up resistors enable કરો
    
    unsigned char data;
    
    while(1) {
        data = PINB;     // PORTB થી data read કરો
        PORTC = data;    // PORTC પર data send કરો
    }
    
    return 0;
}

પ્રોગ્રામ Flow:

• Ports Configure કરો: Direction registers set કરો
• Pull-ups Enable કરો: Internal pull-up resistors activate કરો
• Data Read કરો: PINB register થી byte get કરો
• Data Write કરો: PORTC register પર byte output કરો

યાદી માટે: “Configure Enable Read Write”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 માર્ક્સ]

#

MAX7221 નો ATmega32 સાથે ઇન્ટરફેસિંગ ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

Interface વર્ણન:

• SPI Communication: 3-wire SPI protocol વાપરે છે
• DIN (Data In): PB5 (MOSI) થી serial data input
• CLK (Clock): PB7 (SCK) થી clock signal
• LOAD (Chip Select): PB4 (SS) થી latch signal
• Multiplexed Display: 8 seven-segment digits સુધી control કરે છે
• Current Control: LEDs માટે internal current limiting

Programming Steps: SPI initialize કરો → Address send કરો → Data send કરો → LOAD pin toggle કરો

યાદી માટે: “SPI Data Clock Load Multiplex Current Program”

પ્રશ્ન 4(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

LM35 નો ATmega32 સાથે ઇન્ટરફેસિંગ ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

કનેક્શન વિગતો:

• VCC: +5V supply સાથે connect કરો
• OUT: ADC channel (PA0) પર analog output
• GND: Ground સાથે connect કરો
• Output: 10mV/°C linear voltage output

યાદી માટે: “VCC OUT GND Linear”

પ્રશ્ન 4(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

Port C ના બીટ-5 ને મોનીટર કરો, જો તે HIGH હોય તો 55H ને Port B પર મોકલો નહીં તો AAH ને Port B પર મોકલવા AVR માટેનો C પ્રોગ્રામ લખો.

જવાબ:

#include <avr/io.h>

int main() {
    DDRC &= ~(1<<5);    // PC5 input તરીકે
    DDRB = 0xFF;        // PORTB output તરીકે
    PORTC |= (1<<5);    // PC5 પર pull-up enable કરો
    
    while(1) {
        if(PINC & (1<<5)) {     // Bit 5 HIGH છે કે નહીં check કરો
            PORTB = 0x55;       // PORTB પર 55H send કરો
        }
        else {
            PORTB = 0xAA;       // PORTB પર AAH send કરો
        }
    }
    
    return 0;
}

પ્રોગ્રામ Logic:

• Bit Monitor: Bit masking વાપરીને PC5 status check કરો
• Conditional Output: Input આધારે અલગ અલગ values send કરો
• Continuous Loop: Changes માટે continuously monitor કરો

યાદી માટે: “Monitor Conditional Output Loop”

પ્રશ્ન 4(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

AVR માં SPI ને પ્રોગ્રામ કરવા માટેના રજિસ્ટરોની ચર્ચા કરો.

જવાબ:

SPCR Control Bits:

• SPIE: SPI Interrupt Enable
• SPE: SPI Enable
• DORD: Data Order (MSB/LSB first)
• MSTR: Master/Slave Select
• CPOL: Clock Polarity
• CPHA: Clock Phase
• SPR1:0: SPI Clock Rate Select

SPSR Status Bits:

• SPIF: SPI Interrupt Flag
• WCOL: Write Collision Flag
• SPI2X: Double SPI Speed

Programming Sequence: SPCR configure કરો → SPI enable કરો → SPDR write કરો → SPIF માટે wait કરો → SPDR read કરો

યાદી માટે: “Control Status Data Configure Enable Write Wait Read”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 માર્ક્સ]

#

મોટર ડ્રાઇવર આઈસી L293D નો પીન ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

Pin કાર્યો:

• EN1, EN2: Motor control માટે enable pins
• 1A, 2A, 3A, 4A: Microcontroller થી input pins
• 1Y, 2Y, 3Y, 4Y: Motors પર output pins
• VCC: Logic અને motor supply voltages
• GND: Ground connections

યાદી માટે: “Enable Input Output Supply Ground”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 માર્ક્સ]

#

ADMUX રજિસ્ટર દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

Bit કાર્યો:

• REFS1:0: Reference Selection (00=AREF, 01=AVCC, 11=Internal 2.56V)
• ADLAR: ADC Left Adjust Result (data format)
• MUX4:0: Analog Channel Selection (32 possible channels)

Channel Selection ઉદાહરણો:

• 00000: ADC0 (PA0)
• 00001: ADC1 (PA1)
• 00111: ADC7 (PA7)

યાદી માટે: “Reference Adjust Multiplex Channel”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 માર્ક્સ]

#

GSM આધારિત સિક્યુરિટિ સિસ્ટમનો બ્લોક ડાયાગ્રામ સમજાવો.

જવાબ:

graph TD
    A[Sensors] --> B[Microcontroller]
    B --> C[GSM Module]
    C --> D[Mobile Network]
    D --> E[User Mobile]
    B --> F[Alarm System]
    B --> G[Display Unit]
    H[Power Supply] --> B
    H --> C

સિસ્ટમ ઘટકો:

• Sensors: PIR, door/window sensors intrusion detect કરે છે
• Microcontroller: Sensor data process કરે છે અને system control કરે છે
• GSM Module: Registered numbers પર SMS/calls send કરે છે
• Mobile Network: Cellular infrastructure સાથે connects કરે છે
• Alarm System: Local audio/visual alerts
• Display Unit: System status અને messages show કરે છે
• Power Supply: Continuous operation માટે battery backup
• Operation Flow: Sensor detects → Microcontroller processes → GSM sends alert → User receives notification → Alarm activates

યાદી માટે: “Sensors Microcontroller GSM Mobile Alarm Display Power Operation”

પ્રશ્ન 5(અ OR) [3 માર્ક્સ]

#

મોટર ડ્રાઇવર L293D નો ઉપયોગ કરી ડી.સી. મોટરને ATmega32 સાથે ઇન્ટરફેસ કરવાનો સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

કનેક્શન્સ:

• PB0 → EN1: Motor operation enable કરે છે
• PB1 → 1A, PB2 → 2A: Direction control inputs
• 1Y, 2Y → Motor: Motor terminals પર output
• VCC, GND: Power supply connections

Motor Control: 1A, 2A પર અલગ અલગ input combinations motor direction અને speed control કરે છે

યાદી માટે: “Enable Direction Output Power Control”

પ્રશ્ન 5(બ OR) [4 માર્ક્સ]

#

ADCSRA રજિસ્ટર દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

Bit કાર્યો:

• ADEN: ADC Enable
• ADSC: ADC Start Conversion
• ADATE: ADC Auto Trigger Enable
• ADIF: ADC Interrupt Flag
• ADIE: ADC Interrupt Enable
• ADPS2:0: ADC Prescaler Select (division factor)

Prescaler Settings: 000=2, 001=2, 010=4, 011=8, 100=16, 101=32, 110=64, 111=128

Programming: ADEN set કરો → Prescaler configure કરો → ADSC set કરો → ADIF માટે wait કરો

યાદી માટે: “Enable Start Auto Interrupt Prescaler Configure”

પ્રશ્ન 5(ક OR) [7 માર્ક્સ]

#

વેધર મોનીટરીંગ સિસ્ટમનો બ્લોક ડાયાગ્રામ સમજાવો.

જવાબ:

graph TD
    A[Temperature Sensor] --> E[Microcontroller]
    B[Humidity Sensor] --> E
    C[Pressure Sensor] --> E
    D[Rain Sensor] --> E
    E --> F[LCD Display]
    E --> G[Data Logger]
    E --> H[Wireless Module]
    H --> I[Remote Monitoring]
    J[Power Supply] --> E
    E --> K[Alarm System]

સિસ્ટમ ઘટકો:

• Temperature Sensor: Ambient temperature measure કરે છે (LM35/DS18B20)
• Humidity Sensor: Moisture content monitor કરે છે (DHT22)
• Pressure Sensor: Atmospheric pressure changes detect કરે છે
• Rain Sensor: Precipitation levels detect કરે છે
• Microcontroller: Data collection માટે central processing unit
• LCD Display: Local visual data presentation
• Data Logger: Historical weather data store કરે છે
• Wireless Module: Remote locations પર data transmit કરે છે
• Alarm System: Extreme weather conditions માટે alerts
• Power Supply: System ને stable power પૂરું પાડે છે

ઓપરેશન: Sensors data collect કરે છે → Microcontroller processes કરે છે → Display updates થાય છે → Data logging થાય છે → Wireless transmission થાય છે → Alert generation થાય છે

યાદી માટે: “Temperature Humidity Pressure Rain Microcontroller Display Logger Wireless Alarm Operation”