Моделювання мікроконтролерів в програмному середовищі Multisim

Придаток, Валентин  Григорович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5825
Full metadata record
DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Воробкало, Тетяна Василівна	-
dc.contributor.author	Придаток, Валентин Григорович	-
dc.date.accessioned	2025-07-08T12:35:12Z	-
dc.date.available	2025-07-08T12:35:12Z	-
dc.date.issued	2025	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5825	-
dc.description.abstract	Мета роботи – дослідження програмного середовища Multisim, що до функціональних можливостей моделювання мікроконтролерів та електронних схем на їх основі, розробка лабораторних стендів для дослідження роботи мікроконтролерів. В роботі проаналізовано можливості програмного середовища Multisim для моделювання як роботи мікроконтролерів, так і схем різноманітних електронних пристроїв. Було розроблено лабораторні стенди для дослідження функціонування мікроконтролерів, зокрема: програма ініціалізації мікроконтролера, схема керу-вання семисегментним індикатором, а також схема взаємодії мікроконтролера з зовнішньою пам’яттю. Отримані результати можуть бути використані як основа для лабораторного практикуму, що сприятиме глибшому засвоєнню принципів роботи мікроконтролерів і набуттю практичних навичок їх моделювання.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	моделювання	uk_UA
dc.subject	мікроконтролер	uk_UA
dc.subject	програма multisim	uk_UA
dc.title	Моделювання мікроконтролерів в програмному середовищі Multisim	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Б_172_Придаток_Воробкало.pdf Restricted Access		2.07 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show simple item record
Extracted text
 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА 
МАШИНОБУДУВАННЯ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ 
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ 
 
 
Допущений до захисту  
“____”  червня  2025 р. 
Завідувач кафедри РТСК  
д.т.н., професор  
_________Володимир ПАЛАГІН 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи 
 бакалавра  
(освітній ступінь) 
 
 
на тему:  
Моделювання мікроконтролерів в програмному  
середовищі Multisim 
 
Виконав: студент  2  курсу, групи РТ-15ск  
спеціальності 
172 «Електронні комунікації та радіотехніка»
 (шифр і назва напряму підготовки, спеціальності) 
(освітня програма – «Радіотехніка та  
робототехнічні системи»   
 Придаток В.Г.  
(прізвище та ініціали) 
Керівник  Воробкало Т.В.  
(прізвище та ініціали) 
Рецензент  Бондаренко М.О.  
(прізвище та ініціали) 
 
 
 
 
 
 
Черкаси – 2025 року 
Форма № Н-9.01 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ  
 
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування 
Кафедра робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки  
Освітній рівень бакалавр 
Спеціальність 172 – Електронні комунікації та радіотехніка 
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи 
  
ЗАТВЕРДЖУЮ: 
 Завідувач кафедри Палагін В.В. 
 «  »   2025 р. 
 
ЗАВДАННЯ 
НА ДИПЛОМНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ 
Придатку Валентину Григоровичу 
(прізвище, ім’я, по батькові) 
1. Тема проекту (роботи) Моделювання мікроконтролерів в програмному  
Середовищі Multisim 
 
Керівник проекту (роботи) Воробкало Тетяна Василівна, к.т.н., доцент 
 (прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
затверджені наказом по університету від « 05 » березня  2025 р. № 63/03-03 
2. Термін здачі студентом закінченої роботи 06.06.2025 
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Програмне середовище – Multisim. Розробити  
лабораторні стенди: ініціалізації мікроконтролера, схеми управління семи сегментним 
індикатором, схеми дослідження роботи мікроконтролера з зовнішньою пам’яттю. 
 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити) 
1. Мікроконтролери, 2. Комплексний аналіз програмного середовища Multisim та застосування 
для моделювання мікроконтролерних систем, 3. Розробка моделей для дослідження  
мікроконтролерів в Multisim, 4. Охорона праці 
 
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)  
Назва роботи, об’єкт та мета роботи, принцип дії мікроконтролера, типи мікроконтролерів,  
програмне середовище Multisim, схема ініціалізації мікроконтролера, схеми управління семи-  
сегментним індикатором, схеми дослідження роботи мікроконтролера з зовнішньою  
пам’яттю, висновки, охорона праці. 
 
 
 
 
6. Консультанти розділів проекту (роботи) 
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата 
Розділ 
консультанта завдання видав завдання прийняв 
1. Охорона праці Кожем’якін    
Олексій Сергійович 
    
    
    
 
   
 
   
 
   
  
7. Дата видачі завдання 10.02.2025 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
№ Назва етапів дипломного Строк виконання етапів 
Примітка 
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) 
 
1. П ошук та огляд літератури  20.02.2025 
А наліз принципу дії та типів 29.02.2025 
2.  
мікроконтролерів 
3. А наліз роботи програмного середовища 10.03.2025  
Multisim 
4. С творення проекту в Multisim   20.03.2025  
5. Р озробка лабораторних стендів 01.04.2025  
6. О хорона праці 12.05.2025  
7. О формлення пояснювальної записки 26.05.2025  
8. Розробка презентації 05.06.2025  
    
    
    
  
    
Студент-дипломник Валентин ПРИДАТОК 
 
   (підпис)  
  
 Керівник проекту Тетяна ВОРОБКАЛО  
 
   (підпис)  
 
 
ЗМІСТ 
сторінка 
Вступ…………………………………………………………………………………4 
 
1. МІКРОКОНТРОЛЕРИ……………………………………………………..7 
1.1. Поняття мікроконтролера………………………………………………...7 
1.2. Класифікація мікроконтролерів………………………………………….8 
1.3. 8-бітні мікроконтролери…………………………………………………14 
1.4. 16-бітні мікроконтролери………………………………………………..23 
1.5. 32-бітні мікроконтролери………………………………………………..26 
2. КОМПЛЕКСНИЙ АНАЛІЗ ПРОГРАМНОГО СЕРЕДОВИЩА 
MULTISIM ТА ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ 
МІКРОКОНТРОЛЕРНИХ СИСТЕМ…………………………………...36 
2.1. Програмне середовище Multisim………………………………………..36 
2.2. Переваги та недоліки програми Multisim……………………………....38 
2.3. Робота з мікроконтролерами в Multisim………………………………..41 
2.4. Створення схемного проекту в Multisim……………………………….45 
3. РОЗРОБКА МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ 
МІКРОКОНТРОЛЕРІВ В MULTISIM………………………………….52 
3.1. Модель керування семисегментним індикатором……………………..52 
3.2. Модель роботи мікроконтролера з зовнішньою пам’яттю……………55 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ…………………………………………………………63 
4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні робіт з 
моделювання мікроконтролерів в програмному середовищі 
Multisim……………………………………………………………...........63 
4.2. Розробка заходів щодо зниження зорового напруження та поліпшення 
ергономіки робочих місць……………………………………………….70 
 
Висновок………………………………………………………………….75 
Список використаної літератури………………………………………..76 
 
 
РТ15.025.028.248 ПЗ 
Змн. Лист № докум. Підпис Дата 
 Розроб. Придаток В.Г. Моделювання Літ. Арк. Акрушів 
 Перевір. Воробкало Т.В. 76 
мікроконтролерів в 3 
   програмному середовищі 
 Н. Контр.  ЧДТУ 
multisim 
 Затверд. Палагін В.В. 
ВСТУП 
 У сучасному світі інформаційних технологій та автоматизації важко 
уявити галузь, де не використовуються вбудовані електронні системи. Ключовим 
елементом таких систем є мікроконтролери — компактні обчислювальні 
пристрої, які забезпечують керування різноманітними процесами в техніці, 
промисловості, побуті та інших сферах людської діяльності. Мікроконтролери 
стали невіддільною частиною цифрової епохи, адже вони забезпечують високий 
рівень функціональності при мінімальних витратах ресурсів, що робить їх 
надзвичайно привабливими для розробників. 
 Мікроконтролер — це мініатюрний комп’ютер на одному кристалі, який 
містить центральний процесор (CPU), оперативну пам’ять (RAM), постійну 
пам’ять (ROM або Flash), периферійні інтерфейси (таймери, порти 
введення/виведення, АЦП, ШІМ тощо) та інші компоненти, необхідні для 
автономного керування електронними пристроями. На відміну від 
мікропроцесора, мікроконтролер є більш самодостатнім, оскільки в одному 
корпусі міститься все необхідне для виконання заданих програм. 
 Головною перевагою мікроконтролерів є їхня інтегрованість: вони можуть 
функціонувати без додаткових зовнішніх компонентів, що значно спрощує 
розробку систем на їх основі. 
 Робота мікроконтролера ґрунтується на циклічному виконанні інструкцій, 
які зберігаються в його програмній пам’яті. Кожна інструкція визначає певну 
дію: обробку сигналів з датчиків, активацію виконавчих механізмів, передавання 
даних або арифметичні обчислення. Керуюча логіка мікроконтролера 
організована таким чином, що пристрій може реагувати на зовнішні події (через 
переривання), працювати в реальному часі та підтримувати енергоефективні 
режими. 
 Центральний процесор (CPU) виконує обчислення, оперативна пам’ять 
забезпечує тимчасове зберігання даних під час виконання програми, а постійна 
пам’ять містить саму програму, яка зазвичай записується один раз і може 
оновлюватися при потребі.  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
4 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 За допомогою периферійних пристроїв мікроконтролер взаємодіє з 
зовнішнім світом. 
Створення пристроїв на основі мікроконтролерів потребує попереднього 
детального планування та всебічного тестування схемних рішень до їх 
практичної реалізації. 
Використання комп'ютерних технологій для моделювання електронних 
систем суттєво полегшує роботу розробників та допомагає мінімізувати 
фінансові затрати на виготовлення дослідних зразків. Віртуальне тестування 
надає змогу оперативно оцінити функціональність схеми, виявити недоліки на 
початкових стадіях розробки та налаштувати характеристики системи без 
залучення фізичних компонентів. 
Серед популярних програмних рішень для подібного моделювання варто 
відзначити Multisim, що характеризується інтуїтивним користувацьким 
інтерфейсом та широкими можливостями симуляції. Дана програма забезпечує 
підтримку різноманітних типів мікроконтролерів та надає інструменти для 
глибокого аналізу їх функціонування у складі електронних пристроїв. 
Multisim має ряд суттєвих переваг, які роблять його популярним 
інструментом для моделювання електронних схем. Програма відрізняється 
зручним графічним інтерфейсом, що дозволяє швидко створювати схеми 
методом "перетягування" компонентів з бібліотеки. Велика база елементів 
включає різноманітні мікроконтролери, аналогові та цифрові компоненти. 
Особливо цінною є можливість використання віртуальних вимірювальних 
приладів - осцилографів, мультиметрів, генераторів сигналів. Це дозволяє 
проводити детальний аналіз роботи схеми без реального обладнання. Програма 
підтримує різні типи аналізу: частотний, перехідних процесів, постійного 
струму. 
Multisim добре інтегрується з іншими продуктами National Instruments, що 
спрощує перехід від моделювання до практичної реалізації проектів. 
Серед альтернативних рішень можна виділити Proteus, який особливо 
популярний для роботи з мікроконтролерами та підтримує програмування на 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
5 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
різних мовах. LTspice від Analog Devices - безкоштовна програма з потужними 
можливостями аналізу аналогових схем. 
KiCad представляє собою відкритий пакет для проектування друкованих 
плат з функціями симуляції.  
Altium Designer являє собою комплексне професійне рішення для розробки 
електронних систем, яке поєднує можливості схемотехнічного моделювання з 
інструментами проектування друкованих плат, але має значно вищу вартість 
ліцензії порівняно з іншими програмними продуктами. 
Метою роботи є дослідження програмного середовища Multisim, що до 
функціональних можливостей моделювання мікроконтролерів та електронних 
схем на їх основі, розробка лабораторних стендів для дослідження роботи 
мікроконтролерів. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
6 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
1. МІКРОКОНТРОЛЕРИ 
 
1.1. Поняття мікроконтролера 
 
 Мікроконтролер — це мініатюрний комп’ютер на одному кристалі, який 
містить центральний процесор (CPU), оперативну пам’ять (RAM), постійну 
пам’ять (ROM або Flash), периферійні інтерфейси (таймери, порти 
введення/виведення, АЦП, ШІМ тощо) та інші компоненти, необхідні для 
автономного керування електронними пристроями [1]. На відміну від 
мікропроцесора, мікроконтролер є більш самодостатнім, оскільки в одному 
корпусі міститься все необхідне для виконання заданих програм.  
 Головною перевагою мікроконтролерів є їхня інтегрованість: вони можуть 
функціонувати без додаткових зовнішніх компонентів, що значно спрощує 
розробку систем на їх основі [1]. 
 Розглянемо принцип роботи мікроконтролера. Робота мікроконтролера 
ґрунтується на циклічному виконанні інструкцій, які зберігаються в його 
програмній пам’яті. Кожна інструкція визначає певну дію: обробку сигналів з 
датчиків, активацію виконавчих механізмів, передавання даних або арифметичні 
обчислення [2]. Керуюча логіка мікроконтролера організована таким чином, що 
пристрій може реагувати на зовнішні події (через переривання), працювати в 
реальному часі та підтримувати енергоефективні режими  
 Центральний процесор (CPU) виконує обчислення, оперативна пам’ять 
забезпечує тимчасове зберігання даних під час виконання програми, а постійна 
пам’ять містить саму програму, яка зазвичай записується один раз і може 
оновлюватися при потребі [2]. За допомогою периферійних пристроїв 
мікроконтролер взаємодіє з зовнішнім світом.  
Мікроконтролери класифікуються за різними критеріями, кожен з яких 
визначає їхні функціональні можливості, сферу застосування та рівень 
складності в програмуванні. Нижче розглянемо основні категорії класифікації з 
детальним описом [1]. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
7 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Розрядність мікроконтролера вказує на кількість бітів, які центральний 
процесор може обробити за одну операцію. Від неї залежить продуктивність, 
обсяг адресованої пам’яті та складність обчислень.  
 
1.2. Класифікація мікроконтролерів 
 
За архітектурою процесора 
 CISC (Complex Instruction Set Computer) 
CISC-архітектура характеризується великою кількістю складних 
інструкцій. Вона дозволяє виконувати складні операції за допомогою однієї 
інструкції, що може зменшити обсяг коду [1]. Проте через складність реалізації 
така архітектура менш ефективна для вбудованих систем з обмеженими 
ресурсами. 
Приклад: класичні 8051, деякі моделі PIC. 
Переваги: 
• Багатофункціональні інструкції 
• Зручність у програмуванні асемблером 
Недоліки: 
• Вища складність розробки ядра 
• Повільніша робота у певних задачах 
RISC (Reduced Instruction Set Computer) 
 У цій архітектурі кількість інструкцій мінімізована, натомість кожна 
інструкція виконується швидко і ефективно. Це дозволяє оптимізувати 
продуктивність і енергоспоживання, що зробило RISC архітектуру стандартом 
для сучасних 32-бітних мікроконтролерів (наприклад, ARM Cortex-M) [1]. 
Приклади: AVR, ARM Cortex, ESP32 (Xtensa), RISC-V. 
Переваги: 
• Швидке виконання інструкцій 
• Простота у розробці ядра 
• Енергозбереження 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
8 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Недоліки: 
- Більший обсяг програмного коду (іноді) 
Порівняння архітектур CISC та RISC Таблиця 1.1. 
Категорія CISC (Complex RISC (Reduced 
Instruction Set Instruction Set 
Computer) Computer) 
Швидкодія Нижча у типових Вища завдяки 
задачах через складні простим інструкціям 
інструкції 
Енергоспоживання Зазвичай вище Оптимізоване для 
енергоефективності 
Складність розробки Висока Низька 
ядра 
Простота написання Простіше на Може вимагати 
коду асемблері більше інструкцій 
Обсяг коду програми Менший Може бути більшим 
Вартість апаратної Вища через Нижча завдяки 
реалізації складність простій структурі 
Сумісність з ПЗ Часто краща з Потребує 
класичним ПЗ адаптованих бібліотек 
Тепловиділення Більше при Менше – особливо в 
інтенсивних портативних 
обчисленнях пристроях 
Використання у x86 – персональні ARM, ESP32, RISC-V 
сучасних технологіях комп’ютери – мобільні, IoT, MCU 
 
У таблиці представлено основні відмінності між двома типами 
процесорних архітектур — CISC (Complex Instruction Set Computer) та RISC 
(Reduced Instruction Set Computer) — за низкою технічних та прикладних 
параметрів. 
 Швидкодія: RISC-архітектура виконує прості інструкції, які займають 
менше тактів процесора, що позитивно впливає на продуктивність. CISC-
команди часто складніші та вимагають більше часу на обробку. 
Енергоспоживання: Простота апаратної реалізації у RISC дозволяє краще 
оптимізувати енергозбереження — критичний фактор для мобільних пристроїв 
та IoT. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
9 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Складність розробки ядра: CISC-процесори мають складну 
мікроархітектуру, що ускладнює їх проектування та валідацію. У RISC все 
спрощено завдяки меншій кількості інструкцій. 
Простота написання коду: У CISC програміст може виконати складну 
операцію однією командою, що спрощує розробку на асемблері. В RISC ту ж дію 
доводиться реалізовувати послідовністю простих команд. Обсяг коду програми: 
CISC дозволяє зменшити розмір коду за рахунок багатофункціональних 
інструкцій [3]. У RISC код іноді займає більше пам’яті, хоча завдяки сучасним 
компіляторам це не критично. Вартість апаратної реалізації: Просте ядро RISC 
легше впровадити у кремній, воно займає менше місця на чіпі, має менше 
транзисторів і, відповідно, дешевше.  
Сумісність з ПЗ: CISC (наприклад, x86) історично підтримується великою 
кількістю існуючих програм. У RISC-системах (наприклад, ARM, RISC-V) часто 
потрібне окреме перекомпілювання або спеціалізовані бібліотеки. 
Тепловиділення: Завдяки меншому енергоспоживанню RISC виділяє менше 
тепла — перевага в портативних системах.  
Використання у сучасних технологіях: RISC переважає в мобільній і 
вбудованій електроніці (ARM, ESP32, RISC-V), тоді як CISC зберігає позиції в 
персональних комп’ютерах і серверах. 
За енергоспоживанням 
 Звичайні мікроконтролери 
 Ці пристрої розраховані на постійне живлення і не мають особливої 
оптимізації енергоспоживання. Їх використовують там, де доступ до джерела 
живлення не є проблемою — наприклад, у побутовій техніці чи мережевих 
пристроях. 
 Ультраенергозберігаючі мікроконтролери 
 Використовуються в автономних пристроях: фітнес-трекерах, бездротових 
датчиках, пристроях IoT. Мають спеціальні сплячі режими, можливість 
"прокидатися" за подією, і мінімізовану частоту роботи. 
Приклад: MSP430, STM32L, ATmega328P у режимі Power-down. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
10 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
 
Рис. 1.1. Графік порівняння енергоспоживання мікроконтролерів 
 
На зображенні представлено порівняння енергоспоживання звичайних та 
ультраенергозберігаючих мікроконтролерів у різних режимах роботи. 
Звичайні мікроконтролери (верхня діаграма) здебільшого працюють в активному 
режимі, споживаючи близько 50 мА. У періоди простою вони переходять у 
режим очікування, де споживання знижується до 30 мА. Така архітектура не 
передбачає глибоких режимів сну, тому загальне енергоспоживання залишається 
відносно високим. 
 Ультраенергозберігаючі мікроконтролери (нижня діаграма), навпаки, 
більшість часу проводять у глибокому сні, споживаючи лише 0,1 мА. Вони 
короткочасно переходять у режим активної роботи (до 15 мА) лише за 
необхідності обробки події, після чого — у режим сну (5 мА), а потім знову — в 
глибокий сон. Такий підхід значно знижує загальне енергоспоживання, що є 
критично важливим для автономних пристроїв. 
За функціональними можливостями 
 Мікроконтролери з вбудованими інтерфейсами зв’язку 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
11 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Такі пристрої підтримують Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, ZigBee та інші. Особливо 
популярні у сфері IoT. 
Приклад: ESP8266, ESP32, nRF52840. 
 Контролери з підтримкою криптографії 
Використовуються в захищених системах: банківських терміналах, платіжних 
системах, доступі до мереж. 
Приклади: деякі STM32, Microchip CryptoAuthentication. 
 Контролери для керування двигунами, дисплеями 
Мають спеціалізовані модулі: генерацію ШІМ, енкодери, графічні контролери. 
Приклади: STM32F0 з модулем TIM для ШІМ, STM32F7 з TFT контролером. 
 
 
Рис. 1.2. Класифікація мікроконтролерів 
 
На схемі зображено основні типи мікроконтролерів, які поділені за їх 
ключовими функціональними можливостями [2]. Такий поділ допомагає краще 
зрозуміти, в яких сферах кожен тип найбільше застосовується. 
1. Мікроконтролери з інтерфейсами зв’язку Ці пристрої мають вбудовані 
бездротові модулі, що дозволяє використовувати їх у системах Інтернету 
речей (IoT). 
- ESP8266 — простий і дешевий варіант, що підтримує Wi-Fi. 
- ESP32 — більш потужний мікроконтролер, який крім Wi-Fi, має ще й 
Bluetooth. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
12 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
2. Мікроконтролери з підтримкою криптографії Використовуються у 
випадках, де потрібно забезпечити захист інформації: наприклад, у 
банківських терміналах чи системах автентифікації. 
- STM32 (деякі моделі) — підтримують апаратне шифрування. 
- Microchip CryptoAuthentication — спеціалізовані мікросхеми для захисту 
даних. 
3. Мікроконтролери для керування двигунами та дисплеями 
Оснащені спеціальними модулями, які дозволяють легко реалізовувати 
керування об’єктами або виведення інформації на екран. 
- STM32F0 — добре підходить для керування двигунами завдяки наявності 
ШІМ (PWM). 
- STM32F7 — має контролер для роботи з дисплеями, зокрема TFT. 
 
 
Рис. 1.3. Ілюстрація використання мікроконтролерів з підтримкою 
криптографії в реальних пристроях 
 
На зображенні показані приклади пристроїв, у яких застосовуються 
мікроконтролери з криптографічними функціями: 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
13 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
- Wi-Fi маршрутизатор — для забезпечення безпечної передачі даних через 
мережу використовуються апаратні криптомодулі. 
- Платіжний термінал — мікроконтролери виконують 
шифрування/дешифрування даних під час транзакцій, забезпечуючи 
захист фінансової інформації. 
- Смартфон — має вбудовані криптографічні блоки для шифрування 
пам’яті, безпечної автентифікації, роботи з цифровими підписами. 
- Смарт-картка — містить мікроконтролер з криптографічними функціями, 
що забезпечують безпеку при автентифікації користувача, доступі до 
банківських сервісів тощо. 
Такі мікроконтролери використовують алгоритми шифрування AES, RSA, 
SHA, а також апаратні механізми генерації випадкових чисел і захисту від 
стороннього доступу. 
 
1.3. 8-бітні мікроконтролери 
 
 Це найпростіші та найпоширеніші мікроконтролери. Вони мають низьке 
енергоспоживання, просту архітектуру та невеликий об’єм пам’яті [1]. Завдяки 
простоті програмування і низькій вартості, 8-бітні мікроконтролери широко 
застосовуються в простих побутових пристроях, іграшках, датчиках та 
недорогих автоматизованих системах. 
Популярні представники: 
• Atmel AVR (ATmega328P) — серце платформи Arduino Uno. 
• Microchip PIC16F84A — класичний представник PIC-серії. 
• 8051 — один із найстаріших мікроконтролерів, донині використовується у 
модифікованих версіях. 
Переваги: 
• Простота у використанні 
• Дешева вартість 
• Величезна база готових бібліотек і прикладів 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
14 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Недоліки: 
• Обмежена обчислювальна потужність 
• Обмежений обсяг пам’яті (до 64 КБ) 
• Обмежена кількість периферії 
 
 
Рис. 1.4. Arduino Uno 
Arduino Uno — це одна з найвідоміших та найпоширеніших плат з 
мікроконтролером, що створена для швидкої розробки електронних пристроїв. 
Вона базується на мікроконтролері ATmega328P і є частиною відкритої 
апаратної платформи Arduino. Завдяки простому інтерфейсу, наявності 
візуального середовища програмування (Arduino IDE) та активній спільноті, ця 
плата стала стандартом у сфері початкового навчання робототехніки, 
автоматизації та IoT [4]. 
Структура та функціональні можливості 
Arduino Uno оснащена такими ключовими елементами: 
• Центральний мікроконтролер: ATmega328P, 8-бітний процесор з 
тактовою частотою 16 МГц. 
• Пам'ять: 32 КБ флеш-пам’яті для зберігання прошивки, 2 КБ 
оперативної пам’яті (SRAM) і 1 КБ енергонезалежної пам’яті 
(EEPROM). 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
15 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Цифрові входи/виходи: 14 цифрових портів, з яких 6 підтримують 
широтно-імпульсну модуляцію (PWM) для управління яскравістю 
світлодіодів, швидкістю обертання двигунів тощо. 
• Аналогові входи: 6 каналів для зчитування аналогових сигналів, 
наприклад, з датчиків температури або фоторезисторів. 
• Комунікаційні інтерфейси: підтримка SPI, I2C та UART, що дозволяє 
взаємодіяти з іншими мікросхемами або комп’ютером. 
• Живлення: може працювати як від USB, так і від зовнішнього 
джерела живлення (від 7 до 12 В). 
Принцип роботи 
Плата Arduino працює за принципом завантаження прошивки (програми), 
яка керує поведінкою входів/виходів. Програма створюється користувачем у 
середовищі Arduino IDE на мові, близькій до C/C++, і надсилається на плату 
через USB [5]. У результаті мікроконтролер реагує на вхідні сигнали (наприклад, 
від сенсорів) і виконує певні дії — вмикає світлодіоди, обробляє дані, керує 
сервоприводами тощо.  
Переваги Arduino Uno: 
• Інтуїтивно зрозуміле програмування навіть для початківців 
• Великий вибір бібліотек і прикладів 
• Доступна ціна та відкритий код 
• Широка підтримка аксесуарів (датчики, модулі, дисплеї) 
Обмеження: 
• Обмежена обчислювальна потужність через 8-бітну архітектуру 
• Невеликий об’єм оперативної пам’яті 
• Не підходить для складних алгоритмів обробки даних або 
мультимедійних додатків 
Практичне застосування 
Arduino Uno часто використовується у навчальних лабораторіях, для 
створення прототипів пристроїв розумного дому, в експериментальних роботах, 
системах автоматичного поливу, охоронних системах тощо [3].  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
16 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Її простота дозволяє швидко реалізувати ідею без глибоких знань в 
електроніці чи програмуванні. 
 
 
Рис. 1.5. Мікроконтролер PIC16F84A 
PIC16F84A — це один із найпопулярніших мікроконтролерів серії PIC 
серед навчальних і простих комерційних проектів [2]. Його популярність 
обумовлена простотою програмування, наявністю EEPROM-пам’яті та 
мінімальними вимогами до зовнішніх компонентів. Плата ідеально підходить 
для реалізації базових цифрових систем автоматизації.  
Основні характеристики: 
• Архітектура: 8-біт RISC 
• Тактова частота: до 20 МГц (з використанням зовнішнього 
кварцового генератора) 
• Пам'ять програми (Flash): 1 КСлів (тобто 1024 слова по 14 біт) 
• Оперативна пам’ять (RAM): 68 байт 
• EEPROM: 64 байти — дозволяє зберігати дані навіть після 
вимкнення живлення 
• Кількість виводів (пінів): 18 
• Цифрові порти введення/виведення: 13 пінів, що конфігуруються як 
входи або виходи 
• Таймери: 1 таймер (Timer0) з 8-бітною розрядністю 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
17 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Інтерфейс: Підтримка зовнішніх переривань (INT) на піні RB0 
• Живлення: від 2 до 5.5 В 
Особливості: 
• Простий набір інструкцій RISC — всього 35 команд, які виконуються 
за один або два такти. 
• EEPROM забезпечує зберігання користувацьких даних без 
необхідності зовнішньої пам’яті. 
• Має два незалежних порти вводу/виводу: PORTA (5 біт) і PORTB (8 
біт). 
• Інтегрований генератор Watchdog Timer (WDT) для захисту від 
зависань. 
Призначення виводів Таблиця 1.2. 
Пін Назва Функція 
Загального призначення (GPIO), цифровий 
1 RA2 
вхід/вихід 
GPIO або вхід таймера TMR0 (T0CKI – Timer0 
2 RA3/T0CKI 
Clock Input) 
GPIO (із відкритим колектором, без внутрішнього 
3 RA4 
pull-up) 
Master Clear (скидання мікроконтролера при 
4 MCLR 
низькому рівні сигналу) 
5 VSS Земля (GND) 
6 OSC1/CLKIN Вхід тактового генератора (осцилятора) 
Вихід осцилятора (для зовнішнього 
7 OSC2/CLKOUT 
кварцу/резонатора) 
8 RA0 GPIO, цифровий вхід/вихід 
9 RA1 GPIO, цифровий вхід/вихід 
10 RB0/INT GPIO або зовнішнє переривання INT 
11 RB1 GPIO 
12 RB2 GPIO 
13 RB3 GPIO 
14 RB4 GPIO (з внутрішнім pull-up) 
15 RB5 GPIO (з внутрішнім pull-up) 
GPIO (також використовується для програмування 
16 RB6 
– PGC) 
GPIO (також використовується для програмування 
17 RB7 
– PGD) 
18 VDD Живлення мікроконтролера (+5В) 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
18 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
GPIO — це універсальний цифровий вивід, який може бути 
запрограмований як вхід або вихід залежно від потреби користувача [3]. Такий 
тип виводу є основним інструментом для взаємодії мікроконтролера з зовнішнім 
світом: датчиками, кнопками, світлодіодами, реле тощо.  
GPIO як вхід: 
Коли пін налаштований як вхід, він здатен зчитувати логічні рівні (0 або 1) 
з зовнішніх джерел. Наприклад, це може бути натискання кнопки або сигнал від 
датчика руху. 
GPIO як вихід: 
У режимі виходу пін генерує логічні сигнали (високий або низький рівень), 
що дозволяє керувати такими пристроями як: 
• світлодіоди, 
• реле, 
• зумери, 
• інші цифрові модулі. 
Налаштування GPIO у PIC16F84A: 
В мікроконтролерах PIC серії, таких як PIC16F84A, конфігурація напрямку 
пінів виконується за допомогою спеціальних регістрів TRIS: 
• TRISA — керує напрямком виводів порту A 
• TRISB — керує напрямком виводів порту B 
Приклад: 
• Якщо біту у TRISB присвоєно 1 — відповідний пін працює як вхід. 
• Якщо біту присвоєно 0 — пін працює як вихід. 
Гнучкість GPIO: 
Ця універсальність GPIO дозволяє використовувати один і той самий пін 
для різних цілей в залежності від контексту роботи пристрою. Саме завдяки 
GPIO мікроконтролер може "спілкуватися" з реальним світом. 
Переваги й недоліки мікроконтролера PIC16F84A 
Переваги: 
• Простота використання та вивчення 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
19 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Вбудована енергонезалежна пам’ять 
• Підходить для невеликих керуючих систем 
• Легка інтеграція в схеми 
Недоліки: 
• Обмежений об’єм пам’яті та функціональність у порівнянні з 
новішими мікроконтролерами 
• Відсутність апаратних інтерфейсів для серійної передачі даних 
(UART, SPI, I2C) 
• Не підтримує роботу з аналоговими сигналами 
Приклади застосування: 
• Системи керування світлодіодним освітленням 
• Цифрові таймери 
• Просте реле часу 
• Побутова автоматика (наприклад, контролери жалюзі чи системи 
поливу) 
Порівняльна таблиця: Arduino Uno vs PIC16F84A Таблиця 1.3. 
Характеристика Arduino Uno PIC16F84A 
(ATmega328P) 
Архітектура 8-біт AVR (RISC) 8-біт PIC (RISC) 
Тактова частота 16 МГц До 20 МГц 
Flash-пам'ять 32 КБ 1 КСлів (≈ 1.75 КБ, 
(програма) 1024 × 14 біт) 
Оперативна 2 КБ 68 байт 
пам’ять (SRAM) 
EEPROM 1 КБ 64 байти 
(енергонезалежна) 
Кількість пінів I/O 14 цифрових (6 з PWM), 13 цифрових 
6 аналогових входів 
Аналогові входи Так (6 каналів) Немає 
PWM-виходи 6 Немає 
Таймери 3 (1 × 8-біт, 2 × 16-біт) 1 (8-бітний Timer0) 
Комунікаційні UART, SPI, I2C Немає (є тільки 
інтерфейси зовнішнє 
переривання INT) 
Складність Низька (Arduino IDE, Середня (Assembler, 
програмування C++) MPLAB) 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
20 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Сфера Освіта, прототипування, Навчання, прості 
застосування IoT логічні схеми 
Переваги Простота, велика Компактність, 
спільнота, гнучкість стабільність, 
EEPROM 
Недоліки Вища вартість, складніші Обмеженість 
схеми функцій, відсутність 
аналогових входів 
 
 
Рис. 1.6. Мікроконтролер 8051 
8051 — це 8-бітний мікроконтролер, який розроблений компанією Intel у 
1980-х роках. Став основою для цілої родини мікроконтролерів, які 
продовжують використовуватись до сьогодні в численних варіантах (наприклад, 
AT89C51, AT89S52, P89V51RD2, тощо). 
 Основні характеристики: 
• 8-бітний процесор з регістрами загального призначення 
• 4 порти введення/виведення (GPIO) по 8 біт 
• 128 байт внутрішньої RAM 
• 4K ROM або Flash-пам’яті (залежно від моделі) 
• 2 таймери/лічильники 
• 1 послідовний порт (UART) 
• 5 векторів переривань 
• Підтримка зовнішньої пам’яті 
• Тактова частота до 12 МГц (залежить від модифікацій) 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
21 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Призначення пінів мікроконтролера 8051 Таблиця 1.4. 
Позначення Призначення 
P0.0 – P0.7 Порт 0: GPIO, AD0–AD7 (адреса/дані); потребує 
підтягувальних резисторів 
P1.0 – P1.7 Порт 1: GPIO, не потребує підтягувальних резисторів 
P2.0 – P2.7 Порт 2: GPIO, старший байт адреси при зовнішньому 
доступі до пам’яті 
P3.0 (RXD) Прийом даних UART 
P3.1 (TXD) Передача даних UART 
P3.2 (INT0) Зовнішнє переривання 0 
P3.3 (INT1) Зовнішнє переривання 1 
P3.4 (T0) Таймер 0 
P3.5 (T1) Таймер 1 
P3.6 (/WR) Запис у зовнішню пам’ять 
P3.7 (/RD) Читання з зовнішньої пам’яті 
RST Скидання контролера (активний високий рівень) 
 
Основні блоки архітектури: 
• ALU (арифметико-логічний пристрій): виконує базові обчислення 
• Акумулятор (A) і регістр B: для обробки даних 
• RAM: внутрішня пам’ять даних 
• ROM/Flash: пам’ять програм 
• SFR (Special Function Registers): керують периферією 
• Порти P0–P3: введення/виведення даних 
Периферійні можливості: 
• Серійний порт (UART) — для обміну даними з ПК чи модулями 
• Таймери T0 і T1 — для формування затримок, ШІМ, генерації подій 
• Зовнішні переривання — для реакції на події в реальному часі 
• Підтримка програмування через ISP (в залежності від моделі) 
Переваги 8051: 
• Простота програмування та апаратної реалізації 
• Велика кількість варіантів від різних виробників 
• Широка база прикладів і навчальних матеріалів 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
22 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Недоліки: 
• Обмежена продуктивність у порівнянні з сучасними 32-бітними 
MCU 
• Немає апаратної підтримки USB, CAN, Ethernet (у базовій версії) 
 
1.4. 16-бітні мікроконтролери 
 
 Ці мікроконтролери є компромісом між простими 8-бітними та 
потужнішими 32-бітними. Вони мають розширену систему команд, більший 
обсяг пам’яті та продуктивніші периферійні модулі. Найчастіше 
використовуються у промислових системах, вбудованих пристроях реального 
часу та в автомобільній електроніці [1]. 
Приклад: 
• MSP430 (Texas Instruments) — надзвичайно енергоефективний 
мікроконтролер, популярний у пристроях з живленням від батареї. 
Переваги: 
• Баланс між енергоспоживанням і продуктивністю 
• Підтримка складніших обчислень 
• Розширений набір інтерфейсів 
Недоліки: 
• Менше підтримки, ніж для 8- або 32-бітних рішень 
• Вужчий вибір інструментів розробки 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
23 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
 
Рис. 1.7. Налагоджувальна плата на базі мікроконтролерів MSP430 та їх 
архітектура 
 На зображенні представлена налагоджувальна плата MSP-EXP430G2 
LaunchPad, розроблена компанією Texas Instruments для ознайомлення, навчання 
та розробки на базі мікроконтролерів серії MSP430. 
Ця плата містить: 
• Мікроконтролер MSP430G2553 (або інший сумісний чип серії G2xx) у 
корпусі DIP-20. 
• USB-інтерфейс для живлення та програмування через інтерфейс eZ430 або 
MSP430 UIF. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
24 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Світлодіоди (LED1, LED2), які можна використовувати як індикатори 
стану або для тестових програм. 
• Кнопки: 
- S1 (RESET) — скидання мікроконтролера. 
- S2 (USER) — користувацька кнопка для взаємодії з програмою. 
• Виводи портів P1.x і P2.x — на правій і лівій стороні плати розташовані 
роз'єми з доступом до цифрових і аналогових портів вводу/виводу. 
• Генератор тактових імпульсів — реалізований на основі зовнішнього 
кварцового резонатора або внутрішніх RC-генераторів. 
• Селектори режиму UART (апаратний/програмний), що дозволяють зручно 
налаштувати обмін даними з комп’ютером. 
 Ця плата зручна для налагодження, тестування та розробки вбудованих 
систем. Вона також активно використовується в освітніх закладах для вивчення 
основ мікроконтролерної техніки. 
 Мікроконтролер MSP430G2553 належить до наднизькопотужних (ultra-
low-power) мікроконтролерів з архітектурою RISC (Reduced Instruction Set 
Computer) і призначений для застосувань, де важливі енергоефективність, 
компактність і простота в реалізації [6]. 
Основні характеристики MSP430G2553: 
• Ядро: 16-розрядне RISC-ядро з оптимізованою архітектурою для швидкої 
обробки даних. 
• Тактова частота: до 16 МГц. 
• Пам’ять: 
- 16 КБ Flash для зберігання програм. 
- 512 байт RAM для змінних. 
• Інтерфейси: 
- UART, SPI, I²C — для серійної комунікації. 
- 10-бітний АЦП з кількома каналами для перетворення аналогових 
сигналів. 
- Цифрові входи/виходи (GPIO) з можливістю переривань. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
25 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Таймери: 
- До 2 універсальних таймерів (Timer_A), які підтримують генерацію 
ШІМ (PWM). 
• Вбудовані тактові генератори: 
- Внутрішній DCO (Digitally Controlled Oscillator). 
- Зовнішній кварцовий резонатор може бути підключений для більш 
точного таймування. 
- Напруга живлення: 1.8–3.6 В. 
• Режими енергозбереження: 5 режимів низького енергоспоживання (LPM0–
LPM4), що дозволяють знижувати споживання струму до одиниць 
мікроампер або навіть наноампер у сплячому режимі. 
Переваги: 
• Енергозбереження: ідеальний вибір для пристроїв з живленням від батареї 
(напр., портативні прилади, сенсори, розумні годинники). 
• Швидке пробудження: вихід із сплячого режиму менш ніж за 1 мкс. 
• Простота програмування: підтримка середовища розробки Code Composer 
Studio, Energia (аналог Arduino IDE), а також IAR Embedded Workbench. 
Застосування: 
• Автоматизація будинку та промисловості. 
• Системи збору даних. 
• Розумні лічильники (енергія, вода, газ). 
• Сенсорні системи. 
• Навчальні платформи та прототипування. 
 
1.5. 32-бітні мікроконтролери 
 
 Це сучасні високопродуктивні пристрої, які підтримують складні 
алгоритми, роботу з великими обсягами даних, багатозадачність та складні 
інтерфейси. Вони засновані на архітектурах ARM Cortex-M (найпоширеніша), 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
26 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
RISC-V та інших [5]. Активно використовуються в IoT, робототехніці, системах 
реального часу та мультимедійних пристроях [1]. 
Приклади: 
• STM32 (STMicroelectronics) — широко застосовуються в промисловості та 
побуті. 
• ESP32 (Espressif) — Wi-Fi + Bluetooth мікроконтролер для IoT-пристроїв. 
• NXP Kinetis, Renesas RX, Nordic nRF52 — також популярні в окремих 
нішах  
Переваги: 
• Висока продуктивність 
• Підтримка складної периферії (USB, CAN, Ethernet, TFT-дисплеї) 
• Ефективна робота в енергозберігаючих режимах 
Недоліки: 
• Складність у розробці (вимагає знань про реальний час, RTOS тощо) 
• Дорожчі у виробництві 
 
 
Рис. 1.8. Мікроконтролер STM32 
STM32 — це велика родина 32-бітних мікроконтролерів, розроблених 
компанією STMicroelectronics на базі ядер ARM Cortex-M. Ці контролери 
поєднують високу продуктивність, енергоефективність, багаті периферійні 
можливості та гнучкість для різних сфер застосування — від побутової 
електроніки до промислових систем та IoT [7]. 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
27 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Основні серії STM32: 
• STM32F0/F1/F3 — бюджетні моделі для базових завдань. 
• STM32F4/F7 — продуктивніші мікроконтролери з високими 
тактовими частотами. 
• STM32H7 — найпотужніші в родині, орієнтовані на задачі з високим 
навантаженням. 
• STM32L0/L1/L4/L5 — серії з наднизьким енергоспоживанням для 
портативних пристроїв. 
• STM32G0/G4 — збалансовані за ціною та функціоналом. 
• STM32U5/WB/WL — спеціалізовані серії з підтримкою бездротових 
технологій (Bluetooth, LoRa, ZigBee). 
Основні характеристики: 
• Ядро ARM Cortex-M0/M3/M4/M7 залежно від серії 
• Тактові частоти — до 480 МГц 
• Вбудована FLASH-пам’ять до 2 МБ 
• Оперативна пам’ять SRAM до 1 МБ 
• Підтримка численних інтерфейсів: USART, SPI, I2C, CAN, USB, 
Ethernet 
• Високоточні таймери, ADC, DAC, компаратори 
• Підтримка низьковольтних режимів живлення 
• Великий вибір корпусів (від 8 до 208 контактів) 
Засоби розробки: 
• STM32CubeIDE — безкоштовне середовище розробки від ST 
• STM32CubeMX — графічний конфігуратор мікроконтролера 
• Keil MDK, IAR Embedded Workbench — сторонні IDE для 
професійного застосування 
• HAL/LL драйвери — офіційні бібліотеки для спрощеної роботи з 
периферією 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
28 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Переваги: 
• Висока продуктивність при низькому споживанні енергії 
• Широкий вибір варіантів для будь-якого проекту 
• Широка підтримка документації та спільноти розробників 
• Регулярне оновлення та підтримка нових технологій 
Недоліки: 
• Вища складність у вивченні для початківців 
• Необхідність використання спеціалізованого програмного 
забезпечення (STM32CubeMX, STM32CubeIDE) 
• Більша кількість опцій конфігурації 
• Вартість розробницьких плат може бути вищою 
• Не всі моделі STM32 підтримують “внутрішнє завантаження коду” 
через USB 
• Сумісність із бібліотеками Arduino обмежена 
Застосування STM32: 
• Промисловість 
- Автоматизовані системи керування 
- Станції збору даних 
- Системи контролю температури, вологості, тиску 
• Медицина 
- Портативні медичні пристрої 
- Пульсометри, глюкометри, кардіомонітори 
• Споживча електроніка 
- Розумні годинники 
- Побутова техніка з сенсорним керуванням 
- Ігрові контролери та джойстики 
• Інтернет речей (IoT) 
- Розумні будинки 
- Системи безпеки 
- Сенсори з бездротовою передачею даних 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
29 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Автомобільна електроніка 
- Системи контролю двигуна 
- Підсилювачі рульового керування 
- Системи освітлення та мультимедіа 
• Робототехніка 
- Мобільні платформи та дрони 
- Сервомеханізми 
- Рухомі маніпулятори 
 
Рис. 1.9. мікроконтролер ESP32 
ESP32 — це потужний 32-бітний мікроконтролер, розроблений компанією 
Espressif Systems. Його головна особливість — вбудовані модулі Wi-Fi та 
Bluetooth, що робить його ідеальним вибором для бездротових комунікацій, 
систем розумного дому, IoT-рішень та мобільних пристроїв [8]. 
Це наступник популярного ESP8266, однак значно перевершує його за 
функціональністю, енергозбереженням і продуктивністю. 
Основні технічні характеристики ESP32       Таблиця 1.5. 
Характеристика Опис 
Одне або два ядра Tensilica Xtensa LX6 (32-біт), тактова 
Ядро процесора 
частота до 240 МГц 
До 520 КБ SRAM, підтримка зовнішньої Flash-пам’яті (до 
Пам'ять 
16 МБ) 
Wi-Fi 802.11 b/g/n, підтримка режимів STA, AP, STA+AP 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
30 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Bluetooth Bluetooth 4.2 BR/EDR та BLE 
SPI, I2C, UART, I2S, CAN, PWM, ADC (12-біт), DAC, 
Інтерфейси 
SDIO, RMT 
Цифрові порти I/O До 34 GPIO, налаштовуються програмно 
Режими активності, сну, глибокого сну; низьке 
Енергоспоживання 
споживання енергії 
Живлення Робоча напруга: 3.0–3.6 В 
RTC, температурний сенсор, сенсорні входи, 
Інтеграція 
криптографічні модулі 
 
Особливості мікроконтролера ESP32 
• Дводіапазонний Bluetooth (класичний і BLE) — дає змогу одночасно 
працювати з бездротовими пристроями та передавати дані у 
реальному часі. 
• Підтримка FreeRTOS — дозволяє реалізовувати багатозадачність із 
пріоритетами. 
• Можливість OTA-оновлень — прошивка може оновлюватися "по 
повітрю". 
• Апаратне шифрування — AES, SHA, RSA та інші криптографічні 
функції реалізовані на апаратному рівні. 
• Вбудований сенсор дотику — може використовуватись як простий 
інтерфейс без кнопок. 
Сфери застосування ESP32: 
• Розумний дім: 
- Освітлення з Wi-Fi-керуванням 
- Системи сигналізації та безпеки 
- Автоматичне керування побутовими пристроями 
• IoT-проєкти: 
- Вимірювальні станції з передачею даних у хмару 
- Бездротові сенсорні мережі 
- Енергоефективні датчики 
• Мобільні та переносні пристрої: 
- Пульсометри, трекери активності 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
31 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
- Пристрої з Bluetooth-з'єднанням 
• Освітні проєкти та прототипування: 
- Мікропроєкти в Arduino IDE, PlatformIO 
- Прототипи з дисплеями, сервоприводами, голосовими 
командами 
Переваги: 
• Висока продуктивність при компактних розмірах 
• Вбудоване Wi-Fi + Bluetooth 
• Низьке енергоспоживання 
• Потужна екосистема (ESP-IDF, Arduino, MicroPython) 
• Велика спільнота розробників 
Недоліки: 
• Складніша конфігурація у порівнянні з Arduino 
• Високі вимоги до живлення (3.3 В із захистом) 
• Обмежена точність вбудованого АЦП у деяких моделях 
• Часті зміни версій SDK, що іноді ламає сумісність 
 
 
Рис. 1.10. Мікроконтролери NXP Kinetis, Renesas RX та Nordic nRF52 
  
Серія мікроконтролерів NXP Kinetis розроблена на базі ядер ARM Cortex-
M0+, M3, M4 і M7 [9].  
Це надзвичайно гнучке сімейство, яке охоплює широкий діапазон 
продуктивності та енергоспоживання, дозволяючи використовувати його в 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
32 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
системах реального часу, де потрібна висока надійність та інтерфейсна 
насиченість.  
Технічні характеристики: 
• Ядра: ARM Cortex-M0+, M3, M4 або M7 
• Тактова частота: від 20 МГц до 150 МГц 
• Flash-пам’ять: до 2 МБ 
• SRAM: до 256 КБ 
• Вбудовані модулі: DMA, CRC, криптомодулі (AES, DES, SHA) 
• Таймери: LPTMR, FTM, PIT з можливістю генерації ШІМ-сигналів 
• Аналогові модулі: АЦП до 16-біт, ЦАП, аналогові компаратори 
• Інтерфейси: I2C, SPI, UART, CAN, USB OTG, Ethernet, SDIO 
• Підтримка режимів глибокого сну (Very Low Power Modes) 
Особливості: 
• Широка лінійка пристроїв з можливістю вибору оптимального 
варіанту під конкретну задачу 
• Апаратна підтримка цифрових фільтрів і математичних обчислень 
• Підтримка FreeRTOS та MQX RTOS 
Ці мікроконтролери активно використовуються в системах автоматизації 
виробництва, побутовій техніці, медичному обладнанні, енергомоніторингу, 
системах безпеки, а також у портативній електроніці [5]. 
Мікроконтролери Renesas RX 
Серія Renesas RX вирізняється потужним 32-бітним RISC-ядром власної 
розробки, що забезпечує високу швидкодію з низьким енергоспоживанням. RX-
контролери орієнтовані на застосування у відповідальних системах, де важливі 
стабільність, безпека та надійність. 
Технічні характеристики: 
• Ядро: власна архітектура RX (RISC) з продуктивністю до 240 МГц 
• Flash-пам’ять: до 4 МБ 
• SRAM: до 640 КБ 
• АЦП: 12/14-бітні, до 28 каналів 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
33 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• ЦАП: 8/10-бітні 
• Інтерфейси: SCI (UART), SPI, I2C, CAN, USB 2.0, Ethernet MAC 
• Безпека: AES, TRNG, CRC, MPU, функції захисту пам’яті 
• Режими зниженого енергоспоживання: Software Standby, Deep Sleep, 
Snooze Mode 
Особливості: 
• Підтримка кодування ECC для Flash та RAM 
• Ідеально підходить для систем із підвищеними вимогами до безпеки 
• Можливість швидкої та стабільної роботи в промислових умовах 
RX-контролери використовуються в автомобільній промисловості, 
промислових контролерах, системах управління енергоспоживанням, 
інтелектуальних приладах, медичній техніці, а також у пристроях HMI 
(інтерфейс взаємодії з користувачем) [3]. 
Мікроконтролери Nordic nRF52   
Серія Nordic nRF52 розроблена для проєктів, які потребують бездротового 
з’єднання з мінімальним енергоспоживанням. В основі — ядро ARM Cortex-M4 
з підтримкою апаратного обчислення з плаваючою комою, що дозволяє 
ефективно обробляти сигнали та дані з сенсорів. Вбудований Bluetooth LE 
забезпечує просту інтеграцію в IoT-рішення. 
Технічні характеристики: 
• Ядро: ARM Cortex-M4 з FPU 
• Частота: до 64 МГц 
• Flash-пам’ять: до 1 МБ 
• RAM: до 256 КБ 
• Радіоінтерфейси: Bluetooth 5.0, ANT, NFC, Zigbee, Thread 
• Інтерфейси: SPI, UART, TWI (I2C), PDM, PWM 
• АЦП: 12-біт, до 8 каналів 
• Живлення: від 1.7 до 3.6 В 
• Режими наднизького енергоспоживання з активною підтримкою 
RTC 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
34 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Особливості: 
• Підтримка OTA-оновлення прошивки 
• Апаратна підтримка шифрування (AES-128, CCM) 
• Універсальність для розробки BLE-маячків, трекерів, розумних 
пристроїв 
Мікроконтролер nRF52 широко застосовується в електроніці (фітнес-
браслети, годинники), бездротових сенсорах, системах «розумного» будинку, 
IoT-гаджетах, Bluetooth-контролерах та освітлювальних системах [10]. 
  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
35 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
2. КОМПЛЕКСНИЙ АНАЛІЗ ПРОГРАМНОГО СЕРЕДОВИЩА 
MULTISIM ТА ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ 
МІКРОКОНТРОЛЕРНИХ СИСТЕМ 
 
2.1. Програмне середовище Multisim 
 
Програмне середовище Multisim (раніше відоме як Electronics Workbench) 
є потужним засобом для комп'ютерного моделювання електронних схем та їх 
налагодження. Це середовище, розроблене компанією National Instruments, 
посідає провідне місце серед систем автоматизованого проектування (САПР) 
електронних пристроїв завдяки своїй функціональності та інтуїтивно 
зрозумілому інтерфейсу [11]. 
Концептуальні основи та функціональність Multisim 
Multisim використовує алгоритми моделювання SPICE (Simulation Program 
with Integrated Circuit Emphasis) для проведення аналізу електронних схем [12]. 
Це забезпечує високу точність моделювання, наближену до реальних фізичних 
процесів.  
Програмне середовище Multisim забезпечує такі ключові можливості для 
розробників мікроконтролерних систем: 
1. Створення та редагування електронних схем з використанням 
інтуїтивного графічного інтерфейсу 
2. Моделювання роботи аналогових, цифрових та змішаних схем 
3. Обширна бібліотека компонентів, що включає мікроконтролери, 
аналогові та цифрові мікросхеми, пасивні компоненти тощо 
4. Можливість створення власних моделей компонентів 
5. Підтримка віртуальних вимірювальних приладів, що імітують 
реальне лабораторне обладнання 
6. Інтеграція з програмою Ultiboard для проектування друкованих плат 
7. Експорт результатів у формати, сумісні з іншими програмами САПР 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
36 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Особливості інтерфейсу та основні елементи керування 
Робочий простір Multisim складається з кількох основних областей: 
• Головне меню та панелі інструментів - містять команди для 
керування проектом, редагування схем, налаштування параметрів 
моделювання 
• Палітра компонентів - організована за функціональними групами 
бібліотека доступних елементів 
• Робоче поле - область для розміщення та з'єднання компонентів 
• Вікно властивостей - дозволяє налаштовувати параметри вибраних 
елементів схеми 
• Панель вимірювальних приладів - містить віртуальні прилади для 
аналізу роботи схеми 
Користувач взаємодіє з програмою шляхом перетягування елементів 
мишкою, що значно полегшує процес проектування. Для створення схеми 
необхідно вибрати потрібні компоненти з палітри, розмістити їх на робочому 
полі та з'єднати провідниками. 
Процес моделювання в Multisim 
Процес моделювання в середовищі Multisim можна поділити на кілька 
етапів: 
1. Створення схеми - вибір та розміщення компонентів, їх з'єднання 
2. Налаштування параметрів елементів - зміна номіналів, 
характеристик, режимів роботи 
3. Вибір типу аналізу - залежно від задачі (DC, AC, Transient тощо) 
4. Налаштування параметрів моделювання - вибір часового інтервалу, 
кроку моделювання, точності 
5. Запуск моделювання - обробка моделі та розрахунок результатів 
6. Аналіз результатів - використання вимірювальних приладів, 
побудова графіків, збереження даних 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
37 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Особливістю Multisim є можливість інтерактивного моделювання, що 
дозволяє змінювати параметри схеми в режимі реального часу та миттєво 
спостерігати результати змін. 
Використання віртуальних вимірювальних приладів 
Одна з ключових переваг Multisim - набір віртуальних вимірювальних 
приладів, які імітують реальне лабораторне обладнання. Серед таких приладів: 
• Мультиметр - для вимірювання напруги, струму, опору 
• Осцилограф - для спостереження за зміною сигналів у часі 
• Функціональний генератор - для генерації різних типів сигналів 
• Логічний аналізатор - для дослідження цифрових сигналів 
• Спектральний аналізатор - для частотного аналізу сигналів 
• Вимірювач частотних характеристик - для побудови АЧХ та ФЧХ 
Ці прилади мають інтерфейс, максимально наближений до реальних 
аналогів, що дозволяє не лише проводити моделювання, але й набувати 
практичних навичок роботи з вимірювальним обладнанням. 
 
2.2. Переваги та недоліки програми Multisim 
 
Основними перевагами програми Multisim є: 
1. Інтуїтивний інтерфейс та легкість освоєння 
Одна з найбільших переваг Multisim полягає в продуманому інтерфейсі, 
який дозволяє навіть початківцям швидко освоїти основні функції програми [13]. 
Схематичний редактор з підтримкою drag-and-drop значно спрощує процес 
проектування схем, що особливо важливо при роботі з мікроконтролерними 
системами, які часто мають складну структуру. 
2. Розширена бібліотека компонентів 
Програма містить значну кількість моделей електронних компонентів 
(понад 16 000), включаючи різноманітні мікроконтролери, аналогові та цифрові 
мікросхеми від різних виробників. Це дозволяє моделювати системи різного 
рівня складності без необхідності самостійного створення моделей компонентів. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
38 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
3. Інтерактивне моделювання в реальному часі 
На відміну від багатьох інших САПР, Multisim дозволяє взаємодіяти з 
схемою під час моделювання – змінювати параметри компонентів, комутувати 
входи, спостерігати за миттєвою реакцією системи. Це особливо цінно при 
налагодженні алгоритмів роботи мікроконтролерів. 
4. Віртуальні вимірювальні прилади 
Унікальна особливість Multisim – наявність віртуальних вимірювальних 
приладів, які імітують роботу реального обладнання. Це дозволяє проводити 
комплексний аналіз роботи мікроконтролерних систем, вимірюючи параметри 
сигналів, будуючи частотні характеристики, аналізуючи логічні стани. 
5. Інтеграція з іншими системами 
Multisim має високий рівень інтеграції з іншими програмами National 
Instruments, зокрема з Ultiboard для проектування друкованих плат та LabVIEW 
для створення комплексних систем тестування. Це дозволяє організувати повний 
цикл розробки електронних пристроїв. 
6. Можливість спільної роботи 
Функції багатокористувацького доступу та контролю версій сприяють 
організації колективної роботи над проектами, що важливо для навчального 
процесу та при розробці складних систем. 
7. Підтримка програмування мікроконтролерів 
Можливість завантаження програмного коду в модель мікроконтролера та 
моделювання його роботи з урахуванням виконання програми значно розширює 
можливості аналізу та налагодження мікроконтролерних систем. 
8. Надійність алгоритмів моделювання 
Використання перевірених алгоритмів SPICE забезпечує високу точність 
моделювання, що дозволяє з високою ймовірністю передбачити роботу реальної 
схеми. 
Недоліки програми Multisim: 
1. Обмеження в моделюванні високочастотних схем 
Незважаючи на потужні можливості, Multisim має обмеження щодо 
моделювання високочастотних схем та електромагнітних процесів.  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
39 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Це може бути критичним для деяких типів мікроконтролерних систем, що 
працюють на високих частотах. 
2. Ресурсомісткість 
При моделюванні складних схем з великою кількістю компонентів та 
сигналів програма вимагає значних обчислювальних ресурсів, що може 
призводити до уповільнення роботи навіть на потужних комп'ютерах. 
3. Обмежені можливості 3D-моделювання 
На відміну від спеціалізованих САПР, Multisim має обмежені можливості 
для 3D-моделювання та аналізу теплових режимів, що важливо для сучасних 
мікроконтролерних систем з високою щільністю компонентів. 
4. Висока вартість комерційної ліцензії 
Повна версія програми має відносно високу вартість, що може бути 
перешкодою для індивідуальних розробників та малих підприємств. 
5. Обмежена підтримка нових компонентів 
Бібліотека компонентів, хоч і є досить обширною, не завжди своєчасно 
оновлюється з урахуванням появи нових мікроконтролерів та електронних 
компонентів на ринку. 
6. Недосконалість моделювання деяких аналогових процесів 
У певних випадках моделювання складних аналогових процесів може 
давати результати, що відрізняються від реальних, особливо при роботі з 
нелінійними компонентами. 
7. Складнощі з імпортом та експортом проектів 
Хоча Multisim підтримує ряд стандартних форматів, іноді виникають 
проблеми з сумісністю при імпорті схем з інших САПР та експорті в них, що 
ускладнює інтеграцію Multisim у гетерогенні середовища розробки. 
8. Обмежені можливості для аналізу надійності 
Програма має обмежені засоби для проведення аналізу надійності та 
строку служби електронних систем, що важливо при проектуванні промислових 
та відповідальних мікроконтролерних пристроїв. 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
40 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Порівняльний аналіз з іншими САПР 
У порівнянні з іншими популярними системами автоматизованого 
проектування, такими як Proteus, OrCAD, Altium Designer, Multisim має свої 
особливості: 
• У порівнянні з Proteus: Multisim має кращі можливості для аналого-
цифрового моделювання, але поступається в моделюванні 
периферійних пристроїв мікроконтролерів 
• У порівнянні з OrCAD: Multisim пропонує більш інтуїтивний 
інтерфейс та кращі інтерактивні можливості, але поступається в 
аналізі цілісності сигналів 
• У порівнянні з Altium Designer: Multisim має простіший процес 
моделювання електричних схем, але значно поступається в 
можливостях проектування друкованих плат 
 
2.3. Робота з мікроконтролерами в Multisim 
 
Multisim надає можливість моделювати роботу мікроконтролерних систем. 
Бібліотека програми містить різні моделі мікроконтролерів, включаючи 
популярні сімейства: 
• AVR (ATmega, ATtiny) 
• PIC 
• 8051 
• ARM 
Процес моделювання мікроконтролерних схем включає: 
1. Розміщення мікроконтролера на схемі 
2. Налаштування периферійних пристроїв та зовнішніх з'єднань 
3. Завантаження програмного коду у мікроконтролер 
4. Моделювання роботи системи та аналіз результатів 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
41 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Для програмування мікроконтролерів використовуються вбудовані засоби 
редагування коду або можливість імпорту програм, створених у сторонніх 
середовищах розробки. 
Для оптимального застосування програмного середовища Multisim при 
роботі з мікроконтролерними системами варто дотримуватися певних 
практичних підходів, які дозволять подолати існуючі обмеження програми та 
максимально використати її функціональні можливості. Нижче наведені 
рекомендації, спрямовані на підвищення ефективності роботи з цим 
інструментом. 
Структурований підхід до проектування 
При роботі зі складними мікроконтролерними схемами доцільно розділяти 
проект на функціональні блоки. Кожен блок варто розробляти та тестувати 
окремо, перш ніж включати до загальної схеми. Такий підхід значно спрощує 
пошук помилок і оптимізацію системи. 
Наприклад, мікроконтролерну систему можна розділити на такі блоки: 
• Блок живлення 
• Мікроконтролер з базовими елементами 
• Інтерфейси введення-виведення 
• Виконавчі механізми 
• Додаткові функціональні модулі 
Ефективна організація робочого простору 
Для зручності роботи з програмою рекомендується: 
• Налаштувати панелі інструментів відповідно до специфіки ваших 
завдань 
• Створити персоналізовані шаблони проектів для типових задач 
• Використовувати кольорове маркування ліній для розрізнення 
сигнальних шин 
• Застосовувати коментарі та мітки для пояснення функціональності 
окремих частин схеми 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
42 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Оптимізація процесу моделювання 
Для підвищення швидкості та якості моделювання рекомендується: 
• Починати з простих моделей і поступово збільшувати їх складність 
• Встановлювати оптимальний крок інтегрування відповідно до 
характеристик схеми 
• Обмежувати час моделювання необхідним мінімумом 
• Використовувати функцію переривання моделювання при 
досягненні встановлених умов 
• При роботі з великими схемами тимчасово відключати неактивні 
компоненти 
Створення власних бібліотек компонентів 
Для розширення можливостей програми корисно: 
• Створювати власні моделі компонентів, що відсутні в стандартних 
бібліотеках 
• Формувати бібліотеки типових схемних рішень для повторного 
використання 
• Адаптувати існуючі моделі до конкретних вимог проекту 
• Документувати параметри створених моделей для подальшого 
використання 
Ефективне використання вимірювальних інструментів 
Для всебічного аналізу мікроконтролерних систем рекомендується: 
• Комбінувати різні вимірювальні прилади для отримання повної 
картини роботи схеми 
• Зберігати результати вимірювань для подальшого порівняльного 
аналізу 
• Використовувати маркери для відстеження ключових сигналів 
• Застосовувати автоматичні вимірювання для критичних параметрів 
• Налаштовувати тригери осцилографа для захоплення специфічних 
подій 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
43 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Інтеграція з процесом програмування 
Для ефективної розробки програмного забезпечення мікроконтролерів: 
• Використовувати покрокове налагодження програми в середовищі 
моделювання 
• Встановлювати точки зупинки в критичних місцях програми 
• Аналізувати стан регістрів і пам'яті мікроконтролера під час 
виконання 
• Зіставляти результати моделювання з очікуваними значеннями 
• Застосовувати методику модульного тестування для окремих 
функцій програми 
Документування процесу розробки 
Для збереження результатів роботи та полегшення майбутніх модифікацій: 
• Створювати докладні описи схем і принципів їх роботи 
• Зберігати знімки екрану з результатами моделювання 
• Вести журнал змін і оптимізацій схеми 
• Експортувати дані моделювання в формати, зручні для подальшого 
аналізу 
• Формувати архіви проектів з повним набором файлів і документації 
Врахування фізичних обмежень 
Для наближення результатів моделювання до реальних умов: 
• Додавати до схеми паразитні параметри компонентів 
• Враховувати температурні залежності характеристик 
• Моделювати роботу в граничних режимах 
• Додавати захисні елементи та схеми 
• Проводити аналіз чутливості до зміни параметрів компонентів 
Регулярне оновлення знань і навичок 
Для підтримки актуального рівня компетенції: 
• Слідкувати за оновленнями програмного забезпечення 
• Вивчати нові функціональні можливості Multisim 
• Брати участь у професійних форумах і співтовариствах 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
44 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Аналізувати приклади схем з відкритих джерел 
• Проводити порівняльний аналіз різних підходів до моделювання 
Застосування цих практичних рекомендацій дозволить значно підвищити 
ефективність використання програмного середовища Multisim при розробці та 
аналізі мікроконтролерних систем, а також мінімізувати вплив обмежень 
програми на якість кінцевих результатів. Важливо адаптувати ці рекомендації до 
конкретних вимог проекту та особливостей роботи користувача. 
Підсумовуючи, можна сказати, що незважаючи на певні обмеження, 
Multisim залишається одним з найкращих інструментів для навчання та 
професійної розробки в галузі мікроконтролерних систем завдяки оптимальному 
балансу між функціональністю, точністю моделювання та зручністю 
використання. 
 
2.4. Створення схемного проекту в Multisim 
 
Для моделювання функціонування мікроконтролерів у середовищі 
Multisim передбачено спеціалізовану бібліотеку під назвою MCU. У цій 
бібліотеці доступні лише чотири моделі мікроконтролерів: 8051, 8052, PIC16F84 
та PIC16F84A. Окрім самих мікроконтролерів, до складу бібліотеки також 
входять шість типів мікросхем оперативної пам’яті (RAM) і тридцять дві 
мікросхеми програмованої постійної пам’яті (CMOS EPROM та CMOS PROM) 
[13]. 
Щоб додати мікроконтролер до робочої області проекту в середовищі 
Multisim, необхідно скористатися меню «Вставити», де потрібно обрати пункт 
«Компонент». Після цього відкриється діалогове вікно «Вибір компонента» (рис. 
2.2), в якому слід перейти до категорії «MCU». 
Після розміщення мікроконтролера сімейства х51 у схемі, автоматично 
з’являється майстер створення проекту — «MCU Wizard – Step 1 of 3». Створення 
проекту виконується у три етапи. На першому з них (рис. 2.3) користувачу 
пропонується вказати каталог для збереження файлів проекту та створити 
окрему робочу папку для подальшої роботи. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
45 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 2.2. Діалогове вікно бібліотеки компонентів MCU 
 
 
Рис. 2.3. Вікно завдання робочого простору  MCU 
На цьому етапі потрібно задати «Шлях до робочої директорії для даного 
MCU», а також вказати «Назву робочої області». Після заповнення цих полів 
необхідно натиснути кнопку «Далі», що призведе до переходу до другого етапу 
налаштування проекту — «MCU Wizard – Step 2 of 3» (рис. 2.4). 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
46 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 2.4. Вікно створення проекту для мікроконтролера 
На другому етапі налаштування необхідно обрати такі параметри проєкту: 
• Тип проєктування — доступні варіанти: «Стандартний» або 
«Використовувати зовнішній Hex-файл». Якщо вже існує готовий 
файл з розширенням .hex, обирають другий варіант, у протилежному 
випадку використовують стандартну конфігурацію; 
• Мова програмування — на вибір пропонуються Сі або Асемблер; 
• Інструменти компіляції / асемблювання — зазначаються залежно від 
обраної мови; 
• Назва проєкту — вводиться вручну користувачем. 
Після визначення всіх необхідних параметрів слід натиснути кнопку 
«Далі», після чого відкриється фінальне вікно налаштування проєкту — «MCU 
Wizard – Step 3 of 3» (рис. 2.5). 
У цьому вікні потрібно, встановивши перемикач у відповідне положення, 
обрати один з двох варіантів: 
• «Створити порожній проєкт»; 
• «Додати вихідний файл». 
Перший варіант доцільно використовувати, якщо на комп’ютері вже 
збережено готовий файл з розширенням .hex. В іншому випадку обирають 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
47 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
другий пункт для додавання нового вихідного коду. Після вибору відповідного 
параметра натискається кнопка «Завершити», що завершує процес створення 
MCU-проєкту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 2.5. Вікно створення програмного файлу 
Робота програми ініціалізації мікроконтролера 
Для перевірки роботи програми ініціалізації мікроконтролера створюється 
схема, в якій використовуються кольорові пробники напруги. Поріг їх 
спрацьовування встановлюється на рівні нижнього допустимого значення 
напруги. Дані пробники можна знайти у бібліотеці «Індикатори», у групі 
«Пробники». 
Кольорові пробники дозволяють контролювати рівень напруги в заданій 
точці схеми. Якщо в контрольованій точці напруга дорівнює або перевищує 
задане порогове значення, вказане в параметрах пробника, він змінює свій колір, 
сигналізуючи про це. Налаштування порогу спрацьовування виконується у 
властивостях відповідного елемента (рис. 2.7.). 
 
 
 
 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
48 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 2.6. Демонстраційна схема з використанням мікроконтролера і 
кольорових пробників напруги 
 
Рис. 2.7. Параметри пробника напруги 
 
Набір кольорових пробників підключається до виводів портів 
мікроконтролера. У результаті, коли на виході певної лінії порту з’являється 
логічна одиниця, відповідний пробник засвічується. Якщо ж подається логічний 
нуль — пробник залишається неактивним. 
Після того як схема зібрана в робочій області проекту (рис. 2.6), а у вкладці 
«main.asm» введено програмний код (рис. 2.8), можна запускати процес 
моделювання. 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
49 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 2.8. Вкладка з кодом програми 
 
Логіка роботи демонстраційної схеми 
У створеній схемі головним елементом є мікроконтролер, до виводів 
портів якого підключені кольорові пробники напруги. Призначення цієї 
конфігурації — візуальний контроль за станами логічних рівнів на виходах 
портів. Після запуску програми, написаної у вкладці main.asm, відбувається 
ініціалізація мікроконтролера, після чого виводи певних портів переходять у 
стан логічної одиниці або нуля. Пробники реагують на це змінюючи колір, що 
наочно підтверджує правильність виконання команди. 
Використання пробників у середовищі Multisim має кілька суттєвих 
переваг. По-перше, вони дозволяють швидко оцінити результат роботи без 
потреби додаткового осцилографа чи логічного аналізатора. По-друге, їх 
використання значно прискорює налагодження схеми та програмного коду, 
оскільки будь-яке відхилення від очікуваного результату миттєво візуалізується.  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
50 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Окрім того, пробники мають можливість точного налаштування порогу 
спрацьовування, що дозволяє адаптувати їх до особливостей конкретної 
мікросхеми. 
Обмеженням такого підходу є те, що він підходить переважно для 
попередньої перевірки та візуалізації логічних рівнів. Для більш точного аналізу 
тимчасових характеристик або реальних аналогових сигналів потрібні додаткові 
інструменти. 
Результати моделювання показують, що при правильному функціонуванні 
програми ініціалізації пробники засвічуються у відповідності до логічного стану 
вихідних ліній. Це вказує на те, що мікроконтролер успішно виконує задану 
послідовність команд, а схема змодельована коректно. Таким чином, можна 
зробити висновок, що реалізований алгоритм ініціалізації відповідає технічному 
завданню. 
Створення демонстраційної схеми у середовищі Multisim дозволило 
перевірити правильність роботи програмного коду для ініціалізації 
мікроконтролера. Використання кольорових пробників забезпечило просту та 
наочну верифікацію станів портів, що є ефективним підходом на етапі 
попереднього моделювання.  
  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
51 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
3. РОЗРОБКА МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ 
МІКРОКОНТРОЛЕРІВ В MULTISIM 
 
3.1. Модель керування семисегментним індикатором 
 
Сполучення мікроконтролера з мікросхемами 7-сегментних індикаторів в 
Multisim 
У цьому пункті виконується перевірка правильності з’єднання 
мікроконтролера з 7-сегментними індикаторами шляхом моделювання 
відповідної схеми в середовищі Multisim. Таке з’єднання широко застосовується 
для виведення числової інформації у різноманітних електронних пристроях: 
цифрових лічильниках, годинниках, термометрах тощо. Метою перевірки є 
оцінка коректності передачі сигналів від мікроконтролера до індикаторів, а 
також візуалізація відображення чисел згідно із закладеною логікою. 
На рисунку 3.1 показано приклад підключення 7-сегментного індикатора 
до мікроконтролера 8051. Схема з’єднання елементів аналогічна до підключення 
інших компонентів до мікроконтролера. 
Для відображення конкретної цифри необхідно активувати відповідні 
сегменти індикатора. У випадку використання мікроконтролера це реалізується 
програмним способом завдяки різним комбінаціям активних сегментів, які 
формуються через зовнішні з’єднання, на індикаторі можуть відображатися 
цифри від 0 до 9, а також десяткова крапка. У даному прикладі використовується 
індикатор з загальним катодом, тобто всі катоди сегментів з'єднані між собою. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
52 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 3.1. Схема управління семи сегментним індикатором 
 
Для керування 7-сегментним індикатором у схемі використовується 
дешифратор 74LS48D (вітчизняний аналог — КР514ИД1). Ця мікросхема 
виконує перетворення двійково-десяткового коду, що надходить від 
мікроконтролера, у відповідний код для відображення символу на 7-сегментному 
індикаторі. 
74LS48D є спеціалізованим дешифратором, розробленим для конвертації 
двійкового коду в сигнали керування для семисегментних або рідкокристалічних 
індикаторів. Входи A, B, C, D служать інформаційними, тоді як виходи QA–QG 
підключаються безпосередньо до сегментів індикатора. 
У прикладі, наведеному на рисунку 3.1, індикатор виводить цифру 7. Це 
досягається завдяки програмі ініціалізації мікроконтролера, де у файлі main.asm 
(рис. 3.2) за допомогою інструкції mov було записано до порту P2 бітову 
комбінацію «00000111» на лінії P2.7–P2.0. Після запуску моделювання можна 
перевірити коректність роботи програми: як видно на рисунку 3.1, порт P2 дійсно 
видає задану комбінацію, і індикатор правильно відображає цифру 7. 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
53 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
 
Рис. 3.2. Вкладка «main.asm» з програмою для управління семи сегментним 
індикатором. 
У поданій схемі використовується мікроконтролер 8051, який передає дані 
у двійково-десятковому (BCD) форматі на входи дешифратора 74LS48D. Цей 
дешифратор спеціально призначений для перетворення чотирибітного BCD-коду 
на керуючі сигнали для 7-сегментного індикатора. Сигнали з виходів QA–QG 
дешифратора формують комбінацію, яка активує відповідні сегменти 
індикатора. 
Використання BCD-коду спрощує взаємодію з цифровими індикаторами, 
адже мікроконтролер оперує саме бітовими комбінаціями. У даній схемі, 
передача значення «00000111» на порт P2 призводить до відображення цифри 7, 
що реалізується шляхом засвічування відповідних сегментів індикатора. 
Дешифратор 74LS48D має внутрішню логіку, яка враховує правила 
відображення чисел, тому розробнику не потрібно вручну визначати, які саме 
сегменти активувати — достатньо подати правильний BCD-код. 
Моделювання схеми в середовищі Multisim дозволяє перевірити 
правильність з’єднання мікроконтролера, дешифратора та індикатора, а також 
коректність програмної ініціалізації. Завдяки візуалізації, інженер може одразу 
побачити результат виконання програми — відображення конкретної цифри на 
індикаторі. Це дає змогу виявити помилки на ранньому етапі, зокрема помилкову 
бітову комбінацію або неправильне з’єднання. 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
54 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Окрім того, така схема легко масштабується: додавання кількох 
індикаторів і використання методів мультиплексування дозволяє виводити 
багатозначні числа, що застосовується в лічильниках, таймерах тощо. 
У результаті моделювання, як показано на рисунку 3.1, індикатор 
правильно відображає цифру 7. Це означає, що мікроконтролер коректно 
ініціалізував порт P2 та передав потрібну комбінацію до дешифратора. Таким 
чином, як електрична схема, так і програмний код виконують свої функції без 
помилок. Візуальний контроль через індикатор підтверджує, що всі елементи 
працюють узгоджено. 
Проведене моделювання демонструє ефективність застосування 
мікроконтролера у зв’язці з 7-сегментним індикатором та дешифратором. 
Завдяки правильному проектуванню та програмуванню, можна досягти точного 
і стабільного відображення числової інформації. Такий підхід дозволяє впевнено 
використовувати цю конфігурацію в майбутніх електронних розробках. 
 
3.2. Модель роботи мікроконтролера з зовнішньою пам’яттю   
 
Моделювання підключення до мікроконтролера зовнішньої пам'яті 
У середовищі Multisim змоделюємо електронну схему, що дозволяє 
дослідити взаємодію мікроконтролера з зовнішньою оперативною пам’яттю 
(RAM). На прикладі мікроконтролера 8052 буде продемонстровано процес 
запису та зчитування даних до/з зовнішнього модуля пам’яті. Для передачі 
адреси до мікросхеми ОЗП мікроконтролер використовує адресну шину, 
причому відповідне значення відображається на індикаторі адрес. Аналогічним 
чином, передача даних здійснюється через шину даних, значення яких 
виводяться на дисплей у шістнадцятковому форматі. 
Після вибору необхідних компонентів із бібліотеки Multisim та розміщення 
їх на полі схеми, потрібно здійснити міжкомпонентне з’єднання. Для цього 
доцільно застосувати шини.  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
55 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Щоб додати шину у проект, необхідно скористатися пунктом меню Place 
→ Bus, натиснути відповідну іконку на панелі інструментів або скористатися 
гарячими клавішами Ctrl+U. 
Підключення елементів до шини покажемо на прикладі компонента U1. За 
допомогою лівої кнопки миші (ЛКМ) шина розміщується навпроти виводів 
даних (D0–D7) мікросхеми U1, після чого її положення фіксується правою 
кнопкою миші (ПКМ). Далі, у контекстному меню компонента U1, слід обрати 
опцію Bus Vector Connect, як показано на рисунку 3.3. 
 
Рис. 3.3. Вікно Bus Vector Connect. 
У лівій частині вікна з’єднань відображається інформація про вибраний 
компонент: його позначення, розташування виводів та самі виводи. У правій 
частині вікна подано дані про шину — її назву та перелік шинних ліній. Щоб 
підключити мікросхему до шини, у вкладці Pins необхідно обрати виводи 
компонента (наприклад, D0–D7), утримуючи клавішу Shift, і за допомогою 
стрілок перемістити їх у нижнє поле вікна. 
Після цього з правого боку вікна у полі Name обираємо шину, до якої 
здійснюється підключення — у нашому випадку це Bus1. Наступним кроком є 
створення векторів (тобто окремих ліній шини). Середовище Multisim підтримує 
два методи створення векторів: ручний і автоматичний. 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
56 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
При ручному способі створення натискаємо кнопку Add bus lines (див. рис. 
3.3), після чого відкриється відповідне діалогове вікно (рис. 3.4). У ньому 
задаються параметри векторів: префікс (тобто текстова мітка, наприклад, ln), 
початкове значення, інкремент (крок зміни значення) та загальна кількість ліній 
— у нашому випадку 8. Після введення всіх параметрів натискаємо кнопку OK 
(рис. 3.4). Сформовані лінії шини з’являться у вікні з’єднань. 
Важливо, щоб кількість шинних ліній відповідала кількості обраних 
виводів компонента. Після цього потрібно виділити всі створені лінії шини та 
підтвердити дію, натиснувши кнопку OK. 
 
Рис. 3.4. Вікно завдання ліній шин вручну 
У разі використання автоматичного режиму створення векторів, їх 
формування виконується натисканням кнопки Auto-assign (див. рис. 3.3), після 
чого залишається підтвердити дію, натиснувши кнопку OK. 
Далі виконуємо копіювання шини Bus1 та приєднуємо її до порту 
введення/виведення P1 мікроконтролера U2. За аналогією створюється ще одна 
шина — Bus2, яка використовується для підключення адресних ліній зовнішньої 
пам’яті (A0–A7) до порту P0 мікроконтролера. 
Підсумкове з'єднання всіх елементів представлено на рисунку 3.5, де 
показано загальну структуру побудованої схеми. У вікні проекту Multisim можна 
переглянути повну організацію усіх складових розробленого пристрою.  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
57 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 3.5. Схема дослідження роботи мікроконтролера з зовнішньою 
пам’яттю  
Для наочного спостереження за роботою побудованої схеми використано 
два 16-канальні пристрої для фіксації цифрових сигналів у часовій області — 
Logic Analyser (див. рис. 3.3). Логічний аналізатор XLA2 під’єднано до адресної 
шини Bus2, тоді як XLA1 підключено до шини даних Bus1. 
Крім того, до схеми додано семисегментні індикатори, які відображають 
значення адреси та переданих даних у шістнадцятковому форматі. Ці індикатори 
підключаються безпосередньо до відповідних шин, що забезпечує зручну 
візуалізацію обмінних процесів між мікроконтролером і зовнішньою пам’яттю. 
На завершальному етапі побудови схеми, у властивостях мікроконтролера, 
на вкладці Value, в полі Built-in External RAM необхідно задати обсяг зовнішньої 
оперативної пам’яті, що підключається (див. рис. 3.6). 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
58 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Рис. 3.6. Вікно параметрів мікроконтролера 
Наступним етапом є активація програмного модуля RAM_controller.asn у 
вікні проекту (див. рис. 3.7). Після відкриття відповідної вкладки, у вікні 
редактора необхідно ввести код програми мовою Асемблера, яка забезпечує 
функціонування мікроконтролера в режимі запису та зчитування даних із 
зовнішньої пам’яті.  
 
 
Рис. 3.7. Вікно розробки проекту 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
59 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Робота мікроконтролера 8052 із зовнішньою оперативною пам’яттю 
здійснюється за певним алгоритмом. Розглянемо, наприклад, запис значення 55 
(у шістнадцятковій системі числення), що відповідає двійковому коду 01010101, 
до комірки пам’яті з адресою 1A (у двійковому вигляді — 00011010). 
Для виконання цієї операції мікроконтролер має передати дані (значення 
55) на шину даних D0–D7 мікросхеми пам’яті, а адресу комірки — на адресну 
шину A0–A7. Після встановлення адресної та інформаційної частин, 
мікроконтролер активує процес запису: на вхід WE подається логічний нуль (що 
означає дозвіл на запис), а також логічний нуль на вхід CE, який сигналізує про 
вибір саме цієї мікросхеми пам’яті. Як тільки на вхід OE також подається 
логічний нуль, відбувається запис значення 55 у комірку з адресою 1A. 
Результат операції можна спостерігати за допомогою семисегментного 
індикатора, підключеного до шини даних (див. рис. 3.5). 
У програмному коді, наведеному в додатку А, окрім запису значення 55 у 
комірку 1A, реалізовано також запис значення 22 (двійковий код 00100010) у 
комірку 1B, а також значення 89 (двійковий код 10001001) у комірку 1C. 
Зчитування даних відбувається за подібною схемою. Щоб прочитати, 
наприклад, значення з комірки 1A, мікроконтролер встановлює відповідну 
адресу на адресних входах, активує логічну 1 на вході WE (означає режим 
зчитування) і логічний 0 на вході CE. Далі, при подачі логічного 0 на вхід OE, 
зчитується значення, збережене в заданій комірці — у нашому випадку, 55. 
У створеній програмі (додаток А) реалізовано також зчитування значень 
22 з комірки 1B і 89 з комірки 1C. 
Процес запису та зчитування даних можна простежити на часових 
діаграмах, отриманих за допомогою логічних аналізаторів XLA1 (рис. 3.8) та 
XLA2 (рис. 3.9), що фіксують активність шин даних і адреси відповідно. 
 
 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
60 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
 
Рис. 3.8. Часові діаграми інформаційних даних 
 
 
Рис. 3.9. Часові діаграми адресних даних 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
61 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
 
Змодельована електронна схема демонструє повноцінну взаємодію 
мікроконтролера 8052 із зовнішньою оперативною пам’яттю. У структурі схеми 
можна виділити основні функціональні блоки: сам мікроконтролер, модуль 
пам’яті, адресну та інформаційну шину, логічні аналізатори, а також 
семисегментні індикатори для візуалізації переданих даних та адрес. Така 
побудова дозволяє в реальному часі простежити весь процес запису й зчитування 
інформації. 
Мікроконтролер забезпечує управління передачею даних шляхом 
встановлення відповідних логічних рівнів на входах пам’яті (CE, WE, OE). 
Завдяки застосуванню шинного з’єднання спрощується структура схеми та 
зменшується кількість ліній, що значно підвищує її наочність і зручність у 
налагодженні. 
Використання середовища Multisim надало можливість детально 
промоделювати електричні з’єднання та перевірити логіку роботи системи без 
необхідності створення фізичного прототипу. Особливо корисними виявилися 
інструменти логічного аналізу, які дозволили фіксувати сигнали на 
інформаційній і адресній шинах у часовій області. Завдяки цьому вдалося чітко 
простежити виконання програмного коду й підтвердити коректність виконання 
операцій запису та зчитування. 
На основі проведеного моделювання можна зробити висновок, що 
побудована схема ефективно реалізує обмін даними між мікроконтролером та 
зовнішньою оперативною пам’яттю. Візуальні індикатори, логічні аналізатори та 
структурований підхід до побудови схеми забезпечили повне уявлення про 
принцип функціонування обраної архітектури та підтвердили її працездатність у 
режимі реального часу. 
  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
62 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 
 
4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні 
робіт з моделювання мікроконтролерів в програмному середовищі 
Multisim 
 
У даному розділі аналізуються умови праці спеціаліста при виконанні 
робіт з моделювання мікроконтролерів в програмному середовищі Multisim в 
приміщенні лабораторії мікропроцесорної техніки. 
Специфіка роботи передбачає тривалий візуальний контакт з монітором 
комп'ютера, оскільки процес створення схем, налаштування параметрів 
компонентів та аналіз результатів вимагають постійної концентрації уваги на 
екрані. Робочий процес також включає роботу з лабораторним обладнанням: 
цифровими осцилографами, генераторами сигналів, блоками живлення та 
макетними платами. 
За класифікацією згідно з ДСТУ 7951:2015 дана робота відноситься до 
категорії розумової праці з використанням технічних засобів. За рівнем фізичних 
навантажень робота відноситься до категорії I а (легка фізична робота) згідно з 
ДСН 3.3.6.042-99. 
Лабораторія мікропроцесорної техніки являє собою окреме приміщення, 
обладнане восьма робочими місцями. Розміри приміщення: 8×10×3,2 м (площа 
80 м², об'єм 256 м³). Площа та об'єм на одну особу становлять 10 м² та 32 м³ 
відповідно, що перевищує нормативні вимоги ДБН В.2.2-28:2010 (6 м² та 20 м³). 
Стіни виконані з цегляної кладки з оштукатуренням у світло-зелений колір 
(коефіцієнт відбиття 40-50%). Підлога - керамогранітна плитка світло-сірого 
кольору. Стеля підвісна, білого кольору (коефіцієнт відбиття 70-80%). 
Особливістю приміщення є наявність значної кількості тепловиділяючого 
обладнання (комп'ютери, монітори, лабораторні прилади). 
Нормативні значення згідно з ДСН 3.3.6.042-99: 
• Температура повітря: 21-23°С (теплий період), 22-24°С (холодний 
період) 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
63 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Відносна вологість: 40-60% 
• Швидкість руху повітря: 0,1 м/с 
• Фактичні значення: 
• Температура: 24-26°С (теплий період), 20-22°С (холодний період) 
• Відносна вологість: 45-55% (теплий період), 35-45% (холодний 
період) 
• Швидкість руху повітря: 0,08-0,12 м/с (теплий період), 0,06-0,10 м/с 
(холодний період) 
Температура в теплий період дещо перевищує оптимальні значення, але 
знаходиться в межах допустимих норм. Відносна вологість в холодний період 
знаходиться на нижній межі допустимих значень. 
Для забезпечення оптимальних параметрів функціонує система вентиляції 
та кондиціонування з кратністю повітрообміну 3-4 за годину. 
Природне освітлення здійснюється через шість вікон розмірами 2,1×1,8 м 
з північно-східною орієнтацією. Загальна площа світлових отворів 22,68 м². 
Вікна обладнані вертикальними жалюзі. Коефіцієнт природного освітлення 
становить 1,8-2,2%, що перевищує нормативне значення 1,5% згідно з ДБН 
В.2.5-28:2018. 
Штучне освітлення виконано комбінованою системою: 
• Загальне освітлення: 16 світлодіодних світильників LED-40-4000К з 
світловим потоком 4000 лм кожний 
• Місцеве освітлення: настільні світлодіодні лампи з регульованою 
яскравістю 
Фактична освітленість 450-500 лк перевищує нормативну (400 лк). 
Коефіцієнт пульсації освітлення не перевищує 5% при допустимих 20%. 
Робота характеризується підвищеним зоровим напруженням через: 
• Постійну фокусировку зору на екрані 
• Часту переадаптацію очей між різними об'єктами 
• Можливі відблиски на екрані 
• Необхідність розрізнення дрібних деталей схем 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
64 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Всі робочі місця обладнані 24-дюймовими IPS-моніторами з роздільною 
здатністю 1920×1080 та антибліковим покриттям. Яскравість налаштована на 
рівні 120-150 кд/м². 
Аналіз шумового фактору 
Джерела шуму: 
• Вентилятори охолодження комп'ютерів та лабораторного 
обладнання 
• Система вентиляції приміщення 
• Трансформатори блоків живлення 
• Зовнішній шум 
Виміряні рівні шуму: 
• При роботі всього обладнання: 52-58 дБА 
• Система вентиляції: 45-50 дБА 
• Фоновий шум: 35-40 дБА 
Максимальний рівень 58 дБА не перевищує нормативне значення 60 дБА 
згідно з ДСН 3.3.6.037-99. 
Електромагнітні поля та випромінювання 
Основні джерела: комп'ютери, лабораторні генератори сигналів, цифрові 
осцилографи, блоки живлення, мережі Wi-Fi. 
Виміряні значення значно нижче гранично допустимих рівнів ДСН 
3.3.6.096-2002: 
• Електричне поле 50 Гц: 0,8-2,0 В/м (норма до 5 кВ/м) 
• Магнітне поле 50 Гц: 0,08-0,4 мкТл (норма до 100 мкТл) 
• Електромагнітне поле ВЧ: 0,1-3,5 мкВт/см² (норма до 200 
мкВт/см²·год) 
Робочі столи розмірами 160×80×75 см забезпечують відстань до екрану 60-
70 см, що відповідає рекомендаціям ДСН 3.3.2.007-98. Простір для ніг: ширина 
≥60 см, глибина ≥45 см, висота ≥65 см. 
Всі робочі місця обладнані ергономічними кріслами з регульованою 
висотою, спинкою з поперековою підтримкою та п'ятипроменевою основою. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
65 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Виявлені недоліки: 
• Недостатнє регулювання висоти деяких моніторів 
• Відсутність підставок для документів біля частини робочих місць 
• Необхідність періодичного калібрування моніторів 
Робота характеризується високою розумовою активністю та необхідністю 
тривалої концентрації уваги. Основні фактори впливу: 
Зорове напруження: розрізнення дрібних деталей, робота з кольоровим 
кодуванням, читання технічної документації. 
Розумове напруження: аналіз складних схем, прийняття рішень при 
налагодженні, одночасна робота з декількома задачами. 
Емоційне напруження: стрес від дотримання термінів, необхідність 
виправлення помилок, монотонність операцій. 
Заходи для зниження навантаження: регламентовані перерви кожні 2 
години, чергування видів діяльності, вправи для очей та м'язів. 
Приміщення належить до категорії без підвищеної небезпеки згідно з ПУЕ. 
Електрообладнання включає 8 ПК, 16 моніторів, лабораторні прилади, 
освітлення та систему вентиляції. 
Система захисту: 
• Захисне заземлення типу TN-S (опір ≤4 Ом) 
• ПЗВ з диференційним струмом 30 мА 
• Автоматичні вимикачі відповідної потужності 
• Засоби індивідуального захисту 
Приміщення відноситься до категорії В (пожежонебезпечне) згідно з 
НАПБ А.01.001-2014. 
Джерела займання: коротке замикання, перегрівання компонентів, іскріння 
в контактах, статична електрика. 
Горючі матеріали: пластикові корпуси, ізоляція кабелів, документація, 
меблі, лакофарбові покриття. 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
66 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Заходи захисту: 
• Автоматична пожежна сигналізація з димовими датчиками 
• Газова система пожежогасіння 
• Вуглекислотні вогнегасники ОУ-5 
• Два евакуаційні виходи 
Заходи для поліпшення умов праці 
Короткострокові заходи: встановлення зволожувачів повітря, придбання 
регульованих підставок для моніторів, організація регламентованих перерв. 
Середньострокові заходи: модернізація вентиляції, поліпшення місцевого 
освітлення, навчання персоналу. 
Довгострокові заходи: комплексна модернізація робочих місць, система 
моніторингу параметрів середовища. 
Висновки відповідності нормам 
Мікроклімат: параметри в цілому відповідають ДСН 3.3.6.042-99, потребує 
корекції вологості в холодний період. 
Освітлення: повністю відповідає ДБН В.2.5-28:2018. 
Шум: не перевищує допустимих значень ДСН 3.3.6.037-99. 
Електромагнітні поля: значно нижче норм ДСН 3.3.6.096-2002. 
Безпека: електро- та пожежна безпека відповідають діючим нормам. 
Умови праці відповідають встановленим нормам, виявлені незначні 
відхилення можуть бути усунені впровадженням запропонованих заходів. 
На основі проведеного аналізу було виявлено комплексну проблему, що 
поєднує фактори зорового напруження та ергономічні недоліки організації 
робочих місць. Ця проблема особливо актуальна для спеціалістів, які виконують 
роботи з моделювання мікроконтролерів у Multisim, оскільки їхня діяльність 
передбачає тривалу роботу за комп'ютером з високою концентрацією уваги. 
Характеристика проблеми зорового напруження: 
• Тривалість роботи з монітором: процес створення та налагодження 
схем може тривати 4-6 годин без суттєвих перерв, що перевищує 
рекомендовані 2 години згідно з ДСН 3.3.2.007-98. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
67 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Розрізнення дрібних деталей: електронні компоненти в схемах 
Multisim мають малі розміри (2-5 мм на екрані), що вимагає 
постійного напруження акомодаційного апарату ока. 
• Робота з кольоровим кодуванням: розрізнення кольорів провідників, 
станів сигналів та індикаторів створює додаткове навантаження на 
колірний зір. 
• Переключення фокусу зору: постійне переключення уваги між 
екраном монітора, документацією, лабораторними приладами та 
клавіатурою створює динамічне навантаження на зорову систему. 
• Робота з графічними елементами: аналіз осцилограм, часових 
діаграм та графіків результатів моделювання вимагає високої 
точності зорового сприйняття. 
Ергономічні недоліки організації робочих місць: 
Недоліки розташування моніторів: 
• У 40% робочих місць монітори встановлені без можливості 
регулювання висоти 
• Відстань від очей до екрану на деяких місцях становить 45-50 см 
(менше рекомендованих 60-70 см) 
• Кут нахилу екрану не регулюється 
Організація робочого простору: 
• Відсутність підставок для документів біля 50% робочих місць 
• Недостатній простір для розміщення документації 
• Відсутність спеціальних підставок для планшетів та мобільних 
пристроїв 
Недоліки освітлення робочих зон: 
• Нерівномірність освітлення робочої поверхні (від 320 до 480 лк) 
• Відблиски на екранах від бокового природного освітлення 
• Недостатнє місцеве освітлення для роботи з документами  
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
68 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Взаємозв'язок факторів та сукупний вплив: 
Зорове напруження та ергономічні недоліки створюють замкнене коло 
негативного впливу: 
1. Неправильне положення тіла через недоліки ергономіки призводить до 
зміни відстані до монітора та неоптимального кута спостереження. 
2. Компенсаторні рухи для покращення видимості створюють додаткове 
напруження м'язів шиї, плечей та спини. 
3. Зорове напруження змушує працівника наближатися до екрану, що 
погіршує ергономіку пози. 
4. Втома зорової системи знижує концентрацію уваги та продуктивність, 
що призводить до збільшення тривалості робочого дня. 
Потенційні наслідки для здоров'я: 
Порушення зорової системи: астенопія, синдром "сухого ока", 
прогресування міопії, порушення акомодації. 
Захворювання опорно-рухового апарату: остеохондроз шийного відділу, 
синдром напруги шиї та плечей, тунельний синдром зап'ястя. 
Нервово-психічні розлади: хронічна втома, зниження працездатності, 
головні болі, підвищена дратівливість. 
Виявлена проблема потребує негайного вирішення з медичних 
(попередження професійних захворювань), економічних (підвищення 
продуктивності), правових (дотримання законодавства) та соціальних 
(задоволеність працівників) аспектів. 
 Розробка комплексних заходів щодо вирішення проблеми зорового 
напруження та ергономічних недоліків є пріоритетним завданням для 
забезпечення охорони праці в лабораторії мікропроцесорної техніки. 
 
 
 
 
 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
69 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
4.2. Розробка заходів щодо зниження зорового напруження та 
поліпшення ергономіки робочих місць 
 
На основі проведеного аналізу виявлених недоліків розроблено комплекс 
технічних та організаційних заходів, спрямованих на створення оптимальних 
ергономічних умов праці відповідно до вимог ДСН 3.3.2.007-98 та ДСТУ ISO 
9241-5:2019. 
Технічні заходи щодо поліпшення ергономіки робочих місць 
Модернізація системи розташування моніторів 
Для усунення виявленого недоліку щодо неможливості регулювання 
висоти моніторів на 40% робочих місць пропонується встановлення 
регульованих кронштейнів: 
• Настільні кронштейни з діапазоном регулювання висоти 100-200 мм 
• Можливість нахилу від -5° до +20° та горизонтальне обертання ±30° 
• Регулювання глибини розташування на 20-30 см для забезпечення 
оптимальної відстані 60-70 см 
Удосконалення організації робочого простору 
Встановлення підставок для документів типу "копі-холдер" з 
регулюванням кута нахилу 10-80° та вбудованим LED-освітленням 500-750 лк. 
Організація додаткового простору включає виїзні полиці для клавіатури на 
висоті 650-750 мм та системи кабель-менеджменту. 
Модернізація системи освітлення 
Згідно з ДБН В.2.5-28:2018 пропонується: 
• Настільні світлодіодні лампи з регулюванням яскравості та колірної 
температури 3000-6500К 
• Непряме загальне освітлення для зменшення бліків на екранах 
• Регульовані жалюзі та антибліковий захист для моніторів 
Ергономічні меблі та аксесуари 
Оновлення робочих крісел моделями з синхромеханізмом, 4D 
підлокітниками та регулюванням глибини сидіння. Додаткові аксесуари: 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
70 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
підставки для ніг з регулюванням кута 0-25°, підтримки для зап'ясть з гелевого 
матеріалу. 
Організаційні заходи 
Оптимізація режиму праці та відпочинку 
Згідно з ДСН 3.3.2.007-98 встановлено режим перерв: 2 перерви по 15 
хвилин через кожні 2 години роботи плюс обідня перерва 40 хвилин. Структура 
робочого дня оптимізована з урахуванням пікових навантажень. 
Комплекс вправ для зняття зорового напруження 
Розроблено спеціальний комплекс на основі офтальмологічних 
рекомендацій: 
1. Метод "20-20-20": кожні 20 хвилин дивитися на об'єкт на відстані 
6 м протягом 20 секунд 
2. Фокусування на ближніх та дальніх об'єктах 
3. Колові та лінійні рухи очима для зняття напруження м'язів 
4. Легкий масаж повік та навколоочної зони 
Навчання персоналу та програмно-технічні рішення 
Програма навчання включає теоретичну (2 години) та практичну (1 година) 
частини з щоквартальним оновленням. Основні принципи: правильна посадка, 
оптимальне розташування монітора та документів. 
Налаштування моніторів згідно ISO 9241-307: яскравість 120-150 кд/м², 
контрастність не менше 3:1, частота оновлення від 75 Гц. Впровадження 
спеціалізованого ПЗ: f.lux для регулювання колірної температури, EyeCare Pro 
для нагадувань про перерви, фільтри синього світла. 
Економічне обґрунтування заходів 
Витрати на впровадження заходів (на 8 робочих місць): 
Технічне обладнання: 
• Регульовані кронштейни для моніторів: 20 000 грн 
• Підставки для документів та освітлення: 18 400 грн 
• Ергономічні аксесуари: 12 800 грн 
• Модернізація крісел та меблів: 73 600 грн 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
71 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Програмне забезпечення: 8 000 грн 
Організаційні заходи: 
• Навчання персоналу: 15 000 грн 
• Медичні огляди: 4 000 грн 
• Додаткове обладнання: 12 000 грн 
• Методичні матеріали: 5 000 грн 
Загальні витрати: 168 800 грн 
Розрахунок економічного ефекту: 
1. Зниження витрат на лікування: 70 200 грн/рік (зменшення 
захворюваності на 65%) 
2. Підвищення продуктивності: 420 000 грн/рік (приріст на 17,5%) 
3. Зменшення плинності кадрів: 22 400 грн/рік 
Загальний річний економічний ефект: 512 600 грн 
Показники ефективності: 
• Термін окупності: 4 місяці 
• NPV за 5 років: 1 775 486 грн 
• Індекс прибутковості: 11,5 
План впровадження та система контролю 
Поетапне впровадження: 
Етап 1 (1-2 місяці) - Термінові заходи: 
• Встановлення кронштейнів та налаштування моніторів 
• Впровадження програмного забезпечення захисту зору 
• Організація регламентованих перерв 
• Базове навчання персоналу 
Етап 2 (3-4 місяці) - Основні заходи: 
• Модернізація освітлення та ергономічних аксесуарів 
• Оновлення робочих крісел 
• Впровадження комплексу вправ 
• Медичні огляди офтальмолога 
Етап 3 (5-6 місяці) - Завершення: 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
72 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
• Фінальне налаштування систем 
• Повне навчання персоналу 
• Запуск системи моніторингу 
• Корекція за результатами 
Система моніторингу ефективності: 
Ключові показники: 
• Медичні: зниження скарг на втому очей на 60-70%, зменшення 
звернень до офтальмолога на 50-60% 
• Ергономічні: збільшення часу витримки правильної пози на 80-90% 
• Продуктивність: підвищення швидкості виконання завдань, 
зменшення кількості помилок 
Методи контролю: 
• Щомісячні анкетування працівників 
• Квартальні медичні огляди 
• Інструментальні вимірювання параметрів робочих місць 
• Аналіз статистики продуктивності 
Довгострокова підтримка: 
• Регулярне обслуговування та калібрування обладнання 
• Періодичне навчання нових співробітників 
• Постійне удосконалення методик та впровадження нових технологій 
• Моніторинг сучасних досліджень в області ергономіки 
Висновки 
Розроблений комплекс заходів забезпечує: 
1. Комплексне вирішення проблеми через поєднання технічних, 
організаційних та програмно-технічних заходів 
2. Високу економічну ефективність з терміном окупності 4 місяці та 
NPV понад 1,7 млн грн 
3. Медичну обґрунтованість всіх рішень відповідно до сучасних 
стандартів ергономіки 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
73 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
4. Практичну реалізованість завдяки поетапному плану 
впровадження 
Впровадження запропонованих заходів дозволить створити безпечні та 
комфортні умови праці, знизити ризик професійних захворювань на 60-70% та 
підвищити продуктивність роботи співробітників лабораторії на 17,5%. 
 
 
  
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
74 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
Висновок 
 
У результаті виконання дипломної роботи було досягнуто поставлену мету 
— досліджено функціональні можливості програмного середовища Multisim 
щодо моделювання мікроконтролерів та побудови електронних схем на їх основі, 
а також розроблено навчальні лабораторні стенди для практичного вивчення 
роботи мікроконтролерних систем. 
У теоретичній частині роботи проведено всебічний аналіз поняття 
мікроконтролера, розглянуто їх класифікацію, принципи роботи, основні 
характеристики та сфери застосування. Особливу увагу приділено сучасним 
популярним рішенням, таким як Arduino Uno, MSP430, ESP32 та інші. Проведено 
порівняння їх функціональних можливостей, що дозволило зробити 
обґрунтований вибір під час подальшого моделювання. У практичній частині 
дипломної роботи змодельовано декілька схем у середовищі Multisim. Зокрема, 
у другому розділі було розроблено схемний проект із базовим підключенням 
мікроконтролера, а в третьому — створено повноцінну модель взаємодії 
мікроконтролера з зовнішньою оперативною пам’яттю. Під час побудови схем 
використано такі інструменти, як логічні аналізатори, шини даних і адрес, 
сегментні індикатори, що дозволило ефективно візуалізувати процеси запису та 
зчитування інформації. 
Середовище Multisim продемонструвало широкі можливості для 
віртуального проектування, тестування логіки мікроконтролерних систем та 
їхньої поведінки без фізичного обладнання. Це особливо актуально у 
навчальному процесі, де важливо швидко змінювати конфігурацію, спостерігати 
результати в реальному часі та аналізувати роботу електронних пристроїв. 
Таким чином, у дипломній роботі не лише реалізовано теоретичне 
обґрунтування, але й практично підтверджено ефективність використання 
середовища Multisim для моделювання та дослідження мікроконтролерних 
систем. Отримані результати можуть бути використані в освітньому процесі для 
підготовки студентів до роботи з вбудованими системами та цифровою 
електронікою. 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
75 
Змн Арк № докум. Підпис Дата 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
 
1. Войлоков В. І., Кузьменко А. В. Мікроконтролери: архітектура та 
програмування. – Київ: Ліра-К, 2017. – 320 с. 
2. Гринчук А. А. Мікропроцесорна техніка та мікроконтролери. – Харків: 
ХНУРЕ, 2018. – 240 с. 
3. Мельник С. С. Основи цифрової схемотехніки та мікропроцесорної 
техніки. – Львів: Вид-во Львівської політехніки, 2020. – 288 с. 
4. Карташов В. М. Системи з мікроконтролерами. – Київ: НАУ, 2019. – 276 
с. 
5. Маланчук Є. З., Макаренко В. В., Співак В. М., Власюк Г. Г., Рудик А. В. 
Моделювання та аналіз цифрових схем. – 2018. – Режим доступу: 
https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/26302/1/Pidruchnyk_Modeliuvannia_T
sS_2018.pdf 
6. Проектування та аналіз електричних схем в програмному середовищі 
Multisim. – Режим доступу: 
https://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/lib/26404/1/Методичка%20Multisim%202
018_v5.pdf 
7. Microchip Technology Inc. ATmega328P Datasheet. – 2022. 
8. Texas Instruments. MSP430 Family User’s Guide. – 2021. 
9. STMicroelectronics. STM32 Microcontroller Reference Manual. – 2022. 
10. Espressif Systems. ESP32 Technical Reference Manual. – 2022. 
11. NXP Semiconductors. Kinetis MCU Family Overview. – 2021. 
12. Misra P., Woungang I. Guide to Wireless Sensor Networks. – Springer, 2021. 
– 424 p. 
13. National Instruments. Multisim User Manual [Електронний ресурс]. – Austin, 
Texas: National Instruments, 2023. – 331 с. – Режим доступу: 
https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/multisim/resource/374483d.pdf 
 
 Арк 
 
РТ15.025.275.248 ПЗ 
76 
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
