Dieses Skript beschäftigt sich mit der Hard- und Software eines Mikrocontrollers, dem Ein- und Ausschalten von elektrischen Verbrauchern und der Steuerung von Lampen, Motoren, Heizungen, etc.. Weiter wird auf die Erfassung von Schalterzuständen und analogen Werten sowie die Kommunikation mit dem Computer eingegangen.
Die Maker-Bewegung blüht. Viele technikbegeisterte Tüftler und Macher treffen sich und stellen ihre selbst entwickelten Verfahren und Ideen oder ihre selbstgebauten Geräte und Maschinen vor. Sehr oft wird für die konkrete Umsetzung der Ideen auch Elektronik benötigt. Beim Stichwort Elektronik ist heute fast immer auch ein Mikrocontroller inbegriffen. Mikrocontroller erlauben die Umsetzung einfacher bis komplexer Aufgaben mit minimalem Aufwand. Zudem sind Änderungen leicht durch eine andere Programmierung umsetzbar.
Mit gesundem Menschenverstand und ein wenig Verständnis für physikalische und logische Zusammenhänge kann jeder die Programmierung und Verwendung von Mikrocontrollern erlernen. Damit ergeben sich dann plötzlich ungeahnte Möglichkeiten bei der Umsetzung einer Idee.
Inhaltsverzeichnis
- Hard- und Software
- Was ist ein Mikrocontroller?
- Der MSP430G2553-Mikrocontroller
- Die Programmierung des Mikrocontrollers
- Das LaunchPad
- Die Entwicklungsumgebung
- Debugging
- Programmieren in C
- Ein- und Ausschalten von elektrischen Verbrauchern
- Ansteuern der On-Board-LEDs
- Digitale Ausgänge
- Externe Verbraucher schalten
- Verdrahtung
- Der Transistor als Schalter
- Abschaltautomat, Blinker und Summer
- Abschaltautomat
- Taktfrequenz
- Blinker/Blitzer und Schleifen
- Summer
- Bedingtes Ausführen von Codeabschnitten
- Die IF-Anweisung und die Vergleichsmöglichkeiten
- Bitmanipulationen
- Ein Bit auf 1 setzen
- Ein Bit auf 0 setzen
- Ein Bit toggeln (umkehren)
- Bits verschieben
- Schalten von 230-V-Netz-Verbrauchern
- Schalten mit Relais
- Schalten per Funk
- Kaffee am Morgen
- Steuerung von Lampen, Motoren, Heizungen, etc.
- Linear Steuern
- Emitterfolger
- Digital-Analog-Umsetzer (DAU)
- Parallele Wertvorgabe
- Variablen in C
- Datenübergabe mit externem DAU
- "unsigned int" zerlegen in High-Byte und Low-Byte
- Serielle Busse
- Der SPI-Bus
- Der I²C-Bus
- Programmierung
- Determinieren der Ausgangsspannung
- Daten senden via SPI
- Das Licht der Glühlampen
- Steuerung mit PWM
- PWM-Ausgabe an K10
- Timer
- Servo ansteuern
- Timer mit Interrupt
- Erfassen von Schalterzuständen und analogen Werten
- Erfassen der Zustände von I/O-Ports
- Erfassen der Portzustände durch Ereignisse
- Lampe mit Tastern steuern
- Ereignisse und Energiesparmodus
- Vorgabe mit Drehrichtungsgebern (Encoder)
- Erfassung von Schalterstellungen und physikalischen Größen
- Spannung erkennen
- Magnetismus
- Licht
- Temperatur
- Analogwerte erfassen
- Analog-Digital-Wandlung
- Temperaturmessung
- Messung der magnetischen Feldstärke
- Kommunikation mit dem Computer
- Der Mikrocontroller als Terminal-Server
- Temperaturmessung
- Die Klemmen K10 und K11 per Terminal-Programm Ein- bzw. Ausschalten
- Der Terminal-Server steuert ein PWM-Signal an K10
- Der Terminal-Server steuert eine lineare Spannung an K9
- Hilfreiche Befehle bei der Stringauswertung
- Regelung
- Analoge Regelung
- Linear-Spannungsregelung auf der Platine µC-Testaufbau
- Unterschiedliche Stellglieder
- Regelung in der Software
- Zugriff auf den Programmspeicher
- Verwendung leistungsfähiger Boards von OLIMEX
- Grundlagen der Mikrocontroller-Programmierung
- Einsatz von Mikrocontrollern für die Steuerung von elektrischen Verbrauchern
- Digitale und analoge Messtechnik mit Mikrocontrollern
- Kommunikation zwischen Mikrocontroller und Computer
- Regelungstechnik mit Mikrocontrollern
- Kapitel 1: Hard- und Software: In diesem Kapitel werden die Grundlagen der Mikrocontroller-Technik behandelt. Es werden die verschiedenen Funktionsblöcke eines Mikrocontrollers erläutert, sowie die Programmiersprache C und die Entwicklungsumgebung Code Composer Studio vorgestellt.
- Kapitel 2: Ein- und Ausschalten von elektrischen Verbrauchern: Dieses Kapitel widmet sich der praktischen Anwendung von Mikrocontrollern zur Steuerung von LEDs, Lampen, Motoren und anderen Verbrauchern. Dabei werden verschiedene Schaltungstechniken und die notwendigen Programmierbefehle vorgestellt.
- Kapitel 3: Steuerung von Lampen, Motoren, Heizungen, etc.: Hier werden die Möglichkeiten der linearen Steuerung und der PWM-Steuerung von Verbrauchern beschrieben. Außerdem wird die Kommunikation über serielle Busse wie SPI und I²C erläutert.
- Kapitel 4: Erfassen von Schalterzuständen und analogen Werten: Dieses Kapitel behandelt die Erfassung von Schalterzuständen und die Messung analoger Werte mit Hilfe von Analog-Digital-Wandlern. Es werden verschiedene Sensoren und deren Anbindung an den Mikrocontroller vorgestellt.
- Kapitel 5: Kommunikation mit dem Computer: In diesem Kapitel wird der Mikrocontroller als Terminal-Server eingesetzt. So können Befehle vom Computer an den Mikrocontroller gesendet und Daten zurück übertragen werden.
- Kapitel 6: Regelung: Hier werden die Grundlagen der Regelungstechnik behandelt. Es werden verschiedene Regelarten vorgestellt, z.B. Zweipunktregler, P-Regler, PI-Regler und PID-Regler.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Der Workshop „Mikrocontroller für Maker und Funkamateure“ soll die Teilnehmer in die Lage versetzen, einfache bis komplexe Aufgaben mit Mikrocontrollern zu lösen. Dabei werden die Grundlagen der Programmierung in C, die Ansteuerung von Peripheriegeräten und die Realisierung von Regelsystemen behandelt.
Zusammenfassung der Kapitel
Schlüsselwörter
Mikrocontroller, MSP430, LaunchPad, Code Composer Studio, C-Programmierung, digitale Ausgänge, analoge Eingänge, PWM, SPI, I²C, ADC, Terminal-Server, Regelung, P-Regler, I-Regler, PI-Regler, PID-Regler, Flash-Speicher
- Citar trabajo
- Franz Peter Zantis (Autor), 2023, Mikrocontroller für Maker und Funkamateure, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/493149
