Mikrocontroller - der Leitfaden für Maker: Schaltungstechnik und Programmierung von Raspberry, Arduino & Co.
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| Published: |
Heidelberg
dpunkt-Verl.
2014
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| Edition: | 1. Aufl. |
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| Physical Description: | XI, 384 S. Ill., graph. Darst. |
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Inhaltsverzeichnis
1 Mikrocontrollergrundlagen 1
1.1 Architekturen . 1
1.2
Complex
und
Reduced Instruction
Set Computer . 4
1.3 Start mit MikroControllern der Firma Intel . 6
1.3.1
Low
Power. 8
1.4 Spannungsversorgung, Oszillator und
Reset
. 10
1.5 Arbeitsspeicher . 11
1.6 Interrupt-Logik. 14
1.7
Watchdog
. 17
1.8
Brown Out Detection
. 19
1.9 JTAG-Interface . 19
1.10 DMA-Logik. 20
1.11 Adressierung. 22
1.12 Programmierung. 23
2 Mikrocontrollerfamilien beurteilen und auswählen 27
2.1 SOSl-Mikrocontroller. 28
2.1.1 Architektur. 31
2.2 Microchip-Mikrocontroller -
РІС
. 34
2.2.1 Architektur und Ausstattungsmerkmale . 36
Oszillatoren. 39
Reset-Konfiguration . 40
ICSP-Interface. 41
Programmspeicher. 43
2.2.2 Konfigurationsdaten.44
Taktgeneratoreinstellung.44
Power
Up
Timer.44
Brown Out Detect
.44
Watchdog
Timer .45
CCP2MUX.45
Stack
Overflow Reset.
45
Low Voltage Programming
.46
Code Protection
.46
Schreiben der Konfigurationsdaten.46
2.2.3 PIC-Mikrocontrollerfamilien .47
2.2.4
Nano
Watt-Technologie
.50
2.2.5 Entwicklungsumgebung.51
2.3 Atmel-Mikrocontroller.54
2.3.1 Architektur. 56
2.3.2 AVR-Controller-Familien im Überblick. 58
2.3.3 Power-Save-Betriebsarten . 60
2.3.4 Entwicklungsumgebung. 62
2.4 MSP430-Mikrocontroller. 64
2.4.1 Architektur.64
2.4.2 MSP430-Coпtrollerfamilieп.67
2.4.3
Low
Power
Modes
.71
2.4.4 Entwicklungsumgebung und Programmierung.72
2.5 ARM-Prozessoren und -MikroController .77
2.5.1 ARM-Architektur und -Typen. 78
2.5.2 Cortex-Cores. 81
2.5.3 EFJVm-Gecko. 84
Peripheral
Reflex System . 87
Advanced Energy Monitoring . 88
Energy
Aware Profiler
. 92
Betriebsarten - Energy
Modes
. 93
Entwicklungsplattform. 95
Single-Board-Systeme einsetzen 101
3.1
Raspberry
Pi.
102
3.1.1 Inbetriebnahme . 104
3.1.2 Netzwerkverbindung herstellen . 109
Manuelle Konfigurierung . 110
SSH- und FTP-Verbindungen. 112
3.1.3
Software
und Programmierung. 114
3.2 Beaglebone Black . 119
3.3 mbed-Plattform. 122
3.4 Gadgeteer . 125
3.5 Arduino. 126
3.5.1 Boards. 126
3.5.2
Shields
. 130
3.5.3 Start und Entwicklungsumgebung. 131
Anwenderprogrammierbare Ein- und Ausgabeeinheiten 135
4.1 GPIO. 135
4.2 UART, USART und serielle Schnittstelle. 137
4.3 I2C-BUS. 140
4.4
Serial Peripheral
Interface -
SPI.
143
4.5 A/D-Wandler. 146
4.6 D/A-Wandler. 150
4.7 PWM-Output . 151
Spannungsversorgungen planen und aufbauen 153
5.1 Netzteile . 153
5.2 Batterien. 156
5.3 Akkumulatoren. 159
5.3.1 Bleiakkumulator. 159
5.3.2 Nickel-Cadmium-Akkumulator.,. 160
5.3.3 Nickel-Metall-Hydrid-Akkumulator. 161
Ladeschaltung. 162
5.3.4 Lithium-Ionen-Akkumulator. 162
5.3.5 Lithium-Polymer-Akkumulator. 164
Ladeschaltung. 164
5.4 Energy
Harvesting
. 165
5.4.1 Solarzellen. 169
Funktionsprinzip. 169
Elektrisches Verhalten. 170
Standard Test
Conditions
. 172
Typen . 174
5.4.2
Piezoelemente
.177
Aufbau und Typen.178
Wandlerschaltung mit selbst gebautem Balkenschwinger . 179
5.4.3 Elektrodynamische Wandler.184
5.4.4 Thermogeneratoren .186
5.5 Energiespeicher und Energiemanagement.190
5.5.1 Kondensatoren.190
5.5.2 Solid State
Batteries
.194
Thin-Film Batteries
.194
Ladeschaltung .195
EnerChips .197
EnerChips mit Power-Management-Logik.198
Energy-Harvesting-Module
und Energy
Processor
.200
6 Die Funkpraxis 207
6.1 ISM-Bänder . 208
6.2 Nahfunksysteme in der Übersicht. 210
6.3 Modulationsverfahren . 213
6.4 WLAN. 215
6.5 Sensorknoten im WLAN . 217
6.5.1 Inbetriebnahme . 219
6.5.2 Systemaufbau. 220
6.5.3 Konfigurierung. 221
6.5.4 Erweiterungsschaltungen . 223
6.5.5 Sensoren am
SPI
. 226
6.5.6 Steuerung mit Mikrocontroller. 227
6.6 Bluetooth. 229
6.6.1 Topologien und Implementierungen. 230
6.6.2 Entwicklungssystem. 233
6.7 Bluetooth
Low
Energy. 235
6.7.1 Chips und Schaltung .237
6.7.2 Software und Programmierung.243
6.8 ZigBee .245
6.8.1 Topologien.247
6.8.2 ZigBee Green Power.249
6.9 ANT/ANT+ .250
6.10 Low-Power-Funklösungen -
Low
Power RF.251
6.10.1
Module
. 252
6.10.2
Transceiver
. 254
6.10.3 Datenrate und Reichweite. 257
6.10.4 Einfache Kommunikation aufbauen . 258
6.10.5 SimplicTI-Protokoll. 260
6.10.6 Software. 261
6.11 EnOcean-Funktechnik. 263
6.11.1
Dolphin
System
Architecture
. 266
6.11.2 Starter und Programmer Kit . 272
6.11.3 Entwicklung und Programmierung . 277
7
Mess-
und Steuerschaltungen für den
Raspberry
Pi
291
7.1 GPIO-Port. 291
7.2 A/D- und D/A-Wandlerplatine für
SPI
. 293
7.2.1 Python und grafische Oberfläche. 303
7.3 Erweiterungen mit ^C-Bus-Schaltungen . 315
7.3.1 Temperaturmessung . 322
7.3.2 LCD-Ansteuerung. 325
7.3.3 A/D- und D/A-Messung. 326
7.3.4 Echtzeituhr stellen und lesen. 331
8 Solarzellentester selbst gebaut 339
8.1 Verfahren für die Charakterisierung von Solarzellen. 339
8.2 Schaltungsaufbau . 342
8.2.1 Spannungsversorgung. 342
8.2.2 Widerstandsmatrix und Peripherie . 344
8.2.3 Relais und Treiber. 347
8.2.4 Lichtsensor zur Messung der Beleuchtungsstärke . 348
8.3 Programmablauf und Bedienung. 350
8.4 Implementierung der Software. 351
8.4.1 LCD- und Menüsteuerung. 353
8.4.2 Messen der Beleuchtungsstärke . 355
8.4.3 Maximum-Power-Point-Messung . 360
8.4.4 Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom messen . 362
8.4.5 Ausgabe der Messergebnisse. 364
Index 377
łjs Dembowski
Mikrocontroller
—
Der Leitfaden für
Maker
Sie haben bereits erste Projekte mit Minicom¬
putern — wie
Raspberry
Pi
— oder auf Basis von
Mikrocontrollern — etwa Arduino — realisiert und
möchten nun tiefer in die Welt der Mikrocon¬
troller eintauchen. Klaus
Dembowski
liefert
Ihnen das dazu nötige
Know how:
Er zeigt, mit
welchen Methoden, MiIfsmitteln und Bauele¬
menten sich Applikationen für die
Senso
rik,
zum
Messen und Steuern entwickeln lassen.
Das Buch wendet sich
d
ann i t
einerseits an Leser,
die bereits einen Einstieg in die Thematik absol¬
viert haben, anderseits sind aber auch
»Maker«
angesprochen, für die Digital-, Analog- und
Sensortechnik zwar kein Neuland mehr ist,
die jedoch einen systematischen Oberblick
betreffs moderner Mikrocontroder und
ΛΛίηί-
computer sowie über aktuelle Komponenten
suchen. Es vermittelt Grundlagen der modernen
Schaltungstechnik und erklärt, wie aktuelle
Bauelemente und Komponenten zusammen¬
passen. Der Leser erhält damit ein verlässliches
Kompendium für unterschiedlichste Mikrocon-
t
roí
1er-
Hacks.
Die ersten sechs Kapitel beschäftigen sich mit
den grundlegenden Themen: Mtkrocontroller-
familien, Minicomputersysteme, Ein/Ausgabe
einheften, Energieversorgung und Funkpraxis.
Danach werden konkrete Projekte vorgestellt,
bei denen unterschiedliche Mikrocontroller zum
Einsatz kommen. Besondere Aufmerksamkeit
verdient das Kapitel
у
: Die beiden darin behan¬
delten Erweiterungsplatinen für den
Raspberry
Ρΐ
sind Eigenentwicklungen, die über das »typi¬
sche ßastlerniveau« hinausgehen und dennocn
zum Nachbau und zum Design eigener Applika¬
tionen anregen sollen. Die Applikationen sind
so ausgewählt,
dass
die in den grundlegenden
Kapiteln erworbenen Kenntnisse sich in der
praktischen Umsetzung wiederfinden.
г
Thema
Programmierung
Elektronik
Leser
Engagierte Bastler
Studenten
Techniker/Ingenieure
Entwickler |
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