Verfügbarkeit: Sensornetzwerke in Theorie und Praxis

Sensornetzwerke in Theorie und Praxis: Embedded Systems-Projekte erfolgreich realisieren

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Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Meroth, Ansgar 1965- (VerfasserIn), Sora, Petre (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Wiesbaden Springer Vieweg [2021]
Ausgabe:	2. Auflage
Schlagworte:	Sensorsystem Schnittstelle Internet der Dinge Ansteuerung OSI-Modell Eingebettetes System Mikrocontroller AVR Sensortechnik Display C > Programmiersprache Integrierte Schaltung LIN Atmel digital CAN Elektronik Arduino Automotive Embedded Systems Automobiltechnik Digitaltechnik Funk Entwicklung Elektrotechnik AVR-Familie Netzwerke Progammierung C Mikrocontroller Senstortechnik
Online-Zugang:	Inhaltstext http://www.springer.com/ Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XX, 680 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm, 1372 g
ISBN:	9783658317089 3658317086

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adam_text	1 EINLEITUNG . 1 1.1 WAS FINDEN SIE IN DIESEM BUCH? . 1 1.2 FUER WEN IST DIESES BUCH GESCHRIEBEN? . 3 1.3 WELCHE KENNTNISSE SETZT DAS BUCH VORAUS? . 4 1.4 WARUM BESCHREIBT DAS BUCH KEINEN ARDUINO? . 4 1.5 ZUSATZMATERIALIEN . 4 1.6 DISCLAIMER/HAFTUNGSAUSSCHLUSS . 4 1.7 DANK . 5 LITERATUR . 5 2 EINFUEHRUNG IN DIE PROGRAMMIERSPRACHE C . 7 2.1 DIE SPRACHE C: HINTERGRUND UND AUFBAU . 7 2.2 BEZEICHNER, SCHLUESSELWORTE UND SYMBOLE IN C . 10 2.2.1 BEZEICHNER . 10 2.2.2 SCHLUESSELWORTE . 10 2.2.3 SYMBOLE . 11 2.2.4 ANWEISUNGEN . 11 2.3 KOMMENTARE . 12 2.3.1 EINZEILIGER KOMMENTAR . 12 2.3.2 MEHRZEILIGER KOMMENTAR . 12 2.3.3 DOXYGEN-KOMMENTARE . 12 2.4 TYPEN, VARIABLEN UND KONSTANTEN . 13 2.4.1 FUNDAMENTALE DATENTYPEN . 15 2.4.2 DEKLARATION VON VARIABLEN . 17 2.4.3 KONSTANTEN . 18 2.5 OPERATOREN . 20 2.5.1 ARITHMETISCHE OPERATOREN . 20 2.5.2 LOGISCHE OPERATOREN . 21 2.5.3 BITOPERATOREN . 21 2.5.4 OPERATOREN FUER SPEICHERZUGRIFFE. 21 XI XII INHALTSVERZEICHNIS 2.5.5 WEITERE OPERATOREN . 22 2.5.6 ASSOZIATIVITAET UND PRIORITAET VON OPERATOREN . 22 2.5.7 TYPUNIWANDLUNG. 23 2.6 KONTROLLSTRUKTUREN . 25 2.6.1 VERZWEIGUNG (AUSWAHL) . 25 2.6.2 FALLSTRICKE . 27 2.6.3 MEHRFACHVERZWEIGUNG . 27 2.7 SCHLEIFEN . 29 2.7.1 KOPFGESTEUERTE SCHLEIFEN . 29 2.7.2 FUSSGESTEUERTE SCHLEIFEN . 30 2.7.3 ZAEHLSCHLEIFEN . 30 2.7.4 SPRUENGE . 31 2.8 FUNKTIONEN . 32 2.8.1 INTMAIN() . 32 2.8.2 DEFINITION UND DEKLARATION . 33 2.8.3 SICHTBARKEIT UND LEBENSDAUER VON VARIABLEN IN FUNKTIONEN . 35 2.8.4 HEADER . 36 2.8.5 DIE SCHLUESSELWORTE EXTERN, VOLATILE UND STATIC . 37 2.9 KOMPLEXE DATENTYPEN . 40 2.9.1 ARRAYS, FELDER UND ZEICHENKETTEN . 40 2.9.2 STRUKTUR . 44 2.9.3 UNIONS . 47 2.9.4 AUFZAEHLUNGSTYPEN . 49 2.9.5 POINTER . 50 2.10 AUFBAU EINES EMBEDDED-C-PROGRAMMS . 54 2.11 ARBEITEN MIT DEM PRAECOMPILER . 56 2.11.1 #DEFINE UND ARBEITEN MIT MAKROS . 56 2.11.2 #PRAGMA . 58 2.11.3 ZUSAMMENFASSUNG DER PRAECOMPILER-BEFEHLE . 59 2.12 UEBERSETZEN UND BINDEN . 59 LITERATUR . 61 3 PROGRAMMIERUNG VON AVR MIKROCONTROLLERN . 63 3.1 ARCHITEKTUR DER AVR-FAMILIE . 64 3.2 GEHAEUSE UND ANSCHLUSSBELEGUNGEN . 67 3.3 VERSORGUNG, TAKT UND RESET-LOGIK . 67 3.3.1 VERSORGUNG . 67 3.3.2 TAKT . 67 3.3.3 RESET-LOGIK . 70 3.3.4 SPEICHER . 70 3.4 UMGANG MIT REGISTERN . 72 3.5 DIGITALER INPUT/OUTPUT . 75 INHALTSVERZEICHNIS XIII 3.5.1 GRUNDSAETZLICHER AUFBAU . 75 3.5.2 PROGRAMMIERUNG . 78 3.6 INTERRUPTS . 81 3.6.1 EINSTIEG IN DEN UMGANG MIT INTERRUPTS . 82 3.6.2 INTERRUPT-PROGRAMMIERUNG AM BEISPIEL DES PIN CHANGE INTERRUPT . 82 3.6.3 DIE EXTERNEN INTERRUPTS INTX . 86 3.7 TIMER . 87 3.7.1 TIMER-GRUNDLAGEN . 87 3.7.2 PROGRAMMIERUNG DER TIMER/COUNTER . 89 3.8 ANALOGE SCHNITTSTELLE . 108 3.8.1 ANALOGMULTIPLEXER . 108 3.8.2 ANALOGKOMPARATOR . 109 3.8.3 AD-WANDLER (ADC) . 110 3.8.4 BEISPIEL: THERMOMETER . 117 3.8.5 BEISPIEL: EFFEKTIVWERTMESSUNG AN EINER SINUSSPANNUNG . 119 3.9 POWER MANAGEMENT . 120 3.10 INTERNES EEPROM . 123 3.10.1 DEKLARATION EINER VARIABLEN IM EEPROM . 123 3.10.2 LESEN AUS DEM EEPROM . 123 3.10.3 SCHREIBEN INS EEPROM . 124 3.11 DYNAMISCHE SPEICHERNUTZUNG . 125 3.12 VERLAGERUNG VON DATEN IN DEN PROGRAMMSPEICHER . 127 LITERATUR . 128 4 SOFTWARE FRAMEWORK . 129 4.1 SICHTEN . 130 4.2 HARDWARE-ABSTRAKTION . 131 4.3 MODULARISIERUNG UND ZUGRIFF AUF MODULE . 132 4.4 ZEITSTEUERUNG . 134 LITERATUR . 138 5 SPEICHERKONZEPTE UND ALGORITHMEN . 139 5.1 WICHTIGE SPEICHERKONZEPTE . 139 5.1.1 WARTENSCHLANGEN UND RINGPUFFER (FIFO) . 140 5.1.2 WARTESCHLANGE MIT DYNAMISCHEN DATENSTRUKTUREN . 143 5.1.3 MEHRERE WARTESCHLANGEN IN EINEM PROGRAMM . 145 5.1.4 MEHRERE WARTESCHLANGEN MIT UNTERSCHIEDLICHEN TYPEN . 147 5.2 ZUSTANDSAUTOMATEN (STATEMACHINE) . 149 5.2.1 ALLGEMEINE BETRACHTUNG . 149 5.2.2 BESCHREIBUNG VON ZUSTANDSAUTOMATEN . 151 5.2.3 UMSETZUNG VON ZUSTANDSAUTOMATEN AUF MIKROCONTROLLERN . 154 LITERATUR . 157 XIV INHALTSVERZEICHNIS 6 THEORETISCHE UEBERLEGUNGEN ZU LOT NETZWERKEN . 159 6.1 DAS ISO/OSI SCHICHTENMODELL . 160 6.1.1 SCHICHT 1: PHYSIKALISCHE BITUEBERTRAGUNG . 162 6.1.2 SCHICHT 2: SICHERUNGSSCHICHT . 173 6.1.3 SCHICHT 3: VERMITTLUNGSSCHICHT. 183 6.1.4 SCHICHT 4: TRANSPORTSCHICHT . 186 6.1.5 ANWENDUNGSPROTOKOLLE FUER LOT NETZWERKE . 188 6.2 ANFORDERUNGEN AN LOT NETZWERKE . 190 LITERATUR . 193 7 ASYNCHRONE SERIELLE SCHNITTSTELLEN . 195 7.1 UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER/TRANSMITTER (UART) . 195 7.1.1 HARDWAREANBINDUNG IN DER AVR-FAMILIE. 197 7.1.2 UART-REGISTER BEIM ATMEGA 88 . 198 7.1.3 INITIALISIEREN DER UART SCHNITTSTELLE BEIM ATMEGA88 . 200 7.1.4 EMPFANGEN VON DATEN . 201 7.1.5 SENDEN VON DATEN . 203 7.1.6 IMPLEMENTIERUNG VON UARTWRITEBUFFER() . 203 7.1.7 UART-MULTIPROZESSOR-MODUS . 204 7.2 ANBINDUNG DER SERIELLEN SCHNITTSTELLE AN USB . 211 7.3 EIN EINFACHES SERIELLES PROTOKOLL . 211 7.3.1 HERSTELLUNG VON CODETRANSPARENZ DURCH BYTESTUFFING . 216 LITERATUR . 218 8 SERIAL PERIPHERAL INTERFACE (SPI) . 219 8.1 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE . 219 8.2 KONFIGURATION DER SPI-SCHNITTSTELLE . 221 8.3 SPI-SCHNITTSTELLE IM SLAVEBETRIEB . 225 8.4 SPI-SCHNITTSTELLE IN EINEM SENSORNETZWERK . 228 8.5 3-WIRE-SPI-KOMMUNIKATION . 233 8.6 SPI-MASTER UEBER USART . 235 LITERATUR . 239 9 DIE I 2 C/TWI-SCHNITTSTELLE . 241 9.1 I 2 C-BUS-KONFIGURATION . 243 9.2 BUS-ERWEITERUNG . 245 9.2.1 I 2 C-REPEATER . 246 9.2.2 I 2 C-HUB . 246 9.2.3 I 2 C-MULTIPLEXER . 246 9.2.4 I 2 C-SWITCH . 247 9.3 TWI IN DER AVR-FAMILIE . 247 9.3.1 TWI-REGISTER BEIM ATMEGA 88 . 248 9.3.2 INITIALISIEREN DER TWLSCHNITTSTELLE . 249 INHALTSVERZEICHNIS XV 9.3.3 TWI-KOMMUNIKATION . 251 9.3.4 DER MIKROCONTROLLER ATMEGA ALS TWI-MASTER . 251 9.3.5 DER MIKROCONTROLLER ATMEGA ALS TWI-SLAVE . 257 LITERATUR . 261 10 CAN BUS . 263 10.1 CAN-GRUNDLAGEN KOMPAKT . 264 10.2 CAN-TIMING . 266 10.3 NUTZUNG VON CAN MIT PROZESSOREN DER AVR-FAMILIE. 267 10.3.1 C AN-CONTROLLER MCP25 15 . 268 10.3.2 AT90CANXX . 274 10.3.3 IMPLEMENTIERUNG MIT DER CAN-BIBLIOTHEK DES ROBOTERCLUB AACHEN . 278 10.4 CAN-TRANSPORTPROTOKOLL . 281 10.5 CANOPEN IN DER INDUSTRIESTEUERUNGSTECHNIK . 284 LITERATUR . 285 11 DERMODBUS . 287 11.1 TIA/EIA-485 ALS BITUEBERTRAGUNGSSCHICHT FUER MODBUS . 288 11.2 MODBUS-KOMMUNIKATION . 290 11.2.1 REMOTE-TERMINAL-UNIT-UEBERTRAGUNG . 290 11.2.2 ASCII-UEBERTRAGUNG . 293 LITERATUR . 296 12 EINDRAHTBUSSYSTEME . 297 12.1 L-WIRE-BUS . 298 12.1.1 NETZWERKTOPOLOGIE . 298 12.1.2 INITIALISIERUNG DES BUSSES . 300 12.1.3 1-WIRE-BITUEBERTRAGUNG . 301 12.1.4 KOMMUNIKATIONSSITZUNG. 303 12.1.5 SOFTWAREAUFBAU DER 1-WIRE-BUSKOMMUNIKATION . 307 12.1.6 ANSTEUERUNG EINES 1 -WIRE-TEMPERATURSENSORS VOM TYP DS18B20 . 309 12.2 UNI/O -BUS . 312 12.2.1 NETZWERKTOPOLOGIE . 312 12.2.2 BITCODIERUNG . 313 12.2.3 UNI/O-PULSRAHMEN . 313 12.2.4 KOMMUNIKATIONSSITZUNG. 313 12.2.5 SOFTWAREAUFBAU EINER UNI/O-BUSKOMMUNIKATION. 315 12.2.6 ANSTEUERUNG EINES 11 XXYYZ-EEPROM . 319 12.3 LIN-BUS . 326 LITERATUR . 331 XVI INHALTSVERZEICHNIS 13 DRAHTLOSE NETZWERKE . 333 13.1 GRUNDLAGEN DER FUNKSCHNITTSTELLEN . 334 13.1.1 MULTIPLEX VERFAHREN . 334 13.1.2 SENSORKNOTEN . 335 13.2 FUNKUEBERTRAGUNG IM 433 MHZ UND 868 MHZ ISM-BAND . 337 13.2.1 AUFBAU DES RFM12B . 337 13.2.2 BESCHALTUNG DES RFM12-FUNKMODULS . 338 13.2.3 DIE SPI-KOMMUNIKATION . 339 13.2.4 DER BEFEHLSSATZ . 340 13.2.5 DAS STATUSREGISTER . 345 13.2.6 INITIALISIERUNG DES TRANSCEIVERS . 346 13.2.7 DATEN SENDEN . 348 13.2.8 LESEN DER EMPFANGENEN DATEN . 350 13.3 FUNKPROTOKOLLE IM 2,4-GHZ-ISM-BAND . 351 13.3.1 BLUETOOTH . 351 13.3.2 ZIGBEE . 357 13.4 BLUETOOTH KOMMUNIKATION MIT DEM SERIAL PROFILE . 361 13.4.1 BETRIEBSMODI . 362 13.4.2 BEFEHLSSATZ . 362 13.4.3 INITIALISIERUNG DES FUNKMODULS . 363 LITERATUR . 365 14 SENSORTECHNIK SYSTEMTECHNISCHE UEBERLEGUNGEN . 367 14.1 ABTASTUNG . 368 14.2 QUANTISIERUNG . 371 14.3 DIGITALE FILTERUNG . 373 14.3.1 FINITE-IMPULSE-RESPONSE-FILTER (FIR) . 373 14.3.2 INFINITE-IMPULSE-RESPONSE-FILTER (IIR) . 376 14.3.3 FILTERUNG AM BEISPIEL EINES FIR-FILTERS . 377 14.4 I/O-STEUERLOGIK . 378 14.5 ABSTRAKTION DER I/O-PINS . 379 14.6 GANZZAHLARITHMETIK . 380 14.6.1 MIKROCONTROLLERINTERNE ZAHLENFORMATE . 380 14.6.2 VORZEICHENLOSE GANZZAHLTYPEN . 382 14.6.3 VORZEICHENBEHAFTETE GANZZAHLTYPEN . 383 14.6.4 ERKENNUNG UND VERHINDERUNG EINES UEBERLAUFS . 384 LITERATUR . 385 15 UMWELTSENSOREN . 387 15.1 MPL31 15 DIGITALER LUFTDRUCKSENSOR . 387 15.1.1 FUNKTIONSWEISE . 388 15.1.2 AUFBAU DES MPL31 15 . 390 15.1.3 SERIELLE KOMMUNIKATION . 397 INHALTSVERZEICHNIS XVII 15.1.4 POWER-MODI . 397 15.1.5 MESS-UND LESEMODI . 398 15.1.6 INITIALISIERUNG DES MPL3 11 5-SENSORS . 399 15.2 LUFTFEUCHTIGKEIT SI7021 . 399 15.2.1 AUFBAU DES SI702 1 . 400 15.2.2 SERIELLE KOMMUNIKATION . 402 15.2.3 BERECHNUNG DER TEMPERATUR UND DER RELATIVEN LUFTFEUCHTIGKEIT . 406 15.2.4 TESTBARKEIT . 408 15.3 TEMPERATURMESSUNG MIT DEM TMP75 . 409 15.3.1 SENSORKONFIGURIERUNG . 410 15.3.2 SERIELLE SCHNITTSTELLE . 411 15.3.3 TEMPERATURMESSUNG . 413 15.3.4 THERMOSTATFUNKTION . 414 15.4 FEINSTAUBSENSOR SDSO 11 . 418 15.4.1 MESSPRINZIP . 419 15.4.2 ANSTEUERUNG UND SERIELLE KOMMUNIKATION . 420 LITERATUR . 424 16 BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN . 427 16.1 BESCHLEUNIGUNGSSENSOR ADXL3 12 . 428 16.1.1 VERNETZUNG DES ADXL3 12 . 429 16.1.2 MESSDATENERFASSUNG . 431 16.1.3 OFFSET-ERMITTLUNG . 437 16.1.4 INTERRUPTMODUS . 437 16.1.5 ADXL3 12 ALS NEIGUNGSSENSOR . 439 16.2 MMA6525 . 443 16.2.1 SENSORAUFBAU . 443 16.2.2 REGISTERBLOCK . 444 16.2.3 SPI-KOMMUNIKATION. 445 LITERATUR . 453 17 DREHRATENSENSOREN . 455 17.1 GYROSKOP . 456 17.1.1 BESCHALTUNG DES L3GD20 . 457 17.1.2 KOMMUNIKATIONSSCHNITTSTELLEN . 457 17.1.3 ARBEITSMODI . 461 LITERATUR . 471 18 MLAGNETFELDSENSOREN . 473 18.1 HMC5883-MAGNETFELDSENSOR . 475 18.1.1 AUFBAU DES HMC5883 . 475 18.1.2 HMC5883 MESSWERTE LESEN . 481 18.1.3 KALIBRIERUNG DES SENSORS . 482 XVIII INHALTSVERZEICHNIS 18.1.4 HMC5883 ALS ELEKTRONISCHER KOMPASS . 484 18.1.5 WINKELBERECHNUNG MIT DEM CORDIC-ALGORITHMUS . 485 LITERATUR . 487 19 NAEHERUNGSSENSOREN . 489 1 9. 1 ULTRASCHALL-NAEHERUNGSSENSOREN . 489 19.1.1 MESSPRINZIP . 490 19.1.2 SRF08 - ULTRASCHALL-MESSMODUL . 492 19.2 SI 11 4X - OPTISCHER NAEHERUNGSSENSOR . 497 19.2.1 SIL 14X -ARBEITSMODI . 497 19.2.2 SIL 14X-AUFBAU . 500 19.2.3 SERIELLE KOMMUNIKATION . 504 19.2.4 MESSUNGEN MIT DEM SIL 14X . 505 19.2.5 INTERRUPTS . 510 19.2.6 SI114X-NETZWERKIDENTIFIKATION . 511 LITERATUR . 511 20 DIGITAL-ANALOG-UND ANALOG-DIGITAL-WANDLER . 513 20.1 MCP48XX SPLANGESTEUERTE DIGITAL-ANALOG-WANDLER . 513 20.1.1 DIE SPI-SCHNITTSTELLE . 515 20.1.2 DAS EINGANGSREGISTER . 515 20.1.3 DER D/A-WANDLER . 516 20.1.4 DER ANALOGE AUSGANGSVERSTAERKER . 516 20.1.5 SYNCHRONE ANSTEUERUNG ZWEIER D/A-WANDLER . 517 20.1.6 SOFTWAREBEISPIEL . 520 20.2 PCF859 1 12 C-ANGESTEUERTER D/A-UND A/D WANDLER . 522 20.2.1 I 2 C-KOMMUNIKATION . 523 20.2.2 DER D/A-WANDLER . 524 20.2.3 DER A/D WANDLER . 526 20.2.4 DAS CONTROL-REGISTER . 529 20.2.5 DER OSZILLATOR . 529 20.3 STROMMESSUNG MIT DEM LMP92064 . 530 20.3.1 LMP92064 AUFBAU . 531 20.3.2 SERIELLE KOMMUNIKATION . 532 20.3.3 MESSEN MIT DEM LMP92064 . 533 LITERATUR . 536 21 SERIELLE EEPROMS . 539 21.1 PARALLELE FESTWERTSPEICHER . 541 21.2 SERIELLE EEPROM-SPEICHER . 542 21.2.1 M24C64 - I 2 C-ANGESTEUERTER EEPROM . 542 21.2.2 25LC256 - SPLANGESTEUERTE EEPROMS . 551 LITERATUR . 559 INHALTSVERZEICHNIS XIX 22 SERIELLE FLASH-SPEICHER . 561 22.1 AT45DB161 SERIELLER FLASHSPEICHER . 564 22.1.1 SPI-KOMMUNIKATION. 565 22.1.2 SRAM-ZWISCHENSPEICHER . 566 22.1.3 FLASH-HAUPTSPEICHER . 567 22.1.4 LESEN . 568 22.1.5 SPEICHERN . 570 22.1.6 LOESCHEN . 573 22.1.7 SPEICHERSCHUTZ . 573 22.1.8 TESTBARKEIT . 574 22.2 SST25WF0808 SERIELLER FLASHSPEICHER . 575 22.2.1 SPI-KOMMUNIKATION. 576 22.2.2 STATUSREGISTER . 577 22.2.3 LESE-FUNKTIONEN . 578 22.2.4 LOESCH-FUNKTIONEN . 579 22.2.5 SCHREIB-FUNKTIONEN . 580 22.2.6 2-LEITUNG-SERIELLE-SCHNITTSTELLE . 581 LITERATUR . 581 23 BAUSTEINE FUER DIE AUDIOTECHNIK . 583 23.1 SI4840 RADIO-IC . 584 23.1.1 BAUSTEINBESCHREIBUNG . 585 23.1.2 AUSWAHL DES FREQUENZBANDES UND FREQUENZABSTIMMUNG . 586 23.1.3 INITIALISIEREN DES BAUSTEINS . 588 23.1.4 KOMMUNIKATION MIT DEM BAUSTEIN . 588 23.1.5 SENDERSUCHE MIT DEM SI4840 . 593 23.2 LM48 1 00Q VERSTAERKER-BAUSTEIN . 597 LITERATUR . 602 24 VERNETZBARE INTEGRIERTE SCHALTKREISE . 603 24.1 PCF8574 - PORT-EXPANDER . 603 24.1.1 ENDSTUFE EINES I/O-PINS . 604 24.1.2 AUSGANG-PORT-MODUS . 605 24.1.3 EINGANG-PORT-MODUS . 607 24.1.4 INTERRUPT-MODUS . 608 24.1.5 PCA9534 . 608 24.2 MCP4 1X1 DIGITALE REGEL WIDERSTAENDE . 609 24.2.1 POWER-ON-/BROWN-OUT-RESET-SCHALTUNG . 610 24.2.2 ELEKTRISCHER WIDERSTAND . 611 24.2.3 POTENTIOMETER-REGISTER . 611 24.2.4 ANSTEUERFUNKTIONEN DES BAUSTEINS MCP41 51 . 614 24.2.5 SPI-KOMMUNIKATION. 614 24.2.6 SOFTWAREBEISPIEL . 616 XX INHALTSVERZEICHNIS 24.3 MAX31629 -REAL TIME CLOCK (RTC) . 618 24.3.1 ZEITMESSUNG . 618 24.3.2 ALARMZEIT . 621 24.3.3 TEMPERATURMESSUNG . 622 24.3.4 THERMOSTAT MIT ALARMFUNKTION . 623 24.3.5 I 2 C-KOMMUNIKATION . 625 LITERATUR . 627 25 ANZEIGEN . 629 25.1 EINFUEHRUNG . 630 25.1.1 DISPLAYLAYOUT . 630 25.1.2 EMISSIVE UND NICHT EMISSIVE ANZEIGEN . 630 25.1.3 BILDAUFBAU . 634 25.1.4 DISPLAY ANSTEUERUNG . 635 25.2 PUNKTMATRIX-LCD-DISPLAY MIT PARALLELER ANSTEUERUNG . 635 25.2.1 STRUKTUR EINES DISPLAYS MIT EINEM KS0070B-CONTROLLER . 635 25.2.2 BEFEHLSSATZ . 637 25.2.3 4-BIT-KOMMUNIKATION . 639 25.2.4 GENERIERUNG EINES NEUEN ZEICHENS . 640 25.2.5 AUSFUEHREN DER DISPLAY-BEFEHLE OHNE BLOCKIERENDES WARTEN . 642 25.3 SERIELLE ANSTEUERUNG EINES PARALLELEN LC-DISPLAYS . 645 25.3.1 DISPLAY-ANSTEUERUNG UEBER I 2 C . 646 25.3.2 SOFTWARE-BEISPIEL: UEBERTRAGUNG EINES DATENBYTES . 646 25.4 DOGS 102-6 - GRAPHISCHES DISPLAY MIT SERIELLER ANSTEUERUNG . 649 25.4.1 STRUKTUR DES GRAPHISCHEN DISPLAYS DOGS 102-6 . 650 25.4.2 SPI-KOMMUNIKATION . 651 25.4.3 BEFEHLSSATZ . 653 25.4.4 GENERIERUNG EINES ZEICHENS . 657 LITERATUR . 659 26 BEISPIELPROJEKTE . 661 26.1 DATENLOGGER . 661 26.1.1 AUFBAU DER MODELLRAKETE . 661 26.1.2 BESCHREIBUNGDESPROJEKTS . 663 26.1.3 BESCHREIBUNG DER SOFTWARE . 665 26.1.4 AUSWERTUNG . 667 26.2 SMART HOME MIT CAN . 668 26.2.1 AUFBAU . 669 LITERATUR . 673 STICHWORTVERZEICHNIS . 675
adam_txt	1 EINLEITUNG . 1 1.1 WAS FINDEN SIE IN DIESEM BUCH? . 1 1.2 FUER WEN IST DIESES BUCH GESCHRIEBEN? . 3 1.3 WELCHE KENNTNISSE SETZT DAS BUCH VORAUS? . 4 1.4 WARUM BESCHREIBT DAS BUCH KEINEN ARDUINO? . 4 1.5 ZUSATZMATERIALIEN . 4 1.6 DISCLAIMER/HAFTUNGSAUSSCHLUSS . 4 1.7 DANK . 5 LITERATUR . 5 2 EINFUEHRUNG IN DIE PROGRAMMIERSPRACHE C . 7 2.1 DIE SPRACHE C: HINTERGRUND UND AUFBAU . 7 2.2 BEZEICHNER, SCHLUESSELWORTE UND SYMBOLE IN C . 10 2.2.1 BEZEICHNER . 10 2.2.2 SCHLUESSELWORTE . 10 2.2.3 SYMBOLE . 11 2.2.4 ANWEISUNGEN . 11 2.3 KOMMENTARE . 12 2.3.1 EINZEILIGER KOMMENTAR . 12 2.3.2 MEHRZEILIGER KOMMENTAR . 12 2.3.3 DOXYGEN-KOMMENTARE . 12 2.4 TYPEN, VARIABLEN UND KONSTANTEN . 13 2.4.1 FUNDAMENTALE DATENTYPEN . 15 2.4.2 DEKLARATION VON VARIABLEN . 17 2.4.3 KONSTANTEN . 18 2.5 OPERATOREN . 20 2.5.1 ARITHMETISCHE OPERATOREN . 20 2.5.2 LOGISCHE OPERATOREN . 21 2.5.3 BITOPERATOREN . 21 2.5.4 OPERATOREN FUER SPEICHERZUGRIFFE. 21 XI XII INHALTSVERZEICHNIS 2.5.5 WEITERE OPERATOREN . 22 2.5.6 ASSOZIATIVITAET UND PRIORITAET VON OPERATOREN . 22 2.5.7 TYPUNIWANDLUNG. 23 2.6 KONTROLLSTRUKTUREN . 25 2.6.1 VERZWEIGUNG (AUSWAHL) . 25 2.6.2 FALLSTRICKE . 27 2.6.3 MEHRFACHVERZWEIGUNG . 27 2.7 SCHLEIFEN . 29 2.7.1 KOPFGESTEUERTE SCHLEIFEN . 29 2.7.2 FUSSGESTEUERTE SCHLEIFEN . 30 2.7.3 ZAEHLSCHLEIFEN . 30 2.7.4 SPRUENGE . 31 2.8 FUNKTIONEN . 32 2.8.1 INTMAIN() . 32 2.8.2 DEFINITION UND DEKLARATION . 33 2.8.3 SICHTBARKEIT UND LEBENSDAUER VON VARIABLEN IN FUNKTIONEN . 35 2.8.4 HEADER . 36 2.8.5 DIE SCHLUESSELWORTE EXTERN, VOLATILE UND STATIC . 37 2.9 KOMPLEXE DATENTYPEN . 40 2.9.1 ARRAYS, FELDER UND ZEICHENKETTEN . 40 2.9.2 STRUKTUR . 44 2.9.3 UNIONS . 47 2.9.4 AUFZAEHLUNGSTYPEN . 49 2.9.5 POINTER . 50 2.10 AUFBAU EINES EMBEDDED-C-PROGRAMMS . 54 2.11 ARBEITEN MIT DEM PRAECOMPILER . 56 2.11.1 #DEFINE UND ARBEITEN MIT MAKROS . 56 2.11.2 #PRAGMA . 58 2.11.3 ZUSAMMENFASSUNG DER PRAECOMPILER-BEFEHLE . 59 2.12 UEBERSETZEN UND BINDEN . 59 LITERATUR . 61 3 PROGRAMMIERUNG VON AVR MIKROCONTROLLERN . 63 3.1 ARCHITEKTUR DER AVR-FAMILIE . 64 3.2 GEHAEUSE UND ANSCHLUSSBELEGUNGEN . 67 3.3 VERSORGUNG, TAKT UND RESET-LOGIK . 67 3.3.1 VERSORGUNG . 67 3.3.2 TAKT . 67 3.3.3 RESET-LOGIK . 70 3.3.4 SPEICHER . 70 3.4 UMGANG MIT REGISTERN . 72 3.5 DIGITALER INPUT/OUTPUT . 75 INHALTSVERZEICHNIS XIII 3.5.1 GRUNDSAETZLICHER AUFBAU . 75 3.5.2 PROGRAMMIERUNG . 78 3.6 INTERRUPTS . 81 3.6.1 EINSTIEG IN DEN UMGANG MIT INTERRUPTS . 82 3.6.2 INTERRUPT-PROGRAMMIERUNG AM BEISPIEL DES PIN CHANGE INTERRUPT . 82 3.6.3 DIE EXTERNEN INTERRUPTS INTX . 86 3.7 TIMER . 87 3.7.1 TIMER-GRUNDLAGEN . 87 3.7.2 PROGRAMMIERUNG DER TIMER/COUNTER . 89 3.8 ANALOGE SCHNITTSTELLE . 108 3.8.1 ANALOGMULTIPLEXER . 108 3.8.2 ANALOGKOMPARATOR . 109 3.8.3 AD-WANDLER (ADC) . 110 3.8.4 BEISPIEL: THERMOMETER . 117 3.8.5 BEISPIEL: EFFEKTIVWERTMESSUNG AN EINER SINUSSPANNUNG . 119 3.9 POWER MANAGEMENT . 120 3.10 INTERNES EEPROM . 123 3.10.1 DEKLARATION EINER VARIABLEN IM EEPROM . 123 3.10.2 LESEN AUS DEM EEPROM . 123 3.10.3 SCHREIBEN INS EEPROM . 124 3.11 DYNAMISCHE SPEICHERNUTZUNG . 125 3.12 VERLAGERUNG VON DATEN IN DEN PROGRAMMSPEICHER . 127 LITERATUR . 128 4 SOFTWARE FRAMEWORK . 129 4.1 SICHTEN . 130 4.2 HARDWARE-ABSTRAKTION . 131 4.3 MODULARISIERUNG UND ZUGRIFF AUF MODULE . 132 4.4 ZEITSTEUERUNG . 134 LITERATUR . 138 5 SPEICHERKONZEPTE UND ALGORITHMEN . 139 5.1 WICHTIGE SPEICHERKONZEPTE . 139 5.1.1 WARTENSCHLANGEN UND RINGPUFFER (FIFO) . 140 5.1.2 WARTESCHLANGE MIT DYNAMISCHEN DATENSTRUKTUREN . 143 5.1.3 MEHRERE WARTESCHLANGEN IN EINEM PROGRAMM . 145 5.1.4 MEHRERE WARTESCHLANGEN MIT UNTERSCHIEDLICHEN TYPEN . 147 5.2 ZUSTANDSAUTOMATEN (STATEMACHINE) . 149 5.2.1 ALLGEMEINE BETRACHTUNG . 149 5.2.2 BESCHREIBUNG VON ZUSTANDSAUTOMATEN . 151 5.2.3 UMSETZUNG VON ZUSTANDSAUTOMATEN AUF MIKROCONTROLLERN . 154 LITERATUR . 157 XIV INHALTSVERZEICHNIS 6 THEORETISCHE UEBERLEGUNGEN ZU LOT NETZWERKEN . 159 6.1 DAS ISO/OSI SCHICHTENMODELL . 160 6.1.1 SCHICHT 1: PHYSIKALISCHE BITUEBERTRAGUNG . 162 6.1.2 SCHICHT 2: SICHERUNGSSCHICHT . 173 6.1.3 SCHICHT 3: VERMITTLUNGSSCHICHT. 183 6.1.4 SCHICHT 4: TRANSPORTSCHICHT . 186 6.1.5 ANWENDUNGSPROTOKOLLE FUER LOT NETZWERKE . 188 6.2 ANFORDERUNGEN AN LOT NETZWERKE . 190 LITERATUR . 193 7 ASYNCHRONE SERIELLE SCHNITTSTELLEN . 195 7.1 UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER/TRANSMITTER (UART) . 195 7.1.1 HARDWAREANBINDUNG IN DER AVR-FAMILIE. 197 7.1.2 UART-REGISTER BEIM ATMEGA 88 . 198 7.1.3 INITIALISIEREN DER UART SCHNITTSTELLE BEIM ATMEGA88 . 200 7.1.4 EMPFANGEN VON DATEN . 201 7.1.5 SENDEN VON DATEN . 203 7.1.6 IMPLEMENTIERUNG VON UARTWRITEBUFFER() . 203 7.1.7 UART-MULTIPROZESSOR-MODUS . 204 7.2 ANBINDUNG DER SERIELLEN SCHNITTSTELLE AN USB . 211 7.3 EIN EINFACHES SERIELLES PROTOKOLL . 211 7.3.1 HERSTELLUNG VON CODETRANSPARENZ DURCH BYTESTUFFING . 216 LITERATUR . 218 8 SERIAL PERIPHERAL INTERFACE (SPI) . 219 8.1 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE . 219 8.2 KONFIGURATION DER SPI-SCHNITTSTELLE . 221 8.3 SPI-SCHNITTSTELLE IM SLAVEBETRIEB . 225 8.4 SPI-SCHNITTSTELLE IN EINEM SENSORNETZWERK . 228 8.5 3-WIRE-SPI-KOMMUNIKATION . 233 8.6 SPI-MASTER UEBER USART . 235 LITERATUR . 239 9 DIE I 2 C/TWI-SCHNITTSTELLE . 241 9.1 I 2 C-BUS-KONFIGURATION . 243 9.2 BUS-ERWEITERUNG . 245 9.2.1 I 2 C-REPEATER . 246 9.2.2 I 2 C-HUB . 246 9.2.3 I 2 C-MULTIPLEXER . 246 9.2.4 I 2 C-SWITCH . 247 9.3 TWI IN DER AVR-FAMILIE . 247 9.3.1 TWI-REGISTER BEIM ATMEGA 88 . 248 9.3.2 INITIALISIEREN DER TWLSCHNITTSTELLE . 249 INHALTSVERZEICHNIS XV 9.3.3 TWI-KOMMUNIKATION . 251 9.3.4 DER MIKROCONTROLLER ATMEGA ALS TWI-MASTER . 251 9.3.5 DER MIKROCONTROLLER ATMEGA ALS TWI-SLAVE . 257 LITERATUR . 261 10 CAN BUS . 263 10.1 CAN-GRUNDLAGEN KOMPAKT . 264 10.2 CAN-TIMING . 266 10.3 NUTZUNG VON CAN MIT PROZESSOREN DER AVR-FAMILIE. 267 10.3.1 C AN-CONTROLLER MCP25 15 . 268 10.3.2 AT90CANXX . 274 10.3.3 IMPLEMENTIERUNG MIT DER CAN-BIBLIOTHEK DES ROBOTERCLUB AACHEN . 278 10.4 CAN-TRANSPORTPROTOKOLL . 281 10.5 CANOPEN IN DER INDUSTRIESTEUERUNGSTECHNIK . 284 LITERATUR . 285 11 DERMODBUS . 287 11.1 TIA/EIA-485 ALS BITUEBERTRAGUNGSSCHICHT FUER MODBUS . 288 11.2 MODBUS-KOMMUNIKATION . 290 11.2.1 REMOTE-TERMINAL-UNIT-UEBERTRAGUNG . 290 11.2.2 ASCII-UEBERTRAGUNG . 293 LITERATUR . 296 12 EINDRAHTBUSSYSTEME . 297 12.1 L-WIRE-BUS . 298 12.1.1 NETZWERKTOPOLOGIE . 298 12.1.2 INITIALISIERUNG DES BUSSES . 300 12.1.3 1-WIRE-BITUEBERTRAGUNG . 301 12.1.4 KOMMUNIKATIONSSITZUNG. 303 12.1.5 SOFTWAREAUFBAU DER 1-WIRE-BUSKOMMUNIKATION . 307 12.1.6 ANSTEUERUNG EINES 1 -WIRE-TEMPERATURSENSORS VOM TYP DS18B20 . 309 12.2 UNI/O -BUS . 312 12.2.1 NETZWERKTOPOLOGIE . 312 12.2.2 BITCODIERUNG . 313 12.2.3 UNI/O-PULSRAHMEN . 313 12.2.4 KOMMUNIKATIONSSITZUNG. 313 12.2.5 SOFTWAREAUFBAU EINER UNI/O-BUSKOMMUNIKATION. 315 12.2.6 ANSTEUERUNG EINES 11 XXYYZ-EEPROM . 319 12.3 LIN-BUS . 326 LITERATUR . 331 XVI INHALTSVERZEICHNIS 13 DRAHTLOSE NETZWERKE . 333 13.1 GRUNDLAGEN DER FUNKSCHNITTSTELLEN . 334 13.1.1 MULTIPLEX VERFAHREN . 334 13.1.2 SENSORKNOTEN . 335 13.2 FUNKUEBERTRAGUNG IM 433 MHZ UND 868 MHZ ISM-BAND . 337 13.2.1 AUFBAU DES RFM12B . 337 13.2.2 BESCHALTUNG DES RFM12-FUNKMODULS . 338 13.2.3 DIE SPI-KOMMUNIKATION . 339 13.2.4 DER BEFEHLSSATZ . 340 13.2.5 DAS STATUSREGISTER . 345 13.2.6 INITIALISIERUNG DES TRANSCEIVERS . 346 13.2.7 DATEN SENDEN . 348 13.2.8 LESEN DER EMPFANGENEN DATEN . 350 13.3 FUNKPROTOKOLLE IM 2,4-GHZ-ISM-BAND . 351 13.3.1 BLUETOOTH . 351 13.3.2 ZIGBEE . 357 13.4 BLUETOOTH KOMMUNIKATION MIT DEM SERIAL PROFILE . 361 13.4.1 BETRIEBSMODI . 362 13.4.2 BEFEHLSSATZ . 362 13.4.3 INITIALISIERUNG DES FUNKMODULS . 363 LITERATUR . 365 14 SENSORTECHNIK SYSTEMTECHNISCHE UEBERLEGUNGEN . 367 14.1 ABTASTUNG . 368 14.2 QUANTISIERUNG . 371 14.3 DIGITALE FILTERUNG . 373 14.3.1 FINITE-IMPULSE-RESPONSE-FILTER (FIR) . 373 14.3.2 INFINITE-IMPULSE-RESPONSE-FILTER (IIR) . 376 14.3.3 FILTERUNG AM BEISPIEL EINES FIR-FILTERS . 377 14.4 I/O-STEUERLOGIK . 378 14.5 ABSTRAKTION DER I/O-PINS . 379 14.6 GANZZAHLARITHMETIK . 380 14.6.1 MIKROCONTROLLERINTERNE ZAHLENFORMATE . 380 14.6.2 VORZEICHENLOSE GANZZAHLTYPEN . 382 14.6.3 VORZEICHENBEHAFTETE GANZZAHLTYPEN . 383 14.6.4 ERKENNUNG UND VERHINDERUNG EINES UEBERLAUFS . 384 LITERATUR . 385 15 UMWELTSENSOREN . 387 15.1 MPL31 15 DIGITALER LUFTDRUCKSENSOR . 387 15.1.1 FUNKTIONSWEISE . 388 15.1.2 AUFBAU DES MPL31 15 . 390 15.1.3 SERIELLE KOMMUNIKATION . 397 INHALTSVERZEICHNIS XVII 15.1.4 POWER-MODI . 397 15.1.5 MESS-UND LESEMODI . 398 15.1.6 INITIALISIERUNG DES MPL3 11 5-SENSORS . 399 15.2 LUFTFEUCHTIGKEIT SI7021 . 399 15.2.1 AUFBAU DES SI702 1 . 400 15.2.2 SERIELLE KOMMUNIKATION . 402 15.2.3 BERECHNUNG DER TEMPERATUR UND DER RELATIVEN LUFTFEUCHTIGKEIT . 406 15.2.4 TESTBARKEIT . 408 15.3 TEMPERATURMESSUNG MIT DEM TMP75 . 409 15.3.1 SENSORKONFIGURIERUNG . 410 15.3.2 SERIELLE SCHNITTSTELLE . 411 15.3.3 TEMPERATURMESSUNG . 413 15.3.4 THERMOSTATFUNKTION . 414 15.4 FEINSTAUBSENSOR SDSO 11 . 418 15.4.1 MESSPRINZIP . 419 15.4.2 ANSTEUERUNG UND SERIELLE KOMMUNIKATION . 420 LITERATUR . 424 16 BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN . 427 16.1 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25.2 PUNKTMATRIX-LCD-DISPLAY MIT PARALLELER ANSTEUERUNG . 635 25.2.1 STRUKTUR EINES DISPLAYS MIT EINEM KS0070B-CONTROLLER . 635 25.2.2 BEFEHLSSATZ . 637 25.2.3 4-BIT-KOMMUNIKATION . 639 25.2.4 GENERIERUNG EINES NEUEN ZEICHENS . 640 25.2.5 AUSFUEHREN DER DISPLAY-BEFEHLE OHNE BLOCKIERENDES WARTEN . 642 25.3 SERIELLE ANSTEUERUNG EINES PARALLELEN LC-DISPLAYS . 645 25.3.1 DISPLAY-ANSTEUERUNG UEBER I 2 C . 646 25.3.2 SOFTWARE-BEISPIEL: UEBERTRAGUNG EINES DATENBYTES . 646 25.4 DOGS 102-6 - GRAPHISCHES DISPLAY MIT SERIELLER ANSTEUERUNG . 649 25.4.1 STRUKTUR DES GRAPHISCHEN DISPLAYS DOGS 102-6 . 650 25.4.2 SPI-KOMMUNIKATION . 651 25.4.3 BEFEHLSSATZ . 653 25.4.4 GENERIERUNG EINES ZEICHENS . 657 LITERATUR . 659 26 BEISPIELPROJEKTE . 661 26.1 DATENLOGGER . 661 26.1.1 AUFBAU DER MODELLRAKETE . 661 26.1.2 BESCHREIBUNGDESPROJEKTS . 663 26.1.3 BESCHREIBUNG DER SOFTWARE . 665 26.1.4 AUSWERTUNG . 667 26.2 SMART HOME MIT CAN . 668 26.2.1 AUFBAU . 669 LITERATUR . 673 STICHWORTVERZEICHNIS . 675
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