Programmierung vom Mikrocontrollern

Überblick über die Arduino-Umgebung

Die Arduino-IDE vereinfacht den Beginn der MC-Programmierung deutlich. Man kommt recht schnell zu lauffähigen Programmen. Viele Low-Level-Arbeiten werden abstrahiert. Da ein Verständnis der Low-Level-Funktionalität aber bei bestimmten Problemen erforderlich ist, werden diese Schritt für Schritt im Laufe des Vorlesungsmoduls eingeführt, ohne am Anfang zu einer Überforderung zu führen.

Vorteile

• Arbeiten auf einen höheren Abstraktionslevel als bei einer traditionellen MC-Programmierung
• einheitliche Programmieroberfläche für verschiedene Plattformen
• Abstraktion des Workflows (Compilieren, Linken, Flashen)
• einheitliche Nutzung von Ressourcen bei verschiedenen MC-Boards (Pins, Schnittstellen, etc.)
• Abstraktion von Low-Level-Befehlen (Pins, Serielle Schnittstelle, Interrupts, etc.)
  • Output-Modus:
    • DDRB |= _BV(DDB5); mit Makro “Bit Value”, welches Wertigkeit eines Bits als Bitmaske zurückgibt (1 « n).
    • pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  • Pin setzen:
    • PORTB |= _BV(PORTB5); setzt Bit 5 von Port B auf High
    • digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
• große Anzahl an einsatzfertigen Bibliotheken und Ressourcen
• verschiedene MC-Boards mit angepasstem Bootloader und Programmierung über USB (kein Programmer zwingend notwendig)
• viele Erweiterungsboards für den UNO-Formfaktor verfügbar
• große Entwicklergemeinschaft

Nachteile

• IDE relativ spartanisch (es können aber alternative IDEs genutzt werden)
• Interna werden in manchen Anwendungsfällen zu stark abstrahiert
• für professionelle Entwicklungen eher ungeeignet, eher Proof of Concept

Verständnisfragen

1. Was bedeutet Harvard-Architektur? Wie sind die verwendeten AVRs aufgebaut?
2. Gibt es einen Multiplizierer und eine Gleitkommaverarbeitung im MC?
3. Welche Einheiten sind neben der ALU in dem verwendeten MC vorhanden?
4. Welchen Wert hat die maximale Taktfrequenz des verwendeten MCs?
5. Was bedeutet “Fully Static Operation”?
6. Wieviel Schreibzyklen und welche Zeitspanne des Datenerhalts werden für den internen Flash garantiert?
7. Welche Möglichkeiten der Programmierung gibt es für den verwendeten MC?
8. Was ist ein Bootloader?
9. In welchem Bereich liegt die erlaubte Betriebsspannung?

Aufgaben

1. Konfiguration der Arduino-IDE
   • File –> Preferences –> Show verbose output –> jeweils einschalten
2. Inbetriebnahme des Arduino
   • Prüfen Sie anhand des Schaltplans zum verwendeten Board, ob die Stromversorgung verpolungssicher ist.
3. Programm erstellen, welches pro Sekunde einen aufsteigenden Zahlenwert über die serielle Schnittstelle ausgibt
   • Anzeige der empfangenen Daten über Button Serial Monitor (rechts oben)
4. Ermitteln Sie den Port der eingebauten LED und lassen Sie diese periodisch blinken!

Ressourcen

• Arduino

Konfiguration der Linux-PCs

• Schritte zur Konfiguration der Arduino-IDE im Labor
• UDEV-Rules
• Es besteht auch die Möglichkeit, den Browser als IDE zu nutzen. Dann ist allerdings ein Hilfsprogramm notwendig.

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Letzte Änderung: 26. March 2025 19:33