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Über dieses Buch

Das Buch bildet eine wichtige Grundlage für das Verständnis des Internet of Things, indem es einen Einblick in gängige Vernetzungsprotokolle aus der Mikrocontrollerwelt bietet und wichtige Sensoren und andere Bausteine, sowie deren Einsatz und Programmierung vorstellt. Alle gezeigten Konzepte werden durch praktische Schaltungs- und Programmierbeispiele aus den langjährigen Erfahrungen der Autoren illustriert. Daneben stehen den Lesern offene Bibliotheken für die Ansteuerung der im Buch präsentierten Bauteile auf der Verlagshomepage zum Herunterladen bereit.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Was ist in diesem Buch zu finden? Ist es das Richtige für Ihr Problem? Lesen Sie dazu Kap. 1!
Ansgar Meroth, Petre Sora

2. Einführung in die Programmiersprache C

In diesem Kapitel wird ein kurzer Überblick über die Programmiersprache C gegeben. Das Kapitel ist bewusst stichwortartig gehalten und ersetzt für Programmieranfänger nicht das Studium eines C‐Kurses. Vielmehr dient als Nachschlagehilfe. Zunächst werden Schlüsselworte und Symbole in C mit dem jeweiligen Verweis auf die entsprechenden Erklärungen aufgelistet, anschließend werden die Grundkonzepte: Variablen und Konstanten, Schleifen, Verzweigungen und Funktionen, komplexe Datentypen und Pointer erklärt und am Ende der Grundaufbau eines C‐Programms beschrieben. Diese Einführung verzichtet bewusst auf eine vollständige Darstellung der Sprache, beispielsweise finden Sie hier keine Syntaxdiagramme. Dafür sei auf die einschlägige Literatur verwiesen. Stattdessen finden sich hier Tipps für den richtigen Umgang mit der Sprache C im Zielsystem AVR‐Mikrocontroller.
Ansgar Meroth, Petre Sora

3. Programmierung von AVR Mikrocontrollern

In diesem Kapitel wird der Aufbau der wichtigsten Peripherieelemente der AVR‐Familie besprochen, deren Mechanismen natürlich auch auf andere Prozessoren übertragbar sind. Dabei lernen Sie die grundsätzlichen Funktionen kennen, mit denen ein Mikrocontroller der AVR‐Familie mit der Außenwelt kommuniziert und wie sich die Abläufe mit Timern steuern lassen. Außerdem wird auf die Funktion und Verwendung von Interrupts eingegangen. Am Ende des Kapitels sind Sie in der Lage, einfache, digitale I/O Anschlüsse einzulesen und zu schalten, analoge Sensoren auszulesen, das interne EEPROM zu beschreiben und einen Motor mit einer Vollbrücke anzusteuern. Auch das Powermanagement wird kurz besprochen. Alle Beispiele in diesem und den folgenden Kapiteln sind getestet und mit dem AtmelStudio (Version 6 und höher) kompiliert worden.
Ansgar Meroth, Petre Sora

4. Softwarearchitektur, Konzepte und Codierung

Nach dem Studium von Kap. 3 sollten Sie in der Lage sein, wichtige Funktionen des AVR Mikrocontrollers zu verstehen und zu bedienen. In Kap. 4 geht es nun darum, den Code zu organisieren und mit dem Ziel der Lesbarkeit und Wiederverwendbarkeit zu modularisieren. Außerdem werden zwei wichtige Mechanismen eingeführt, die in der Welt der „embedded Systems“ immer wieder benötigt werden, namentlich die Warteschlange (FIFO) und der Zustandsautomat. Daneben enthält das Kapitel einige Betrachtungen zur Zeitsteuerung der Software, mithin ein einfaches Multitasking‐Schema.
Ansgar Meroth, Petre Sora

5. Kommunikationsschnittstellen

Dieses Kapitel öffnet das Fenster des Mikrocontrollers zur Außenwelt. Bewusst wurde in den vorhergehenden Kapiteln die Kommunikation ausgespart. Nun ist es jedoch an der Zeit, die seriellen Schnittstellen der AVR‐Familie vorzustellen und anschließend auf wichtige Netzwerktypen einzugehen, die über diese Schnittstellen angesprochen werden können. Mithin verwenden alle später vorgestellten Peripheriebausteine eine dieser Schnittstellen. Hierzu sind jedoch einige Vorbetrachtungen notwendig (Abschn. 5.1) bevor die „Klassiker“ UART, SPI und I2C beschrieben werden (Abschn. 5.2). Anschließend sind zwei in der Automatisierungstechnik wichtige Bussysteme an der Reihe: Das aus dem Automobilbau stammende CAN‐Netzwerk und der im Fabrikumfeld genutzte MODBUS. Der letzte Abschnitt widmet sich dann in aller Kürze einigen wichtigen Funkstandards, für deren Implementierung sei auf die Literatur verwiesen.
Ansgar Meroth, Petre Sora

6. Sensortechnik

In den vorangegangenen Kapiteln konnten Sie sich mit der Verwendung der AVR‐Controller vertraut machen. Das vorliegende Kapitel ist nun das „Herzstück“ des Buches: Hier werden verschiedene Sensoren und ihre Verwendung vorgestellt, darunter ein Gyroskop, ein digitaler Luftdruck/Höhensensor, ein Luftfeuchtesensor, der auch die Temperatur misst, ein Magnetfeldsensor, Beschleunigungssensoren, Näherungssensoren, Stromsensoren und ein Thermometer. Programmbeispiele und Beschaltungshinweise sollen Ihnen helfen, Ihre eigenen Projekte zu realisieren, aber mehr noch, auch andere Sensoren, die nicht in diesem Buch beschrieben sind, mit den vorgestellten Tipps und Tricks auf ähnliche Weise einzubinden.
Ansgar Meroth, Petre Sora

7. Vernetzbare integrierte Schaltkreise

Oftmals reichen die auf einem Chip vorhandenen Ressourcen für eine komplexere Schaltung nicht aus. Dies gilt insbesondere für Flash‑ und EPROM‐Speicher und für die Genauigkeit integrierter DA‐Wandler. Das Kapitel stellt wichtige Bausteine vor, die hier über serielle Schnittstellen Abhilfe schaffen. Zum Aufbau spezieller Schaltungen, zum Beispiel analoger Regler, sind digitale Regelwiderstände nötig. Weiterhin macht es bisweilen Sinn, über eine unabhängige Uhr zu verfügen. Auf beides wird in der Folge eingegangen. Schließlich wird mit der Beschreibung der Anbindung eines Radio‐IC eine weitere interessante Anwendung vorgestellt.
Ansgar Meroth, Petre Sora

8. Anzeigen

Die Mensch‐Maschine‐Schnittstelle ist in eingebetteten Systemen nicht immer sichtbar oder notwendig. Dennoch gibt es immer wieder Fälle, in denen der Systemzustand visualisiert werden muss. Das Kapitel gibt deshalb eine Einführung in die Anzeigetechnik und stellt eine Familie von graphischen und textuellen Displays vor, die sich ohne Aufwand in die Umgebung eines AVR‐Controllers integrieren lassen.
Ansgar Meroth, Petre Sora

9. Beispielprojekt: Datenlogger

In diesem Kapitel wird ein einfacher Datenlogger vorgestellt, der im Modellflug oder bei der Transportsicherung verwendet werden kann. In der vorgestellten Ausführung schreibt der Datenlogger die Beschleunigung in zwei Achsen, den Luftdruck und die Temperatur, sowie daraus abgeleitet die barometrische Höhe in einen Flash‐Speicher und liest diese über einen Mini‐USB‐Anschluss mit einem virtuellen seriellen Port wieder aus. Im vorliegenden Projekt wurde er für die Messung der Flugeigenschaften von Modellraketen eingesetzt.
Ansgar Meroth, Petre Sora

Backmatter

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