Leerzeichen - Mikrocontroller - Ein Leitfaden für Anfänger - Einführung
Bei Mikrocontrollern ist es generell gut zu wissen, dass diese kleinen Chips überall zu finden sind. Man findet sie in Mikrowellen, neuen Geräten, Automobilen, Fernsehern usw. Diese Mikrocontroller steuern und erfassen die umgebende Elektronik und Umgebung. Zum Beispiel können Mikrocontroller Ausgaben an ein Display, einen Motor, LEDs usw. liefern und die Umgebung erfassen, z. B. Neigung mit einem Beschleunigungsmesser, Licht, Winkelgeschwindigkeit mit einem MEMS-Gyroskop (mikroelektromechanisches System), Schall, Encoder für Bewegungen, Temperatur und Tasten- oder Tastatureingaben.
Um Ihnen ein grundlegendes Verständnis des Mikrocontrollers zu vermitteln, wird der AVR Atmega32 Mikrocontroller als Computer auf einem Chip betrachtet. Der Mikrocontroller kann eine Reihe von Anweisungen in Form eines Programms ausführen. Die Programmiersprache, die ich für diese Projekte verwenden werde, ist C++. Um den Benutzern dieser Website die beste Möglichkeit zum Lernen zu bieten, werden die C++-Programme sehr detailliert erklärt.
Das wirklich Coole an Mikrocontrollern ist, dass man die Kontrolle über alle Pins hat. Für Anfänger kann dies ein schwer zu verstehendes Konzept sein, besonders wenn man keine Erfahrung mit Elektronik hat. Keine Sorge, ich werde Sie durch jedes kleine Detail führen. Jeder Pin hat eine spezielle Zuweisung oder kann als Eingangs- oder Ausgangsfunktion verwendet werden, mit ein paar Ausnahmen, den Stromversorgungs-Pins.
Auf der linken Seite des Chips, von oben betrachtet und das kleine Dreieck befindet sich oben links, befinden sich 20 Pins (dies ist ein 40-Pin-Mikrocontroller). Die ersten, die oben links beginnen, sind die PB0-7-Pins. Das sind insgesamt 8 Pins, da der Index dieser Pins und fast alles im Programm mit einem Index bei 0 beginnt. Diese Pins werden "Port B" genannt und es gibt 3 weitere Ports, die von A bis D bezeichnet sind. Diese Ports können so eingestellt werden, dass sie Informationen empfangen und werden als INPUT bezeichnet, und sie können so eingestellt werden, dass sie in irgendeiner Form Spannung abgeben, was als OUTPUT bezeichnet wird. Allgemeine Stromversorgungs-Pins zur Stromversorgung des Chips werden VCC und GND genannt. Alle bis auf einen Pin von Port D (PD0-6) befinden sich ebenfalls auf der linken Seite (unterer Bereich). PD7 (Pin 7 von Port D) befindet sich ganz allein am rechten Rand des Mikrocontrollers.
Auf der rechten Seite, und dem Ende von Port D, wurde Port C von der unteren Ecke nach oben fortgesetzt. Von dort aus geht es mit meinen Lieblings-Pins weiter, den Analog-Digital-Pins. Diese Pins haben die Fähigkeit, die Umgebung mit Hilfe von Komponenten zu erfassen, die diesen Pins eine analoge Spannung zuführen. Machen Sie sich keine Sorgen, wenn Sie Analog oder Digital zu diesem Zeitpunkt nicht verstehen, es wird später ausführlicher erklärt. Diese Analog-Digital-Wandler-Pins bilden Port A.
Ein Beispiel für die Verwendung der Analog-Digital-Wandlung wäre beispielsweise die Erfassung der Temperatur. Sie können eine Komponente, die die Temperatur in eine Spannung umwandelt, einen sogenannten Thermistor, an einen der Port A-Pins anschließen, und der Mikrocontroller wandelt diese Spannung in eine Zahl von 0 bis 255 um (eine 8-Bit-Zahl – eine höhere Auflösung ist mit 10-Bit möglich). Das Programm, das geschrieben und im Mikrocontroller gespeichert wird, kann diese Temperatur nutzen und auf eine bestimmte Weise reagieren. Wenn Sie beispielsweise den Thermistor an einem kochenden Topf haben, kann der Mikrocontroller reagieren und einen Ausgang an einem anderen Pin liefern, der piept oder ein Licht blinken lässt.
Weitere Merkmale dieses und anderer Mikrocontroller, abgesehen von der eigentlichen Programmierung, sind der Programmierspeicher (wo das Programm im Chip gespeichert ist und wie viel Platz Sie haben), der Arbeitsspeicher oder der Platz für Daten und Variablen, die das Programm verwenden wird, und schließlich gibt es einen im Chip eingebauten Taktgeber, der zählt. Das Zählen kann in vielen verschiedenen Geschwindigkeiten erfolgen, abhängig von der Geschwindigkeit des Chips und dem Teiler, der für die Geschwindigkeit ausgewählt wird. Das wird langsam kompliziert, also werde ich zurückrudern. Das Zählen kann in Sekunden, Millisekunden, Mikrosekunden oder was auch immer Sie für das Programm und die Anwendung festlegen, erfolgen.
Da diese Tutorial-Reihe auf Beispielen basiert, werde ich viele Details liefern. Natürlich wäre die Detailgenauigkeit für die Einleitung unmöglich, und wenn Sie sehr abenteuerlustig sind, können Sie sich das Datenblatt und das Handbuch für diesen Mikroprozessor ansehen, aber lassen Sie sich von diesem riesigen Dokument nicht davon abhalten, diese unglaublichste Technologie zu erlernen. Sobald Sie es gelernt haben, gibt es keine Grenzen für die Anwendung, von winzigen Robotern bis hin zu extrem großen architektonischen Wundern, die sich bewegen und spektakuläre Lichteffekte erzeugen, die manchmal mit der Umgebung interagieren.