Kleine Einführung in die Mikrocontrollertechnik

Eine „kleine Einführung“ geht zwangsläufig nicht ins Detail und erhebt keinerlei Ansprüche auf Allgemeingültigkeit und enzyklopädischen Charakter. Diese Einführung behandelt zunächst vornehmlich Themen des Arduino UNO / NANO / MEGA und ergänzend Aspekte des deutlich moderneren und leistungsfähigeren ESP32.

Für die Bevorzugung des Arduino stehen

  • hervorragende Bibliotheken
  • freie Literatur
  • hoher Reifegrad
  • Robustheit
  • Gleichartigkeit der „kompatiblen“ Boards
  • NANO-Typen passen einfach in jedes Steckbrett

Die Vorteile des ESP32-Designs liegen in

  • der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit
  • besitzt 2 Kerne
  • RTC
  • zahlreiche Ausgänge lassen sich umdefinieren
  • großer Speicher, RAM, EEPROM …
  • mehrere serielle Schnittstellen, SPI und I²C …
  • geringer Energieverbrauch
  • WLAN
  • Bluetooth
  • interner Temperatursensor und Hallsensor vorhanden
  • Touch-Funktion für etliche Eingänge
  • Analog/Digital-Wandler mit 12 Bit Auflösung

Gemeinsame Vorteile sind

  • die Arduino IDE kann gleichartig für beide Systeme verwendet werden
  • viele Bibliotheken sind adaptierbar oder gleichartig für beide Prozessoren vorhanden

Was liegt näher, als mit dem einfacher zu handhabenden Prozessor zu beginnen und später beide gemeinsam zu nutzen, denn „Kommunikation“ ist die Luft, die alle Mikroprozessoren atmen. So einfach Hybridprojekte auf den ersten Blick erscheinen, so kapriziös können sie sich auf den zweiten Blick darstellen. Während die Arduino-Systeme auf 5 V-Basis arbeiten, prozessiert der ESP32 auf 3,3 V.

Es wurde schon viel für Interessierte und Entwickelnde der beiden Welten getan. Anfängeraspekte gelten grundsätzlich für beide Systeme. Am Ende diesere Seite darum eine kleine Linkliste. Natürlich enthalten auch die weiteren Seiten Verweise (Links) auf jeweils spezifische Hilfen, Bibliotheken, Projekte.

Womit anfangen? Einem Prozessor ohne Peripherie fehlt Wesentliches. Der Markt bietet zahlreiche Zusammenstellungen für Beginnende. Für die hier vorgestellten Projekte wurde der „Elegoo UNO R3 The Most Complete Starter Kit“ verwendet. Für den es ein umfangreiches Handbuch gibt, auf das immerwieder verwíesen wird. Die Webseite des Herstellers enthält aktualierte Hadnbücher, Bibliothek und „Sketches“. Ähnliche Kits bieten auch Funduino zum Beispiel als XXL-Lernsets mit entsprechendem Umfang an. Auch auf die Funduino-Webseite enthält ein wunderbare Hilfstexte und Beispielprojekte für den Einstieg. Der Inhalt der großen Lernsets enthält diverse Sensoren und Aktoren, sodass der Erwerb eines 37-Sensor-Kits zunächst hintan gestellt werden kann.

Einzelne Bauteile werden in spezifischen Projekten benötigt, die nicht in den Lernsets enthalten sind. Hierzu zählen spezielle Transistoren und Sensoren, die beispielsweise in Projekten zur Mess- und Regelungstechnik benötigt werden. Dort werden diese Bauteile und Beispielprogramme genau erklärt und für weitere Information auf weiterführende Webseiten verwiesen.

Voraussetzung für Spaß und flotten Lernfortschritt sind Grundkenntnisse der Gleichstrom-Elektrotechnik. Der Kurs wird schrittweise ausgerollt und enthält Übungen und Quizze zur Selbstkontrolle in einzelnen Abschnitten. Die folgend dargestellten Inhaltspunkte werden im laufenden Entstehungsprozess vermutlich zum Teil umgruppiert und umbenannt. Auf jeden Fall werden sie um zahlreiche Punkte ergänzt.

Inhalte

  1. Prolog (Anforderungen an Mikroprozessorsteuerungen)
  2. Datenpin als Ausgang
    1. Eine LED mittels Digitalpin ein- und ausschalten
    2. Belastbarkeit digitaler Ausgänge
    3. Berechnung des Vorwiderstands
    4. Blink-Programm mit „Delay“
    5. Blink-Programm ohne „Delay“
    6. Schrittmotorsteuerung ohne „Delay“
    7. Schrittmotorbibliotheken
  3. Datenpin als Eingang
    1. Belastbarkeit digitaler Eingänge
    2. Eingangssignale an unbeschalteten (Analog-)Eingängen
    3. Logische Potenziale
    4. Verwendung von internen und externen Pullup- oder Pulldown-Widerständen (inklusive Erklärung als Spannungsteiler)
    5. Der Taster, Aufbau als Sensor mit Schwächen
    6. Entprellen von Tasten mittels Kapazität
    7. Softwareseitiges Entprellen (mit „Delay“ und ohne „Delay“)
    8. Der Ereignis-Schwund beim Ereignis-Zählen mit „Delay“

Verweise auf weitere / alternative Quellen:

Arduino.cc die „Mutterseite“ der Entwicklungsumgebung des Arduino, Quelle zahlreicher Tutorials und Referenzen, definitive Bezugsseite für relevante Information zum Design der Arduino-Familie.

Espressif, Heimat des ESP32, Quelle aller relevanten Informationen zum ESP32, ESP32-eigene Entwicklungsumgebung, Datenblätter und vieles mehr.

Github-Seite zum ESP32 Diese Seite enthält eine Anleitung zur Installation des ESP32-Supports in der Arduino-Entwicklungsumgebung.

Netzmafia Sammlung vieler Skripten rund um die Informationstechnik. Arduino-Einführung, Softwaresicherheit

Funduino – Kits und Anleitungen für den Arduino, aber auch für Projektentsprechungen auf Basis des ESP32

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