Moderne Mikrocontroller werden immer leistungsfähiger und können vielfältige Aufgaben übernehmen, für die vor wenigen Jahren noch ein kompletter Computer nötig gewesen wäre. Gerade für die Entwicklung tragbarer Geräte bringt die Prozessorfamilie der MSP430-Mikrocontroller von Texas Instruments alle nötigen Peripheriekomponenten integriert mit, um ohne aufwendige externe Beschaltung komplexe Funktionen einfach zu realisieren. Die RISC-Architektur des Prozessors ist dabei ganz auf Rechengeschwindigkeit, aber gleichzeitig auch auf Energie-Effizienz getrimmt.Dieses Buch eröffnet einen schrittweisen Einstieg in die Welt der Mikrocontrollerprogrammierung und führt mit ausführlichen Anwendungsbeispielen in die Fähigkeiten dieser außergewöhnlichen Prozessorfamilie ein. Jede Komponente des Prozessors wird ausführlich erklärt und deren Funktion in kleinen Beispielprogrammen gleich umgesetzt. Abgerundet wird jedes Kapitel mit einigen Übungsaufgaben. So entsteht neben dem eigentlichen Lerneffekt gleichzeitig eine Referenzbibliothek von Funktionsmodulen, die später in eigenen Anwendungen leicht weiter verwendet werden können.DownloadsDie Listings der im Buch beschriebenen Programmbeispiele (ausschließlich in 'C') und weitere Infos finden Sie hier.
Über 45 Projekte für den legendären 555-Chip (und den 556, 568)
Der 555-Timer-IC, ursprünglich um 1971 von Signetics eingeführt, gehört zweifellos zu den beliebtesten analogen integrierten Schaltkreisen, die je produziert wurden. Ursprünglich als „IC-Zeitmaschine“ bezeichnet, wurde dieser Chip über Jahrzehnte hinweg in zahlreichen zeitgesteuerten Projekten verwendet. Dieses Buch befasst sich mit der Entwicklung von Projekten, die auf dem 555-Timer-IC basieren. Es werden über 45 vollständig getestete und dokumentierte Projekte vorgestellt. Alle Projekte wurden vom Autor selbst getestet, indem sie einzeln auf einem Breadboard aufgebaut wurden. Es sind keine Programmierkenntnisse erforderlich, um die im Buch vorgestellten Projekte nachzubauen oder zu verwenden. Allerdings ist es definitiv hilfreich, über grundlegende Elektronikkenntnisse und den Umgang mit einem Breadboard zum Aufbau und Testen elektronischer Schaltungen zu verfügen. Einige der Projekte im Buch sind:
Abwechselnd blinkende LEDs
Veränderung der Blinkrate von LEDs
Touchsensor-Ein/Aus-Schalter
Ein-/Ausschaltverzögerung
Lichtabhängiger Ton
Dunkel-Hell-Lichtschalter
Tonburst-Generator
Langzeit-Timer
Lauflichter
LED-Roulette-Spiel
Ampelsteuerung
Durchgangsprüfer
Elektronisches Schloss
Kontaktentprellung für Schalter
Spielzeug-Elektronikorgel
Mehrfachsensor-Alarmsystem
Metronom
Spannungsmultiplizierer
Elektronischer Würfel
7-Segment-Display-Zähler
Motorsteuerung
7-Segment-Display-Würfel
Elektronische Sirene
Verschiedene andere Projekte
Die im Buch vorgestellten Projekte können von den Lesern für ihre eigenen Anwendungen modifiziert oder erweitert werden. Elektronikingenieur-Studenten, Leute, die gerne kleine elektronische Schaltungen entwerfen, sowie Elektronik-Hobbyisten werden die Projekte im Buch sicher lehrreich, unterhaltsam, interessant und nützlich finden.
Über 45 Projekte für den legendären 555-Chip (und den 556, 568)
Der 555-Timer-IC, ursprünglich um 1971 von Signetics eingeführt, gehört zweifellos zu den beliebtesten analogen integrierten Schaltkreisen, die je produziert wurden. Ursprünglich als „IC-Zeitmaschine“ bezeichnet, wurde dieser Chip über Jahrzehnte hinweg in zahlreichen zeitgesteuerten Projekten verwendet. Dieses Buch befasst sich mit der Entwicklung von Projekten, die auf dem 555-Timer-IC basieren. Es werden über 45 vollständig getestete und dokumentierte Projekte vorgestellt. Alle Projekte wurden vom Autor selbst getestet, indem sie einzeln auf einem Breadboard aufgebaut wurden. Es sind keine Programmierkenntnisse erforderlich, um die im Buch vorgestellten Projekte nachzubauen oder zu verwenden. Allerdings ist es definitiv hilfreich, über grundlegende Elektronikkenntnisse und den Umgang mit einem Breadboard zum Aufbau und Testen elektronischer Schaltungen zu verfügen. Einige der Projekte im Buch sind:
Abwechselnd blinkende LEDs
Veränderung der Blinkrate von LEDs
Touchsensor-Ein/Aus-Schalter
Ein-/Ausschaltverzögerung
Lichtabhängiger Ton
Dunkel-Hell-Lichtschalter
Tonburst-Generator
Langzeit-Timer
Lauflichter
LED-Roulette-Spiel
Ampelsteuerung
Durchgangsprüfer
Elektronisches Schloss
Kontaktentprellung für Schalter
Spielzeug-Elektronikorgel
Mehrfachsensor-Alarmsystem
Metronom
Spannungsmultiplizierer
Elektronischer Würfel
7-Segment-Display-Zähler
Motorsteuerung
7-Segment-Display-Würfel
Elektronische Sirene
Verschiedene andere Projekte
Die im Buch vorgestellten Projekte können von den Lesern für ihre eigenen Anwendungen modifiziert oder erweitert werden. Elektronikingenieur-Studenten, Leute, die gerne kleine elektronische Schaltungen entwerfen, sowie Elektronik-Hobbyisten werden die Projekte im Buch sicher lehrreich, unterhaltsam, interessant und nützlich finden.
Merkmale
Stereo-Eingang und -Ausgang
Dedizierter 192 kHz / 24-Bit hochwertiger Burr-Brown-DAC
Dedizierter 192 kHz / 24-Bit hochwertiger Burr-Brown-ADC
Hardware-Lautstärkeregler für DAC. Die Ausgangslautstärke kann mit „alsamixer“ oder jeder Anwendung geregelt werden, die ALSA-Mixersteuerungen unterstützt.
Wird direkt mit dem Raspberry Pi verbunden.
Kein Löten erforderlich.
Kompatibel mit allen Raspberry Pi-Modellen, die über einen 40-poligen GPIO-Anschluss verfügen
Kein zusätzliches Netzteil erforderlich.
Drei lineare Spannungsregler mit extrem geringem Rauschen.
HAT-kompatibel, EEPROM für automatische Konfiguration.
Vergoldete Cinch-Ausgangsanschlüsse.
Inklusive 4 M 2,5 x 12 mm Abstandshalter.
Analogeingang, Klinkenbuchse 3,5 mm
Analogausgang Cinch
Analogausgang (P5)
Eingangskonfigurations-Jumper (J1)
Anschluss für symmetrischen Eingang (P6)
Bitte beachten Sie: Layout und Komponenten können ohne weitere Ankündigung geändert werden.
Symmetrischer/unsymmetrischer Eingangsanschluss (P6)
Der 5-polige Stecker kann zum Anschluss eines symmetrischen Eingangs verwendet werden. Bitte beachten Sie, dass der symmetrische Eingang mit den Jumpern ausgewählt werden muss und immer eine Verstärkung von 12 dB hat. Er sollte nicht mit Line-Level-Eingängen verwendet werden.
Pin 1 ist links.
rechts +
Rechts -
Masse
links -
links +
Ausgangsanschluss (P5)
Der Ausgangsanschluss ermöglicht die Verbindung zu externen Komponenten wie einem Verstärker.
Pin 1 befindet sich oben links.
+5 V
1
2
R
Masse
3
4
Masse
+5 V
5
6
M
Eingangsverstärkungseinstellungen (J1)
Der Jumperblock ist für die Eingangskonfiguration zuständig. Es wird empfohlen, die Standardeinstellung ohne zusätzliche Eingangsverstärkung zu verwenden. 32 dB Verstärkung können zum Anschluss dynamischer Mikrofone verwendet werden.
Jumper sind von oben nach unten nummeriert.
1
2
3
4
Funktion
1
0
0
–
0 dB Verstärkung
0
1
1
–
12 dB Verstärkung
0
1
0
–
32 dB Verstärkung
0
0
1
–
symmetrischer Eingang, 12 dB Verstärkung
Spezifikationen
Maximale Eingangsspannung: 2,1 Vrms – 4,2 Vrms für symmetrischen Eingang
Maximale Ausgangsspannung: 2,1 Vrms
ADC-Signal-Rausch-Verhältnis: 110 dB
DAC-Signal-Rausch-Verhältnis: 112 dB
ADC THD+N: -93 dB
DAC THD+N: -93 dB
Eingangsspannung für geringste Verzerrungen: 0,8 Vrms
Eingangsverstärkung (konfigurierbar mit Jumpern): 0 dB, 12 dB, 32 dB
Leistungsaufnahme: < 0,3 W
Abtastraten: 44,1 kHz – 192 kHz
Um den HiFiBerry DAC + ADC verwenden zu können, muss Ihr Raspberry Pi-Linux-Kernel mindestens die Version 4.18.12 aufweisen. Klicken Sie hier , um zu erfahren, wie Sie den Raspberry Pi-Kernel aktualisieren
Verwendung von Mikrofonen mit dem DAC+ ADC
Der DAC+ ADC ist mit einem analogen Stereoeingang ausgestattet, der für einen weiten Bereich von Eingangsspannungen konfiguriert werden kann. Er funktioniert am besten mit analogen Line-Pegel-Quellen. Es ist jedoch auch möglich, ihn als Mikrofoneingang zu verwenden.
Es können ausschließlich dynamische Mikrofone verwendet werden. Mikrofone die eine Stromversorgung benötigen werden nicht unterstützt.
Die Ausgangsspannung des Mikrofons ist sehr niedrig. Das bedeutet, dass Sie sie verstärken müssen. Der DAC+ ADC hat den notwendigen Vorverstärker bereits eingebaut. Sie müssen die Jumper richtig einstellen.
Der Ton vom Eingang wird nicht automatisch am Ausgang wiedergegeben. Hierfür ist die Verwendung einer Software notwendig, die den Eingang einliest und wieder ausgibt.
Einstellen der richtigen Eingangsverstärkereinstellungen für ein Mikrofon
Standardmäßig ist die Eingangsempfindlichkeit für Line-Level-Audioquellen angepasst. Dies erfolgt über einen Jumper am J1-Header.
Um ein Mikrofon verwenden zu können, muss der Jumper wie unten gezeigt eingestellt werden.
Audioeingang zum Ausgang
Es besteht keine direkte Verbindung zwischen Eingang und Ausgang. Das führt dazu, dass der Eingang vom angeschlossenen Mikrofon nicht automatisch wiedergegeben wird. Möchte man ihn am Ausgang hören, muss man das Kommandozeilentool alsaloop verwenden.
Datenbankmodelle und -software für Elektronikanwendungen
Mit seiner Energieeffizienz und seinem reichen Spektrum an quelloffener Software eignet sich der Einplatinencomputer Raspberry Pi auch für die Speicherung von Daten und deren grafische Aufbereitung lokal oder im World Wide Web (WWW).
Dieses Buch stellt verschiedene Datenbankmodelle und diverse Datenbanksoftware vor:
SQL: MariaDB, SQLite
InfluxDB: Telegraf
Grafana
MQTT
Verschlüsselung mit RPi
Apache
PHP
Knoten ROT
Docker
Es zeigt darüber hinaus ausgewählte Ansätze, gespeicherte Daten festzustellen und zu verwalten. Ein eigener Abschnitt ist sowohl der SSL-Verschlüsselung der Verbindung als auch dem Betrieb von Servern im WWW gewidmet.
Das Buch richtet sich an alle,
die neugierig sind und gerne die Möglichkeiten des Raspberry Pi ausloten möchten,
die einen Einstieg in das Datenmanagement mit Datenbanken suchen,
die mit einfachen Mitteln schnell loslegen möchten,
die Alternativen aufgezeigt bekommen möchten,
die in komprimierter Form Tipps für eigene Entwicklungen suchen,
die Freude am eigenen Entwickeln und Verwirklichen haben.
Programmierkenntnisse und -erfahrungen sind für die Installation der Software nicht erforderlich. Jeder einzelne Schritt wird detailliert beschrieben und mit Screenshots visuell unterlegt.
Weshalb nicht damit beginnen, Mikrocontroller-Module selbst zu entwickeln, zumindest aber sich in Gedanken mit solchen Aufgaben zu beschäftigen? Wie Mikrocontroller-Module aufgebaut sind und wozu sie verwendet werden, soll in 'Mikrocontroller-Module – Grundlagen und Selbstbau' dargestellt werden. Das vorliegende Buch beleuchtet Mikrocontroller-Module, die vor allem zum Experimentieren, zum Lernen und zum Einarbeiten in die Entwicklung und Programmierung von Embedded Systems gedacht sind. Die Entwurfsgrundsätze, Lösungsvorschläge und Projekte, die in diesem Buch beschrieben werden, sind aus zwei Ideen hervorgegangen: Erstens können neue Entwicklungen zwischen den weit verbreiteten kostengünstigen Mikrocontroller-Modulen und der industriellen Computer- und Steuerungstechnik ihren Platz finden und zweitens ist es eine Herausforderung an sich, solche Module zu entwickeln und einzusetzen. In den ersten sieben Kapiteln dieses Buches werden die technischen Grundlagen diskutiert und anhand eigener Entwicklungen veranschaulicht. Das achte Kapitel gibt einen Überblick über diesen Modulbaukasten. Alle Fotos aus dem Buch können hier vierfarbig heruntergeladen werden.
Ein Blick in die einschlägigen Internetforen zeigt, dass das Programmieren immer noch in der Gruppe der beliebten Hobbys rangiert. Wo dem Hobbyprogrammierer früher eine Reihe bekannter und populärer Programmiersprachen zur Verfügung standen, ist es heute relativ übersichtlich geworden: Außer C++, Java und Visual Basic gibt es wenig bekannte und beliebte Programmiersprachen. Was fehlt, ist eine Programmiersprache, die für Laien fast so einfach zu handhaben ist wie die alten BASIC-Versionen, deren Leistung und Features dennoch an die Möglichkeiten und die Power moderner Windows-Rechner angepasst sind. Diese Programmiersprache existiert und heißt Processing. Das vorliegende Buch führt den Leser in diese visuelle Programmiersprache ein. Das Buch richtet sich an Leser, die bereits allgemeine Erfahrungen im Umgang mit Programmiersprachen besitzen und wissen, worum es sich bei Strings, Arrays oder Schleifen handelt. Der Autor zeigt anhand vieler kurzer Programmbeispiele, wie einfach es ist, mit Processing auch leistungsfähige Software zu programmieren und sich dabei auf eine nur geringe Anzahl von Befehlen, Anweisungen und Funktionen zu beschränken. Die in diesem Buch vorgestellten Programme sind zum Teil Hardware-orientiert, wobei auch die Erfassung von Daten und die Steuerung von Hardware mittels des bekannten Mikrocontrollers Arduino einer Rolle spielt. Kurz und gut: Ein Buch für alle, die eine schnell und einfach zu programmierende Software mit elektronischer Hardware kombinieren und das Ganze über maßgeschneiderte Benutzeroberflächen steuern möchten.
USB-Logikanalysatoren am PC mit Arduino, Raspberry Pi und Co
Schritt-für-Schritt-Anleitungen führen Sie in die Analyse moderner Protokolle von I²C, SPI, UART, RS-232, NeoPixel, WS28xx, HD44780 und 1-Wire Protokollen ein. Anhand zahlreicher Experimentierschaltungen mit dem Raspberry Pi Pico, Arduino Uno und dem Bus Pirate üben Sie die praxisnahe Anwendung gängiger USB-Logikanalysatoren ein.
Alle in diesem Buch vorgestellten Experimentierschaltungen wurden gründlich getestet und sind funktionsfähig. Die notwendigen Programmlistings sind enthalten, es sind keine besonderen Programmier- oder Elektronikkenntnisse für diese Schaltungen notwendig. Es werden die Programmiersprachen MicroPython und C mit den Entwicklungsumgebungen Thonny und Arduino IDE eingesetzt.
Dieses Buch verwendet mehrere Modelle flexibler und weit verbreiteter USB-Logikanalysatoren und zeigt die Stärken und Schwächen jeder Preisklasse. Sie werden herausfinden, welche Kriterien für Ihre Arbeit wichtig sind und in der Lage sein, das passende Gerät für Sie zu finden.
Egal ob Arduino, Raspberry Pi oder Raspberry Pi Pico: Die abgebildeten Beispielschaltungen ermöglichen einen schnellen Einstieg in die Protokollanalyse und können auch als Grundlage für eigene weitere Experimente dienen.
Sie werden alle wichtigen Begriffe und Zusammenhänge kennenlernen, eigene Experimente durchführen, selbstständig Protokolle analysieren und nach der Lektüre dieses Buches – im Bereich der digitalen Signale und Protokolle – ein umfassendes Wissen aufgebaut haben.
Einführung in die SPS-Programmierung mit dem Open-Source-Projekt auf dem Raspberry Pi und Modbus-Beispiele mit dem Arduino Uno und ESP8266
Die SPS-Programmierung ist heute in der Industrie und in der Hausautomation sehr weit verbreitet. In diesem Buch beschreibt der Autor, wie der Raspberry Pi 4 als SPS eingesetzt werden kann. Angefangen mit der Softwareinstallation auf dem Raspberry Pi und dem SPS-Editor auf dem PC geht es nach einer Beschreibung der Hardware an das Programmieren.
Es folgen interessante Beispiele nach IEC 61131-3 in den verschiedenen Programmiersprachen. Ausführlich wird auch erklärt, wie der SPS-Editor benutzt wird und wie die Programme auf den Raspberry Pi geladen und ausgeführt werden. Angefangen mit der Programmierung mit KOP (Kontaktplan) über ST (Structured Control Language) bis zu AS (Special Function Chart) werden alle IEC-Sprachen mit Beispielen behandelt. Diese können auf der Website des Autors heruntergeladen werden.
Auch die Vernetzung kommt nicht zu kurz. Der Arduino Uno und der ESP8266 werden als ModbusRTU- bzw. ModbusTCP-Module programmiert, um Zugriff auf externe Peripherie zu erhalten. Damit ist es möglich, Sensoren einzulesen und Verbraucher zu schalten. Interessant dürften auch E/A-Schaltungen sein, die dem 24V-Industriestandard entsprechen.
Befehlsübersichten für ST und KOP runden das Buch ab.
Nach dem Durcharbeiten des Buches ist der Leser in der Lage, eigene SPS-Steuerungen mit dem Raspberry Pi zu verwirklichen.
Mehr als 50 Grundlagenprojekte mit MicroPython und dem RP2040-Mikrocontroller
Der Raspberry Pi Pico ist eine leistungsstarke Mikrocontroller-Platine, die speziell für das Physical Computing – also hardwarenahe Anwendungen – entwickelt wurde. Der Raspberry Pi Pico kann so programmiert werden, dass er eine einzelne Aufgabe sehr effizient ausführt und so schnelle Steuerungs- und Überwachungsanwendungen in Echtzeit ermöglicht. Der „Pico“, wie wir ihn nennen, basiert auf dem schnellen, effizienten und kostengünstigen Dual-Core ARM Cortex-M0+ RP2040 Mikrocontroller-Chip, der mit bis zu 133 MHz läuft und über 264 KB SRAM und 2 MB Flash-Speicher verfügt. Neben dem großen Speicher hat der Pico noch weitere attraktive Eigenschaften, darunter eine große Anzahl von GPIO-Pins sowie gängige Schnittstellen wie ADC, SPI, I²C, UART und PWM. Als Krönung bietet der Chip schnelle und genaue Timer, eine Hardware-Debug-Schnittstelle und einen internen Temperatursensor.
Zur Programmierung lassen sich problemlos die gängigen Hochsprachen wie MicroPython oder C/C++ verwenden. Dieses Buch ist eine Einführung in die Verwendung des Pico mit der Programmiersprache MicroPython. In allen Projekten wird die Thonny-Entwicklungsumgebung (IDE) eingesetzt. Über 50 Projekte decken folgende Themen ab:
Installation von MicroPython auf dem Raspberry Pi Pico
Timer-Interrupts und externe Interrupts
Projekte mit Analog-Digital-Wandler (ADC)
Verwendung des internen sowie externen Temperatursensoren
Datenlogger
Projekte zur PWM, UART, I²C-Bus und SPI-Bus
Wi-Fi und Bluetooth für die Kommunikation mit Smartphones
Projekte mit dem Digital-Analog-Wandler (DAC)
Alle in diesem Buch vorgestellten Projekte wurden gründlich getestet und sind funktionsfähig. Es werden keine Programmier- oder Elektronikkenntnisse vorausgesetzt, um sie nachzuvollziehen. Für alle beschriebenen Projekte gibt es kurze Beschreibungen, Blockdiagramme, detaillierte Schaltpläne und vollständige MicroPython-Programmlisten. Die Listings sind auch auf der zum Buch gehörenden Elektor-Webseite zu finden.
Der Arduino Uno ist ein Open-Source-Mikrocontroller-Entwicklungssystem, das Hardware, eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) und eine Vielzahl von Bibliotheken umfasst. Es wird von einer riesigen Gemeinschaft von Programmierern, Elektronikern, Enthusiasten und Akademikern unterstützt. Insbesondere die Bibliotheken erleichtern die programmierte Arbeit und reduzieren die Entwicklungszeiten, da sie das Erstellen von Programmen erheblich erleichtern.
Der Raspberry Pi 4 kann in vielen Projekten wie Audio- und Videoanwendungen, aber auch in Industriesteuerungen, Robotik, Spielen usw. eingesetzt werden. Dazu bietet er auch WiFi- und Bluetooth-Fähigkeiten, wodurch er sich zudem hervorragend für internetbasierte Steuerungs- und Überwachungsanwendungen eignet.
In diesem Buch werden sowohl der Raspberry Pi 4 als auch der Arduino Uno in PID-basierten automatischen Steuerungsanwendungen eingesetzt. Nach einer grundlegenden Theorie der Regelsysteme werden funktionierende und getestete Projekte zur Steuerung realer Systeme mit PID-Reglern vorgestellt. Die Open-Loop-Eigenschaften, die Abstimmung der PID-Parameter und das Closed-Loop-Zeitverhalten der Systeme werden zusammen mit Blockdiagrammen, Schaltplänen und PID-Regelalgorithmen ausführlich diskutiert.
Vollständiges Programm für Raspberry Pi und Arduino Uno, runden die im Buch vorgestellten Projekte ab. Die Regelsysteme können problemlos auch auf andere Projekte angewendet werden und die für den Raspberry Pi 4 angegebenen Programme sollten auch mit anderen Modellen der Raspberry Pi-Familie reibungslos funktionieren.
Das Buch behandelt folgende Themen:
Steuer- und Regelsysteme
Analoge und digitale Sensoren
Übertragungsfunktionen und zeitkontinuierliche Systeme
Systemantwortfunktionen erster und zweiter Ordnung
Zeitdiskrete digitale Systeme
Zeitkontinuierliche PID-Regler
Zeitdiskreter PID-Regler
Zweipunkt-Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
PID-basierte Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
Motorsteuerung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
Wasserstandsregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
PID-basierte LED-Helligkeitsregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
,
von Lobna Belarbi
Top 5-Bücher, die jeder Ingenieur besitzen sollte
Entdecken Sie Elektor's fachmännisch zusammengestellte Liste der Top 5 Ingenieursbücher – perfekt für Elektronikbegeisterte und professionelle Ingenieure gleichermaßen. Von der Beherrschung der Fuzzy-Logik bis hin...