Das vorliegende Buch beinhaltet die Realisierung von Versuchen mit einem Mikrocontroller auf der Basis des PIC Universal Boards. Sie dienen als Grundlage für die Gestaltung eines Praktikums für Mikrocontrollertechnik an Hochschulen. Der erste Teil gibt dem Leser eine Einführung in die verwendeten Werkzeuge. Hierbei wird das PIC Universal Board, der verwendete Mikrocontroller PIC 18F458, sowie der Programmer und die Entwicklungsumgebung MPLAB v8.10 mit C18-Compiler v3.22 vorgestellt. Eine Ideensammlung für mögliche Projekte erfolgt im darauf folgenden Abschnitt. Aus diesen werden vier Versuche mit unterschiedlichen Themenschwerpunkten zur Realisierung ausgewählt. Dies beinhaltet neben der Programmierung zusätzlich die Entwicklung von drei Platinen, welche als Peripherie auf das Entwicklungsboard aufgesteckt werden können. Aus den erstellten Projekten werden zum Schluss drei Praktikumsversuche abgeleitet, welche in der vorgegebenen Zeit eines Praktikums durchführbar sind. Dabei werden die jeweiligen Anforderungen und vermittelten Fähigkeiten an die Studenten erläutert. Der Anhang beinhaltet schließlich konkrete Versuchsanleitungen zu den drei Praktikumsversuchen. Dies umfasst die Aufgabenstellungen zur Vorbereitung und mögliche Lösungsvorschläge. Für alle Projekte sind die Quellcodes ebenfalls abgedruckt.

Kapitel 3.1, Ideensammlung: In diesem Abschnitt werden mögliche Versuche aufgelistet, die mithilfe des Entwicklungsboards realisierbar sind. Es werden die Schwerpunkte jedes Experimentes geschildert und die dazu benötigten Komponenten abgeschätzt. 3.1.1, Laufschrift auf den 7-Segment Anzeigen: Auf dem Entwicklungsboard befinden sich vier 7-Segment-Anzeigen, die an einen LED-Treiberbaustein mit I2C-Interface angeschlossen sind. Mithilfe dieser Anzeigen könnte eine Laufschrift erzeugt werden, deren Laufrichtung und Geschwindigkeit variabel ist. Der Fokus liegt dabei im Umgang mit dem im Controller integrierten MSSP3-Modul. 3.1.2, Auslesen einer Matrixtastatur und Ausgabe auf dem LCD: Ebenfalls befinden sich auf dem Entwicklungsboard eine 3x4 Matrixtastatur und ein LCD4 für 4x20 Zeichen. Der Versuch beinhaltet das Auslesen der Matrixtastatur und die Ausgabe der gedrückten Taste auf dem LCD. Um beide Peripheriemodule ansteuern zu können, muss der Umgang mit der parallelen Schnittstelle des Controllers erlernt werden. 3.1.3, Entfernungsmesser mit Ultraschall: Im Internet sind viele Module erhältlich mit welchen sich Entfernungen per Ultraschall messen lassen. Sie besitzen zur Ansteuerung unterschiedliche serielle Schnittstellen. Dieser Versuch eignet sich gut, um den Umgang mit den seriellen Hardware-Modulen des Controllers zu erlernen. Für die Realisierung muss hierfür eine externe Baugruppe erstellt werden. Der Aufbau könnte die Form eines Stiftes aufweisen. Es wird auf das Objekt gezielt, dessen Abstand gemessen werden soll. Die Entfernung wird dann auf dem LCD des Entwicklungsboards ausgegeben. 3.1.4, Temperaturregelung mit Lüfter: Auf einer Platine befindet sich ein Heizwiderstand, dessen Temperatur mit einem Sensor gemessen wird. Zusätzlich ist ein Lüfter verbaut, welcher den Heizwiderstand kühlt. Der Widerstand kann dadurch mithilfe einer automatischen Regelung auf einer gewünschten Solltemperatur gehalten werden. Die Eingabe des Sollwertes erfolgt über die Matrixtastatur, die Ausgabe des Soll- und Istwertes auf dem LCD. Der Temperaturwert wird durch das Ergebnis des A/D-Wandlers bestimmt, welcher als integriertes Hardware-Modul Teil des Mikrocontrollers ist. Eine 2- Punkt-Regelung sollte anfangs für diesen Versuch genügen. 3.1.5, Zählungen mit Lichtschranke: Mit dem Mikrocontroller wird eine Lichtschranke angesteuert. Diese könnte beispielsweise an der Seite eines Rohres angebracht sein, durch das Kugeln fallen. Bei jeder Unterbrechung wird ein Zähler inkrementiert, wodurch sich am Ende die Gesamtanzahl bestimmen lässt. Die Ansteuerung der Lichtschranke erfolgt hierbei entweder durch Verwendung von I/O-Ports oder per serielle Schnittstelle. 3.1.6, Drehzahlsteuerung und –messung: Als Erweiterung für den Temperaturregelungsversuch kann die Drehzahl des Lüfters gesteuert werden. Es könnte aber auch einen eigenständigen Versuch darstellen. Zur Drehzahlsteuerung muss ein pulsweitenmoduliertes Signal vomMikrocontroller erzeugt werden. Dazu muss das CCP5-Modul verwendet werden. Wird dieser Versuch als Erweiterung zur Temperaturregelung realisiert, ließen sich Funktionen für unterschiedliche Regelungen implementieren und somit das Regelverhalten untersuchen. Weiter könnte die aktuelle Drehzahl des Lüfters bestimmt werden. Eine Idee zur Realisierung ist beispielsweise das Auslösen eines Interrupts bei jedem Drehzahlimpuls und Inkrementierung eines Zählers. Aus dem Zählerstand lässt sich dann die Geschwindigkeit berechnen. 3.1.7, Software-Radio: Mit dem Mikrocontroller werden Hardwareteile eines Hochfrequenzempfängers durch Software ersetzt. Zusätzlich muss hierfür eine Platine erstellt werden, auf welcher die Empfangsantenne und Lautsprecher mit Verstärker untergebracht sind. Weiter muss erarbeitet werden, welche Teile des Hochfrequenzempfängers als Hardware-Modul auf der Platine untergebracht und welche per Software realisiert werden können. 3.1.8, RFID Experiment: Ein RFID-Modul liest die Codes verschiedener Transponder aus und sendet diese über eine serielle Schnittstelle an den Mikrocontroller. Auf dem LCD wird danach der aktuelle Transpondercode dargestellt. Somit liegt der Schwerpunkt hier ebenfalls im Umgang mit einer seriellen Schnittstelle. 3.1.9, Sprachausgabe/-eingabe: Mit einem Sprachmodul könnte per Sprachsteuerung die Richtung eines Roboterarms mit beispielsweise einer integrierten Kamera gelenkt werden. Weiter wäre es möglich, durch die Sprachausgabe diverse akustische Feedbacks zu erhalten. Mit der Sprachausgabe könnte darüber hinaus das RFID-Experiment mit einem solchen Modul erweitert werden. Bei Erkennung eines Transponders könnte die jeweilige Person namentlich begrüßt werden. 3.1.10, Geschwindigkeitsmessung mit Kameras: Auf einer Modellschiene befindet sich ein Rollwagen, an dessen Unterseite zwei Kameras in einem bestimmten Abstand angebracht sind. Durch Erkennung der Querbalken der Gleise lässt sich daraus die Geschwindigkeit des Wagens bestimmen. Hierfür muss der Datenstrom der Kameras mit dem Mikrocontroller verarbeitet werden. Die aktuelle Geschwindigkeit ließe sich auf dem LCD oder auf den 7-Segment-Anzeigen darstellen. 3.1.11, Schrittmotoransteuerung: Auf einer Platine ist ein kleiner Schrittmotor platziert, welcher mit dem Mikrocontroller angesteuert wird. Dabei muss zur Positionsbestimmung ein Geber ausgelesen und die neue Sollposition durch Einbezug der Istwerte berechnet werden. 3.1.12, Ansteuerung diverser Sensoren: Für Anschauungszwecke sind unterschiedlichste Sensoren für Temperatur, Licht, Ultraschall, Druck usw. auf einer Platine angeordnet. Per Software kann ein bestimmter Sensor ausgewählt, sein Messsignal mit dem Controller verarbeitet und auf dem LCD dargestellt werden.

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Dipl.-Ing (FH) Josef Fuhrer, wurde 1981 in Bayern geboren. Nach seiner Berufsausbildung als Energieelektroniker in einem großem Unternehmen der Chemieindustrie, entschied sich der Autor, seine fachlichen Qualifikationen der Elektrotechnik durch ein Studium weiter auszubauen. Das Ingenieurstudium der Elektrotechnik schloss er im Jahre 2009 erfolgreich ab. Bereits während des Studiums entwickelte der Autor ein besonderes Interesse im Umgang mit Mikrocontroller und dessen Programmierung.