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Dem Mikrocontroller auf's Bit geschaut
- Praxistest des Franzis Lernpakets „Mikrocontroller" -
von Dipl.-Inf. Karl-Ludwig Butte
Ob Waschmaschine, Auto oder Multimeter - ohne Mikrocontroller läuft heute fast gar nichts mehr. Grund genug, sich mit dieser faszinierende Technik eingehender zu beschäftigen. Wie gut das gehen kann, zeigt dieser Praxistest des Franzis Lernpakets „Mikrocontroller".
Da lag es also vor mir: Das Lernpaket „Mikrocontroller" aus dem Franzis-Verlag. Fünfzehn elektronische Bauteile, eine kleine Platine, eine D-Sub-9-Anschlussbuchse, ein serielles Kabel, ein 160-seitges Handbuch und eine CDROM warteten darauf, entdeckt und ausprobiert zu werden.
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Löten erwünscht - Der Zusammenbau
Alles war ordentlich verpackt und machte einen guten Eindruck. Ehrensache, dass das Handbuch zuerst dran kam. Nach einem kurzen Vorwort und einer kleinen Einleitung, ging es gleich zur Sache: Die Platine wollte fachgerecht bestückt werden. Der Lötkolben glühte schon - jetzt konnte es gemütlich werden. Die Aufbauhinweise in Kapitel 1.3 sind auch für Anfänger geeignet und die Bestückungszeichnung sowie das Foto der bestückten Platine tun ein Übriges, um einen reibungslosen Aufbau zu garantieren. Nur den Hinweis, mit der D-Sub-9-Buchse zu beginnen, habe ich nicht ganz verstanden, sagt doch alle Erfahrung, mit den kleinsten Bauteilen, in diesem Falle den Dioden und Widerständen, anzufangen. Aber vielleicht ist das auch ein bisschen Geschmackssache.
Bestückungsseite
Ein wenig Löterfahrung kann natürlich nie schaden, aber im Großen und Ganzen ist der Aufbau unkritisch und nach kurzer Zeit lag die Platine genauso schön, wie auf dem Foto des Kartondeckels vor mir. Den Duchgrangsprüfungstest mit dem Ohmmeter von Bauteil zu Bauteil (soweit möglich) hatte sie ebenfalls mit Bravour bestanden. Nichts sprach meiner Ansicht nach dagegen, den ATTiny-Mikrocontroller in seine Fassung zu setzen. Das doch etwas dagegen sprach, merkte ich erst, als ich nach dem Installieren der mitgelieferten Software mich zum Kapitel 2.1 „Überprüfung der Stromversorgung" vorgearbeitet hatte. Natürlich! Wie konnte ich das nur vergessen haben. Das Anliegen und die Höhe der Spannungsversorgung an den richtigen Anschlüssen sollte schon kontrolliert werden, um jede Gefahr für den ATTiny auszuschließen. Dieser Test wird natürlich ohne eingesetzten Mikrocontroller durchgeführt. Ungeduldig, wie ich war (ja, auch nach so vielen Jahren Elektronikbasteln kann einem das noch passieren), versuchte ich zu hastig den Mikrocontroller aus seiner Fassung zu ziehen und verbog zwei Anschlusspins kräftig. Vorsichtig bog ich sie mit der Spitzmaulzange wieder gerade, war mir aber in dem Moment bewusst, noch mal so ein grober Schnitzer und die „Beinchen" wären ein für alle mal ab. Und die Moral von der Geschicht', seien Sie doppelt vorsichtig, wenn Sie den ATTiny aus seiner Fassung entfernen wollen.
Lötseite
Der spannende Moment - Die Erstinbetriebnahme
Nach diesem Schreck war es eine reine Wohltat, dass die Initialisierung aus Kapitel 2.2 und die anschließenden ersten Experimente auf Anhieb klappten. Zuvor hatte ich die mitgelieferte Software von der CD auf dem PC installiert und (doch mit ein bisschen Herzklopfen) die Verbindung von der seriellen Schnittstelle zur ATTiny-Platine hergestellt. Nun konnte es also losgehen. Den Hinweis, die abgezwackten Anschlussdrähte von Dioden und Widerständen aufzubewahren, sollten Sie beherzigen. Dann haben Sie gleich passende Steckbrücken für die Versuchsaufbauten auf der teilweise zum Experimentiersteckfeld umfunktionierten IC-Fassung zur Verfügung. Wenn die Finger nicht ganz so schmal sind, wie diese Vorgehensweise beim Aufbau der Versuche erfordert, hilft eine Pinzette oder kleine Spitzmaulzange.
Durch das 8-polige DiL-Gehäuse erinnert der ATTiny13 an einen 741er Operationsvestärker. Und genauso, wie seinerzeit bei diesem, staunte ich nicht schlecht, was alles in diesem kleinen „Käfer" steckt: Selbst ein einfaches Oszilloskop ist realisierbar, wie Kapitel 3.5 eindrucksvoll vorführt. Diese Funktionalität wird im weiteren Verlauf im Kapitel 3.6 im Zusammenhang mit dem Puls-Weiten-Modulations-Ausgang genutzt, um die Restwelligkeit einer einstellbaren Gleichspannung sichtbar zu machen. Dazu wird ein Tiefpassfilter in zwei Varianten aufgebaut und die daraus resultierenden Oszillogramme mit einander verglichen. Um die Ergebnisse nicht nur grafisch, sondern auch rechnerisch auszuwerten, gibt es eine einfache Möglichkeit, gleich hier im ELO-Web. Schauen Sie doch mal unter www.elo-web.de/elo/grundlagen-und-ausbildung/visual-basic/rc-filter-in-vb und rechnen Sie die Frequenzen für die Bauteilwerte 47 μF und 1 kΩ bzw. 10 kΩ mit den dort beschriebenen und zum Download bereitstehenden Programmen aus.
Reden mit der Maschine - Die Assemblersprache
Ist der Appetit erst einmal geweckt, schreckt man auch vor Assembler-Programmierung nicht mehr zurück. Ab Kapitel 4 lernt man, die Assemblersprache des ATTiny13 gründlich kennen. Vorbei sind die Zeiten, da man Assemblerprogramme in einfache Texteditoren tippen, mysteriöse Compilierungsbefehle eingeben und anschließend noch Hex-Files in EPROMs brennen musste. Das Franzis-Lernpaket kommt gleich mit einer eleganten und professionellen Entwicklungsumgebung vom Hersteller des ATTiny13 daher, was optimale Abstimmung der Software auf die Hardware garantiert. Aus dem sog. AVR-Studio „purzelt" zwar auch noch ein Hex-File heraus, aber dieses kann mit der im Lernpaket mitgelieferten Interface-Software bequem in das integrierte Flash-EPROM des ATTiny13 geladen werden.
So ausgerüstet, werden die verschiedenen Baugruppen innerhalb des Mikrocontrollers, wie z.B. die RS232-Schnittstelle, der Timer/Counter und der A/D-Wandler erkundet. Für alle diese Versuche spielt das mitgelieferte Interface-Programm eine zentrale Rolle. Dieses wird ab Kapitel 9 detailliert vorgestellt und verdeutlicht, wie das Zusammenspiel zwischen Mikrocontroller und PC-Software klappt.
Elegant und doch einfach - Die Programmierung in BASIC
Die Assembler-Sprache ist nicht nur faszinierend, sondern führt auch zu den von der Ausführungsgeschwindigkeit her schnellsten Programmen, die die Hardwaremöglichkeiten bis zum Letzten ausreizen können. Sie hat nur einen Nachteil: Die Lernkurve ist recht steil und die einzelnen Maschinensprache-Anweisungen sind schwierig zu merken. Der Wunsch nach einer einfacheren Möglichkeit der Programmierung ist daher nur verständlich. Aber auch das ist mit dem Franzis-Lernpaket „Mikrocontroller" kein Problem. Ab Kapitel 10 lernen Sie, wie man den ATTiny13 in BASIC programmiert. Die Abkürzung BASIC steht für „Beginners All purpose Symbolic Instruction Code" und wurde bereits 1964 am Dartmouth College in Hannover, New Hampshire in den USA zu Lehrzwecken entwickelt. Mit der BASCOM-AVR-Entwicklungsumgebung, die als kostenlose Demoversion von der Hersteller-Webseite heruntergeladen werden kann, erkunden Sie, wie mit der Experimentierplatine ein kleiner Datenlogger aufgebaut werden kann, der Offline Daten sammelt, speichert und zu einem späteren Zeitpunkt an einen PC zur Auswertung und Weiterverarbeitung übertragen kann.
Profihaft - Die Programmierung in C
Last but not least lernen Sie noch den ATTiny13 in der Hochsprache „C" zu programmieren. Auch hierzu ist das Herunterladen der Entwicklungsumgebung erforderlich, was aber keine weiteren Kosten nach sich zieht, da es sich bei WinAVR um Open-Source-Software handelt.
Allerdings dürfen Sie bei den beiden letztgenannten Kapiteln über BASIC und C keine umfassende Einführung in die jeweilige Programmiersprache erwarten - das würde den Rahmen des Handbuches bei weitem sprengen. Aber die genannten Entwicklungsumgebungen verfügen selbstverständlich über eine Hilfefunktion. Einziger Wermutstropen ist, dass diese, sowie eine sehr ausführliche Beschreibung des ATTiny13 vom Hersteller auf der CD nur in Englisch verfügbar sind. Darauf verweist der Autor schon im Vorwort und es sollte Sie nicht weiter schrecken.
Fazit - Ein gelungenes Lernpaket
Alles in allem lässt sich sagen, dass dem Autor und dem Franzis-Verlag ein außergewöhnliches Lern-Paket gelungen ist, mit dem man die Arbeit mit dem Mikrocontroller ATTiny13 nicht nur von der Pike auf kennen lernt, sondern auch noch die Werkzeuge für spätere, eigene Projekte an die Hand bekommt. Es bietet für viele Tage Spaß, Spannung und Erkenntnisse sowie etliche Aha-Erlebnisse. Es lädt zum eigenen experimentieren ein und ich garantiere Ihnen, der Appetit kommt beim Essen. Ob ich einen Verbesserungsvorschlag habe, fragen Sie ? Nun ja, nur einen: Dem Handbuch sollte ein ordentlicher Papp-Einband spendiert werden. Der aktuelle Papierumschlag ist in einer Hobby-Werkstatt-Umgebung doch sehr gefährdet, beschädigt zu werden.














