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Mikrocontroller – Der Leitfaden für Maker

Book Description

Die ersten sechs Kapitel beschäftigen sich mit den grundlegenden Themen: Mikrocontrollerfamilien, Minicomputersysteme, E/A-Einheiten, Energieversorgung und Funksysteme. Die konkreten Applikationen/Projekte werden ab dem Kapitel 7 behandelt, wobei jeweils unterschiedliche Mikrocontroller zum Einsatz kommen. Besondere Aufmerksamkeit verdient das Kapitel 7, denn die beiden behandelten Erweiterungsplatinen für den Raspberry Pi sind (wie die anderen Projekte natürlich auch) Eigenentwicklungen, die über das "typische Bastlerniveau" (LEDs an- und ausschalten) hinausgehen und dennoch zum Nachbau und zum Design eigener (ähnlicher) Applikationen verleiten sollen. Die Applikationen sind so ausgewählt, dass die in den Kapiteln 1-6 erläuterten "Techniken" sich dort in der praktischen Umsetzung wiederfinden.

Table of Contents

  1. Cover
  2. Titel
  3. Impressum
  4. Vorwort
  5. 1 Mikrocontrollergrundlagen
    1. 1.1 Architekturen
    2. 1.2 Complex und Reduced Instruction Set Computer
    3. 1.3 Start mit Mikrocontrollern der Firma Intel
      1. 1.3.1 Low Power
    4. 1.4 Spannungsversorgung, Oszillator und Reset
    5. 1.5 Arbeitsspeicher
    6. 1.6 Interrupt-Logik
    7. 1.7 Watchdog
    8. 1.8 Brown Out Detection
    9. 1.9 JTAG-Interface
    10. 1.10 DMA-Logik
    11. 1.11 Adressierung
    12. 1.12 Programmierung
  6. 2 Mikrocontrollerfamilien beurteilen und auswählen
    1. 2.1 8051-Mikrocontroller
      1. 2.1.1 Architektur
    2. 2.2 Microchip-Mikrocontroller – PIC
      1. 2.2.1 Architektur und Ausstattungsmerkmale
        1. Oszillatoren
        2. Reset-Konfiguration
        3. ICSP-Interface
        4. Programmspeicher
      2. 2.2.2 Konfigurationsdaten
        1. Taktgeneratoreinstellung
        2. Power Up Timer
        3. Brown Out Detect
        4. Watchdog Timer
        5. CCP2Mux
        6. Stack Overflow Reset
        7. Low Voltage Programming
        8. Code Protection
        9. Schreiben der Konfigurationsdaten
      3. 2.2.3 PIC-Mikrocontrollerfamilien
      4. 2.2.4 NanoWatt-Technologie
      5. 2.2.5 Entwicklungsumgebung
    3. 2.3 Atmel-Mikrocontroller
      1. 2.3.1 Architektur
      2. 2.3.2 AVR-Controller-Familien im Überblick
      3. 2.3.3 Power-Save-Betriebsarten
      4. 2.3.4 Entwicklungsumgebung
    4. 2.4 MSP430-Mikrocontroller
      1. 2.4.1 Architektur
      2. 2.4.2 MSP430-Controllerfamilien
      3. 2.4.3 Low Power Modes
      4. 2.4.4 Entwicklungsumgebung und Programmierung
    5. 2.5 ARM-Prozessoren und -Mikrocontroller
      1. 2.5.1 ARM-Architektur und -Typen
      2. 2.5.2 Cortex-Cores
      3. 2.5.3 EFM32-Gecko
        1. Peripheral Reflex System
        2. Advanced Energy Monitoring
        3. Energy Aware Profiler
        4. Betriebsarten – Energy Modes
        5. Entwicklungsplattform
  7. 3 Single-Board-Systeme einsetzen
    1. 3.1 Raspberry Pi
      1. 3.1.1 Inbetriebnahme
      2. 3.1.2 Netzwerkverbindung herstellen
        1. Manuelle Konfigurierung
        2. SSH- und FTP-Verbindungen
      3. 3.1.3 Software und Programmierung
    2. 3.2 Beaglebone Black
    3. 3.3 mbed-Plattform
    4. 3.4 Gadgeteer
    5. 3.5 Arduino
      1. 3.5.1 Boards
      2. 3.5.2 Shields
      3. 3.5.3 Start und Entwicklungsumgebung
  8. 4 Anwenderprogrammierbare Ein- und Ausgabeeinheiten
    1. 4.1 GPIO
    2. 4.2 UART, USART und serielle Schnittstelle
    3. 4.3 I2C-Bus
    4. 4.4 Serial Peripheral Interface – SPI
    5. 4.5 A/D-Wandler
    6. 4.6 D/A-Wandler
    7. 4.7 PWM-Output
  9. 5 Spannungsversorgungen planen und aufbauen
    1. 5.1 Netzteile
    2. 5.2 Batterien
    3. 5.3 Akkumulatoren
      1. 5.3.1 Bleiakkumulator
      2. 5.3.2 Nickel-Cadmium-Akkumulator
      3. 5.3.3 Nickel-Metall-Hydrid-Akkumulator
        1. Ladeschaltung
      4. 5.3.4 Lithium-Ionen-Akkumulator
      5. 5.3.5 Lithium-Polymer-Akkumulator
        1. Ladeschaltung
    4. 5.4 Energy Harvesting
      1. 5.4.1 Solarzellen
        1. Funktionsprinzip
        2. Elektrisches Verhalten
        3. Standard Test Conditions
        4. Typen
      2. 5.4.2 Piezoelemente
        1. Aufbau und Typen
        2. Wandlerschaltung mit selbst gebautem Balkenschwinger
      3. 5.4.3 Elektrodynamische Wandler
      4. 5.4.4 Thermogeneratoren
    5. 5.5 Energiespeicher und Energiemanagement
      1. 5.5.1 Kondensatoren
      2. 5.5.2 Solid State Batteries
        1. Thin-Film Batteries
        2. Ladeschaltung
        3. EnerChips
        4. EnerChips mit Power-Management-Logik
        5. Energy-Harvesting-Module und Energy Processor
  10. 6 Die Funkpraxis
    1. 6.1 ISM-Bänder
    2. 6.2 Nahfunksysteme in der Übersicht
    3. 6.3 Modulationsverfahren
    4. 6.4 WLAN
    5. 6.5 Sensorknoten im WLAN
      1. 6.5.1 Inbetriebnahme
      2. 6.5.2 Systemaufbau
      3. 6.5.3 Konfigurierung
      4. 6.5.4 Erweiterungsschaltungen
      5. 6.5.5 Sensoren am SPI
      6. 6.5.6 Steuerung mit Mikrocontroller
    6. 6.6 Bluetooth
      1. 6.6.1 Topologien und Implementierungen
      2. 6.6.2 Entwicklungssystem
    7. 6.7 Bluetooth Low Energy
      1. 6.7.1 Chips und Schaltung
      2. 6.7.2 Software und Programmierung
    8. 6.8 ZigBee
      1. 6.8.1 Topologien
      2. 6.8.2 ZigBee Green Power
    9. 6.9 ANT/ANT+
    10. 6.10 Low-Power-Funklösungen – Low Power RF
      1. 6.10.1 Module
      2. 6.10.2 Transceiver
      3. 6.10.3 Datenrate und Reichweite
      4. 6.10.4 Einfache Kommunikation aufbauen
      5. 6.10.5 SimplicTI-Protokoll
      6. 6.10.6 Software
    11. 6.11 EnOcean-Funktechnik
      1. 6.11.1 Dolphin System Architecture
      2. 6.11.2 Starter und Programmer Kit
      3. 6.11.3 Entwicklung und Programmierung
    12. 7 Mess- und Steuerschaltungen für den Raspberry Pi
      1. 7.1 GPIO-Port
      2. 7.2 A/D- und D/A-Wandlerplatine für SPI
        1. 7.2.1 Python und grafische Oberfläche
      3. 7.3 Erweiterungen mit I2C-Bus-Schaltungen
        1. 7.3.1 Temperaturmessung
        2. 7.3.2 LCD-Ansteuerung
        3. 7.3.3 A/D- und D/A-Messung
        4. 7.3.4 Echtzeituhr stellen und lesen
  11. 8 Solarzellentester selbst gebaut
    1. 8.1 Verfahren für die Charakterisierung von Solarzellen
    2. 8.2 Schaltungsaufbau
      1. 8.2.1 Spannungsversorgung
      2. 8.2.2 Widerstandsmatrix und Peripherie
      3. 8.2.3 Relais und Treiber
      4. 8.2.4 Lichtsensor zur Messung der Beleuchtungsstärke
    3. 8.3 Programmablauf und Bedienung
    4. 8.4 Implementierung der Software
      1. 8.4.1 LCD- und Menüsteuerung
      2. 8.4.2 Messen der Beleuchtungsstärke
      3. 8.4.3 Maximum-Power-Point-Messung
      4. 8.4.4 Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom messen
      5. 8.4.5 Ausgabe der Messergebnisse
  12. Index
  13. Cover-Rückseite