Mikrocontroller programmieren ohne PC – tastenprogrammierbare Steuerung TPS

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Aus ELVjournal 05/2012     0 Kommentare
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Die Idee ist so einfach wie genial – ein kleiner Steuercomputer soll ohne PC oder Programmiergerät nur über ein paar Tasten programmiert werden. Dabei soll der Befehlssatz so kompakt sein, dass man ihn im Kopf behalten kann. Der Steuercomputer selbst sollte ebenso übersichtlich konfiguriert sein: 4 Eingänge, 4 Ausgänge, 1 PWM-Ausgang und 1 oder 2 ADC-Ports, fertig. Genau diese Idee ist nun in Form des neuen Franzis-Lernpakets „Mikrocontroller programmieren“ zur Realität geworden.

Computerprogramm ganz einfach

Die Geschichte dieses Lernpakets war auf der Internet- Seite des bekannten Elektronik-Autors Burkhard Kainka [1] schon lange zu verfolgen. Im Urlaub kam ihm die Idee: Man müsste eine kleine Mikrocontroller-Platine dabeihaben, die mit Bordmitteln, ohne einen PC, programmierbar sein sollte. So könnte man z. B. auch im Urlaub sein Gehirn trainieren und etwa „eben mal, quasi am Strand“ ein neues Geschicklichkeitsspiel für die Familie entwickeln. Zitat: „Ein kleiner Steuercomputer soll ohne PC oder Programmiergerät nur über ein paar Tasten programmiert werden können. Der Befehlsvorrat soll so einfach sein, dass man ihn im Kopf behalten kann, um notfalls ganz ohne Unterlagen ein Steuerprogramm zu entwickeln. Damit alles möglichst klein und überschaubar ist, soll es ein 4-Bit-System werden. Es gibt 4 digitale Ausgänge, 4 digitale Eingänge, intern verarbeitete Daten haben eine Breite von 4 Bit, und auch die Befehle sind nur mit 4 Bit kodiert, d. h., es gibt maximal 16 Befehle, die man sich merken muss.“ Als Anzeige sollten 4 binär anzeigende LEDs dienen, die abwechselnd Adressen, Befehle und Daten anzeigen sollen. Zum Programmieren und Starten des Programms sollten 3 Tasten reichen. Die erste Version dieser tastenprogrammierbaren Steuerung (TPS) entstand mit einem unter BASCOM geschriebenen Interpreter auf einem Atmel- AVR. Später wurde das Programm mit einem C-Compiler auf den preiswerten Holtek-Controller HT46F47 portiert. Ein solcher wurde so schon beim „Modellbahn-Universal-Beleuchtungs-Set“ von Franzis eingesetzt. Im neuen Lernpaket „Mikrocontroller programmieren“ kommt eine auf einem IC-Sockel steckbare DIL-Version zum Einsatz, die den Vorteil hat, dass man direkt Anwendungen auf einen mit der Firmware versehenen Controller programmieren und diesen in einer eigenen Applikationsumgebung einsetzen kann. Dass diese interessante Lösung nicht nur „Programmiermuffel“ ansprechen kann, sondern auch die Gemeinde der sonst auf AVRs Programmierenden herausfordert, kann man aktuell beim ebenfalls unter [1] laufenden Programmierwettbewerb erleben. Tatsächlich ist dieser kleine Steuercomputer etwas für die, die sich nicht mit der kompletten Programmierung von Mikrocontrollern herumschlagen möchten. Da setzt die TPS eben noch weit unterhalb der Arduino-Ebene an, wo man immerhin noch eine einfache, C-ähnliche Hochsprache erlernen muss.
Bild 1: Die Grundidee der TPS: Blackbox-Controller mit 4 Eingängen, 4 Ausgängen, 3 Tastern, Analogport und PWM-Ausgang. Grafik: B. Kainka
Bild 1: Die Grundidee der TPS: Blackbox-Controller mit 4 Eingängen, 4 Ausgängen, 3 Tastern, Analogport und PWM-Ausgang. Grafik: B. Kainka
Für den TPS-Controller genügen ganze 14 Befehle, die man nach kurzer Zeit im Kopf hat, und die tatsächlich nur über die 2 Tasten auf der Platine eingegeben und durch eine 3. Taste gestartet werden. Die Ausgabe der Ergebnisse erfolgt über 4 LEDs und 1 PWMAusgang. Bild 1 zeigt diese Grundidee. Statt der LEDs kann man genauso gut über eine Transistorstufe Relais anschließen und damit einen Aktor realisieren, z. B. für einen Zeitschalter, einen Dämmerungsschalter, eine Zufallssteuerung und andere Ideen. Auch analoge Vorgänge sind auswertbar, dazu stehen 2 Analog-Ports zur Verfügung. Hier kann der kleine Prozessor schon mehr als die Maschine in meiner lange zurückliegenden Studienzeit, an die ich zurückdenken musste: ein kleines Tastenpult, in das Rechenkombinationen in Befehlsform, Adresse für Adresse, Bit für Bit, einzugeben waren. Nach dem Speichern (damals noch auf Magnetbänder und Kernspeicher) konnte das Programm gestartet werden, und die Rechenergebnisse erschienen in kryptischer Form auf ein paar Leuchtanzeigen – ein Display hatte dieser Rechner noch nicht. Das Programmieren war freilich deutlich komplizierter als bei unserem kleinen Controller hier, aber der grundsätzliche Vorgang ähnlich.

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