Einleitung

Dieses Buch wurde als praktisches Handbuch für Mikorcontroller und Robotik konzipiert, in der Hoffnung, dem Leser bei der Entwicklung von „smarten“ Lösungen zu helfen. Darüber hinaus soll es auch dazu beitragen, die Begeisterung für den Ingenieurberuf bei jungen Menschen zu wecken. In erster Linie richtet sich das Buch an Schulen sowie Universitäten, aber auch an Bastler und Unternehmen, die im Rahmen von Projekten mit AVR Mikrocontrollern arbeiten möchten.

Ziel ist es, sowohl Lehrende als auch Lernende dabei zu unterstützen, rasch Ergebnisse zu erzielen: so soll Schülern und Studenten neues Wissen vermittelt und das Leben der Lehrenden erleichtert werden.

Plattform

Für die praktischen Beispiele in diesem Buch wird ein AVR ATmega128 Mikrocontrollersystem,das sogenannte HomeLab Kit, als grundlegende Plattform genutzt. Die AVR Mikrocontroller sind, neben Microchip PIC, die am weitesten verbreiteten in der Hobby-Robotik-Community. Darüber hinaus sind siebesonders gut für Lehrzwecke geeignet.

Das Buch ist systematisch in fünf Kapitel unterteilt:

1. Das erste Kapitel gibt eine kurze Einführung in die grundlegenden elektronischen Prinzipien und Berechnungen. Die vorgestellten Beispiele und Formeln sind sehr nützlich für viele folgende Aufgaben. Außerdem wird die Programmiersprache „C“ kurz vorgestellt und ein paar grundlegende Anwendungsbeispiele werden diskutiert.

2. Im zweiten Kapitel wird am Beispiel des ATmega 128 ein Überblick über 8-bit AVR Mikrocontroller gegeben. Dieses Kapitel basiert weitgehend auf dem Datenblatt des ATmega Mikrocontrollers, stellt die benötigten Informationen jedoch vereinfacht und übersichtlicher dar. Hier werden allgemein die Grundfunktionen eines Mikrocontrollers erörtert.

3. Dieses Kapitel führt die Hardware- und Softwareplattform ein, welche für Lehrzwecke entwickelt wurde und als Grundgerüst für weitere Beispiele in den folgenden Kapiteln dient. Ferner wird an dieser Stelle auch die „HomeLab Library“, eine für das Kit entwickelte Softwarebibliothek, welche vereinfachte Methodenaufrufe für häufig genutzte Funktionalitäten bietet, vorgestellt. Dies bietet dem Benutzer den Vorteil, dass er sich auf die Logik seiner Software konzentrieren kann, anstatt den Fokus auf das Programmieren von Registern legen zu müssen. Dabei berücksichtigt dieses Buch sowohl Windows- als auch Linux-Betriebssysteme.

4. Im vierten Kapitel werden schließlich praktische Beispiele sowie Übungen vorgestellt. Die Beispiele sind unterteilt in „Labs“ (Übungsabschnitte) und decken die meisten elektro-mechanischen Bauteile und Funktionen ab. Jeder Abschnitt enthält zunächst eine kurze Beschreibung des theoretischen Hintergrunds sowie praktische Beispiele. Durch einfaches Kopieren der Beispielprogramme in den Controller hat der Nutzer direkt die Möglichkeit, die Funktionen zu nutzen. Am Ende jedes Unterkapitels finden sich Beispielaufgaben sowie Verständnisfragen zum jeweiligen Übungsabschnitt. Sämtliche Übungen sind nach ihrem Schwierigkeitsgrad gegliedert, damit sowohl Anfänger als auch Fortgeschrittene die für sie geeigneten Übungsaufgaben auswählen können. Darüber hinaus werden zum besseren Verständnis der Aufgaben Bezüge zu den betreffenden theoretischen Abschnitten dargestellt.

5. Im fünften Kapitel finden sich Tipps für die gemeinsame Arbeit an Problemstellungen. Hier wird illustriert wie man gemeinsam entwickelte Konzepte implementiert sowie präsentiert und wie Berichte verfasst werden. Dabei sind jene Themen, welche in einem Teambericht enthalten sein sollen, besonders hervorgehoben. Weiterhin wird an dieser Stelle auch ein Beispielprojekt vorgestellt, welches als Muster zum Erstellen eines präzisen Berichts für eigene Projekte dienen soll.

Wir hoffen, dass das Buch eine gute Hilfe sowohl für neue als auch für erfahrene Mikrocontroller- und Robotik-Enthusiasten darstellt und vielen Menschen diese Technologie näher bringt.

Bochum, im Sommer 2013

Sven Seiler