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Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller ist ein Chip, der neben einem Prozessor auch RAM, ROM und Onboard-Peripherie enthält. Er ist damit praktisch ein Ein-Chip-Computersystem und deshalb prädestiniert, spezifische Steuerungs- und Überwachungsaufgaben zu übernehmen. Sein Einsatz verbreitet sich immer mehr, denn er ist klein und günstig. Mikrocontroller sind beispielsweise in Chipkarten, Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräten und Fahrzeugen zu finden. Ein Fahrzeug der Oberklasse enthält mittlerweile bis zu 80 Mikrocontroller. Mit der Verbreitung der Fahrer-Assistenzsysteme wird diese Zahl noch weiter steigen.

Die Aufgabe

Eine unserer Arbeitsgruppen sollte die Fahrzeug-Kommunikation modellieren. Die Schüler bauten drei Fahrzeuge, die mit Sensoren und einer Motorsteuerung auf Basis des Mikrocontrollers der PIC 16F87x-Familie der Firma Arizona Microchip versehen sind. Ihre Aufgabe bestand darin, die Mikrocontroller so zu programmieren, dass sie eine Verkehrssituation real simulieren konnten. Aber auch alle anderen Schüler des Wettbewerbsteams sollten verstehen, wie ein Mikrocontroller aufgebaut ist, welche Hardwareumgebung er benötigt und wie er programmiert wird.

Die Ausgangssituation

Nachdem wir bereits im LEGO-Mindstorms-Workshop mit einem Mikrocontroller, dem RCX-Baustein, gearbeitet hatten, wollten wir nun die Blackbox „öffnen“ und mehr über den Chip wissen. Als Lernumgebung verwendeten wir einen „iL-TROLL“-Chip mit einem PIC 16F872. Dies ist ein Mikrocontroller mit einem kleinen Betriebssystem (Kernel), der es erlaubt, den Baustein ohne Programmiergerät zu beschreiben. Zu diesem iL-TROLL Baustein gibt es eine Experimentierplatine mit Schaltnetzteil, Download-Interface, LCD-Schnittstelle, Potentiometer für Analog-Eingänge, Taster und LEDs. Über Buchsenleisten lassen sich sowohl weitere Bausteine als auch externe Platinen anschließen. Zum Programmieren des Mikrocontrollers stehen ein kostenloser PIC-BASIC-Compiler und eine Entwicklungsumgebung zur Verfügung.

Der Workshop

In einer Einführung lernten wir anhand verschiedener, immer mehr ins Detail gehender Blockdiagramme die Architektur des PIC-MC kennen. Erste Schritte der Programmierung folgten: LED als Blinklicht variabler Taktfrequenz, Dualzähler, Lauflicht, Ansteuern eines kleinen Lautsprechers, Einlesen von Tastenzustände und Reaktion darauf. Mit diesen Vorkenntnissen konnten wir schon eine Treppenhausbeleuchtung und eine Alarmanlage programmieren.

Die im PIC-Mikrocontroller integrierten A/D-Wandler eröffnen die Möglichkeit, Sensoren mit analogen Signalausgängen einzusetzen. Wir verwendeten beispielsweise LDRs (lichtabhängige Widerstände) und PTC-Halbleiter (temperaturabhängige Widerstände - Kaltleiter) als Licht- bzw. Temperatursensoren. Der Anschluss eines kleinen LCD-Displays an die Experimentierplatine gab uns schließlich die Möglichkeit, Klartext auszugeben. Nun konnten wir richtig messen.

Die Temperatursensoren erlaubten, ein Temperaturmessgerät herzustellen. Mit Infrarot-Reflexlichtschranken konnten wir Hindernisse detektieren und die Geschwindigkeit eines Modellautos bestimmen. Mit Hilfe einer Lichtschranke porgrammierten wir einen Zähler und mit einem Baustein zur Distanzmessung simulierten wir die Rückfahrsensoren von Fahrzeugen.

Das Fazit

Die vielen Anwendungsmöglichkeiten eines Mikrocontrollers haben uns beeindruckt. Wir sind stolz, dass wir die Programmierung der Einzelaufgaben geschafft haben. Immerhin gelang es uns, eine einfache Einparkhilfe zu programmieren. Wie viel schwieriger mag das Programmieren eines Fahrer-Assistenzsystems sein.

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