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Course_01.md

File metadata and controls

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LiaScript

Mikrocontroller Einführung II

Eingebette Systeme

Prof. Dr. Sebastian Zug, Technische Universität Bergakademie Freiberg

Welcome

Herzlich Willkommen!

Die interaktive Ansicht dieses Kurses ist unter folgendem Link verfügbar.

Der Quellcode der Materialien ist unter https://github.com/liaScript/ArduinoEinstieg/blob/master/Course_01.md zu finden.

1. Auffrischung

  • Was unterscheidet ein eingebettetes System vom Standarddesktop-Rechner?

{{1-6}}

... ein elektronischer Rechner ..., der in einen technischen Kontext eingebunden ist. Dabei übernimmt der (Kleinst-)Rechner entweder Überwachungs-, Steuerungs- oder Regelfunktionen ... weitestgehend unsichtbar für den Benutzer .. 1.

{{2-6}}

  • Was macht ein Compiler?

{{3-6}}

Compiler wird eine Software genannt, die einen in einer Programmiersprache geschrieben Quellcode so übersetzt, dass sie von Maschinen verstanden werden können.

{{4-6}}

  • Wofür steht das Arduino Projekt?

{{5-6}}

Arduino ist eine aus Soft- und Hardware bestehende Physical-Computing-Plattform. Beide Komponenten sind im Sinne von Open Source quelloffen. Die Hardware besteht aus einem einfachen E/A-Board mit einem Mikrocontroller und analogen und digitalen Ein- und Ausgängen. {{5-6}} https://www.arduino.cc/

2. Arduino Hardware / Software

Was sind die Grundelemente eines Arduino-Programmes?

int led 13;

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin led = 13 as an output.
  pinMode(led, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(led, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);               // wait for a second
  digitalWrite(led, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);               // wait for a second
}

Cheat-Sheet

2a. Fehler

Ok, Ausgaben klappen, wie sieht es mit Eingaben aus?

Bildtext

const int buttonPin = 2;     
const int ledPin =  13;      

// variables will change:
int buttonState = 0;        
int setup() {
  pinMode(ledPin, INPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  if (buttonState == HIGH) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH)
  } else {
    digitalWrite(buttonpin, LOW);
  }
}

Und wie gehen wir bei der Fehlersuche vor?

  1. Ruhe bewahren!

  2. Ruhe bewahren!

  3. Situation prüfen

    • Syntaktischer Fehler (Dein Kompiler meckert!)

    • Logischer Fehler (Du hast einen Denkfehler!)

    • Hardwarefehler (Ups, draufgetreten!)

  4. Fehlermeldung aufmerksam lesen

  5. ggf. Hypothesen aufstellen und prüfen

Aufgabe: Debuggen Sie den obigen Quellcode!.

2b. Programmiervorgang

Und wie kommt das Ganze nun auf den Controller?

Bildtext

Nutzen Sie bei der Bedienung Short-Keys!

Tastenkombination Befehl
Ctrl + S Save
Ctrl + Shift + S Save as
Ctrl + N Open new sketch
Ctrl + Q Close
Ctrl + R Verify
Ctrl + U Upload
Ctrl + F Find
Ctrl + T Adjusts the alignment and spacing
Ctrl + / Comment
Ctrl + Shift + M Open the serial monitor
Ctrl + K Open sketch folder

3. Unsere "Schatzkiste"

MangoLabsSet

3a. Joystick statt Button

Aufgabe: Schließen Sie den Joystick entsprechend dem Schaltplan an

MangoLabsSet

Controller Joystick
A0 VRx
A1 VRy
D2 SW
GND GND
5V +5V

{{1}}

int xPin = A1;
int yPin = A0;
int buttonPin = 2;
 
int xPosition = 0;
int yPosition = 0;
int buttonState = 0;
 
void setup() {
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(xPin, INPUT);
  pinMode(yPin, INPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); 
}
 
void loop() {
  xPosition = analogRead(xPin);
  yPosition = analogRead(yPin);
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
   
  Serial.print("X: ");
  Serial.print(xPosition);
  Serial.print(" | Y: ");
  Serial.print(yPosition);
  Serial.print(" | Button: ");
  Serial.println(buttonState);
 
  delay(100); // add some delay between reads

{{2-4}}

Aufgabe: Wandeln Sie das Programm so ab, dass beim bewegen des Joysticks eine Zahl verändert wird - zum Beispiel Inkrementieren beim Drücken nach vorn Dekrementieren beim Ziehen nach hinten.

{{3}}

int yPin = A1;
int xPin = A0;
int buttonPin = 2;

int xPosition = 0;
int yPosition = 0;
int buttonState = 0;

int count = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(xPin, INPUT);
  pinMode(yPin, INPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  xPosition = analogRead(xPin);
  yPosition = analogRead(yPin);
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  if (buttonState == LOW) count = 0;
  if (xPosition > 700) count++;
  if (xPosition < 300) count--;
  Serial.println(count);
  delay(100);
}

3b. Display Einführung

Langweilig ... ! Ich möchte was sehen!

Aufgabe: Verbinden Sie das Display mit dem Board entsprechend dem Beschaltungsplan.

MangoLabsSet

Arduino LCD
A4 SDA
A5 SCL
GND GND
5V VCC

Achtung für diese Aufgabe müssen Sie die zusätzliche Bibliothek LiquidCrystal installieren. Informieren Sie sich, wie dies umzusetzen ist "How to install a library for Arduino?".

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>

int lcdi2c = 0x27; // <- Hart eingecodete Adresse, die nur für unser
                   // Beispiel funktioniert, vgl. Datenblatt

void setup()
{
  LiquidCrystal_PCF8574 lcd(lcdi2c);
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setBacklight(255);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Gymnasium Döbeln");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("2. Coding Event");
}

void loop()
{}
    0                             15
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
   ╔═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╗
 0 ║G│y│m│n│a│s│i│u│m│ │D│ö│b│e│l│n║
   ╟─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─╢
 1 ║2│.│C│o│d│i│n│g│ │E│v│e│n│t│ │ ║
   ╚═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╝

{{1}} Welche Methoden stehen denn für das Display bereit?

{{1}} ** 1. Cursor Konfiguration**

{{1}}

Name Bedeutung
void noBlink();
void blink(); Blinkender Cursor
void noCursor(); Cursor unsichtbar
void cursor(); Aktiviert den Cursor
void setCursor(); Bewege den Cursor an eine Position

{{1}} ** 2. Bewegung des Cursors **

{{1}}

Name Bedeutung
void scrollDisplayLeft(); Verschiebt den Inhalt um ein Feld nach links
void scrollDisplayRight(); ... nach rechts
void leftToRight(); Textrichtung (Bewegung des Cursors nach dem Schreiben)
void rightToLeft(); ... nach links
void autoscroll(); Die Darstellung verschiebt sich automatisch mit dem erzeugen eines neuen Zeichens lcd.print('A')
void noAutoscroll(); ... aux

{{1}} ** 3. Bewegung des Cursors**

{{1}}

Name Bedeutung
void print(); Schreibt Text auf das Display, startet an der Stelle des Cursors
void write(); Schreibt ein Zeichen auf das Display
void clear(); Löschen des gesamten Displays

{{2}} Welche Ausgaben generieren folgende Codefragmente?

{{2}}

lcd.setCursor(5, 1);
lcd.print("Gymnasium Döbeln");

{{2}}

    0                             15
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
   ╔═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╗
 0 ║ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ║
   ╟─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─╢
 1 ║ │ │ │ │ │G│y│m│n│a│s│i│u│m│ │D║
   ╚═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╝

{{2}}

lcd.setCursor(2, 1);
String s = "Das ist ein Test";
int number = s.length();
for (int i = 0; i< number; i++)
  lcd.write(s[i]);

{{2}}

    0                             15
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
   ╔═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╗
 0 ║ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ║
   ╟─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─╢
 1 ║ │ │D│a│s│ │i│s│t│ │e│i│n│ │T│e║
   ╚═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╝

{{2}}

lcd.setCursor(15, 1);
lcd.rightToLeft();
String s = "Das ist ein superlanger Text der gar nicht aufhört";
int number = s.length();
for (int i = 0; i< number; i++)
  lcd.write(s[i]);

{{2}}

    0                             15
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
   ╔═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╗
 0 ║ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ║
   ╟─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─╢
 1 ║t│s│e│T│ │n│i│e│ │t│s│i│ │s│a│D║
   ╚═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╝

{{2}}

lcd.setCursor(15, 1);
lcd.autoscroll();
String s = "Das ist ein superlanger Text der gar nicht aufhört";
int number = s.length();
for (int i = 0; i< number; i++){
  lcd.write(s[i]);
  delay(1000);
}

{{2}}

    0                             15
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
   ╔═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╤═╗
 0 ║ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ║
   ╟─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─╢
 1 ║ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │D│a│s│ ║
   ╚═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╧═╝

{{3}}

Aufgabe: Bauen Sie eine Laufschrift mit den Namen der Kursteilnehmer. Wenn das Ende erreicht ist, wird die Richtung umgekehrt.

{{3}}

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>

int lcdi2c = 0x27;
LiquidCrystal_PCF8574 lcd(lcdi2c);

String names = "Anja Emil";

int number = 5;

void setup()
{
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setBacklight(255);
}

void loop()
{
  ...
}

3c. Und jetzt alles zusammmen

Aufgabe: Geben Sie auf dem Display die aktuelle Cursor-Position des Joysticks aus.

{{1}}

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>

int lcdi2c = 0x27;
LiquidCrystal_PCF8574 lcd(lcdi2c);

int xPin = A1;
int xPin = A0;
int buttonPin = 2;

int xPosition = 0;
int yPosition = 0;
int buttonState = 0;

int count = 0;

void setup() {
  pinMode(xPin, INPUT);
  pinMode(yPin, INPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setBacklight(255);
  lcd.clear();
}

void loop() {
  xPosition = analogRead(xPin);
  yPosition = analogRead(yPin);
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  lcd.clear();
  lcd.setCursor(12, 0);
  lcd.print(xPosition);
  lcd.setCursor(12, 1);
  lcd.print(yPosition);
  delay(100);
}

{{2}}

Aufgabe: Implementieren Sie eine Anwendung, die es erlaubt, sich innerhalb der Liste von Namen zu bewegen.

Footnotes

  1. nach Wikipedia "Eingebettete Systeme" ↩