Praktikum Mikrocontroller und Eingebettete Systeme

1 Einführung
Ziel dieses Praktikums ist ein vertiefter Einblick in die Funktionsweise eingebetteter Systeme.
Im Mittelpunkt des Praktikums stehen Eingebette Systeme und deren Hardware. Um die speziellen
Anforderungen Eingebetteter Systeme an ihre Hardware zu verstehen muss deren Anwendungsgebiet von
dem herkömmlicher Rechensysteme abgegrenzt werden. Diese Abgrenzung liefert uns die Definition von
Eingebetteten Systemen.
Eine häufig verwendete Definition nach Thaller lautet: ”Bei Eingebetteten Systemen handelt es sich
um einen durch Software kontrollierten Computer oder Mikroprozessor, der Teil eines größeren Systems
ist, dessen primäre Funktion nicht rechenorientiert ist.”
Eine etwas anschaulicherer und ausführlichere Definition findet sich auf Wikipedia: ”Der Ausdruck
eingebettetes System (auch engl. embedded system) bezeichnet einen elektronischen Rechner oder auch
Computer, der in einen technischen Kontext eingebunden (eingebettet) ist. Dabei hat der Rechner entweder
die Aufgabe, das System, in das er eingebettet ist, zu steuern, zu regeln oder zu überwachen.
Oder der Rechner ist für eine Form der Daten- bzw. Signalverarbeitung zuständig, beispielsweise Ver-
/Entschlüsseln, De-/Codieren oder Filtern.”
Beiden Definitionen ist gemeinsam, dass sie das Feld der Eingebetteten Systeme vom Bereich der
Allzweck-/Mehrzweck-Rechner abgrenzen wollen. Dieser Übergang gestaltet sich allerdings fließend: Konnten
Handys zu ihrer Anfangszeit wenig mehr als Stimmen zu digitalisieren und Daten zu senden, können
sie heute dank Minibetriebssystemen und Java Applets beliebige Programme ausführen. Waren Spielekonsolen
anfangs nur wenig komplexer als Taschenrechner, können sie heute mit Standardbetriebsystemen
ausgestattet werden und bleiben im Leistungsumfang kaum hinter Desktop Rechnern zurück.
Einige Eingebetteten Systeme können also durchaus dieselbe Komplexität wie Mehrzweckrechner
erreichen und in manchen Fällen auch zu solchen werden.
In unserem Alltag begegnen wir allerdings am häufigsten einer anderen Art von Eingebetteten Systemen.
Einfache und deshalb auch billige Rechensysteme sind in Spülmaschinen, Kaffeeautomaten oder
digitalen Armbanduhren zu finden und damit beinahe allgegenwärtig. Bei solchen Systemen reicht häufig
schon ein einzelner Mikrocontroller ohne Betriebssystem aus, um die gewünschte Funktion zu realisieren.
Um einen hardwarenahen Einblick in das Gebiet der Eingebetten Systeme zu bieten, steht deshalb im
Praktikum ein Versuchsboard mit integriertem ATmega128 Mikrocontroller und verschiedenen Peripherieanschlüssen
zu Verfügung. Der ATmega128 enthält einen relativ einfachen 8-Bit RISC-Prozessorkern.
Dies ermöglicht es auch unerfahrenen Anwendern Programme direkt in Assembler zu verfassen und so die
wichtigsten Komponenten eines Mikrocontrollers kennenzulernen und direkt anzusteuern. Die Lernziele
des Praktikums lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• Detaillierte Einführung in Aufbau und Programmierung des ATmega128.
• Einsatz der parallelen und der seriellen Schnittstellen des Mikrocontrollers zur Kommunikation mit
anderen Rechnern.
• Einsatz von Zählern und Zeitgebern im Zusammenspiel mit Unterbrechungsbehandlung, um beispielsweise
eine Pulsweitenmodulation zu realisieren.
• Anbindung eines externen Speichers an das Mikrocontrollerboard und Implementierung eines einfachen
Treibers inklusive Funktionstest.
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