1 Einführung in die Entwicklungs- und Schaltungsumgebung

Das Internet der Dinge erfährt derzeit einen beachtlichen Hype. Die Hardware wird durch Raspberry Pi, Arduino und vergleichbare Systeme geprägt. Dabei handelt es sich um vollständige Einplatinenrechner zu günstigen Preisen. Maßgeblich für deren Erfolg ist die enge Verbindung zwischen Hard- und Software. An den Schnittstellen kann man allerlei „Gerätschaften“ anschließen, zum Beispiel zur Hausautomation. Eine Steuerung über das Internet ist angedacht. Dieser Ansatz ist jedoch nicht neu. Mithilfe der Mikrocontrollertechnik ist es schon seit Jahren möglich, Systeme mit einer gewissen Eigenintelligenz auszustatten.

Auch im Bereich der Mikrocontrollertechnik hat sich vieles getan. Während man früher absolut hardwarenah mit „kryptischen“ Assemblerbefehlen entwickelt hat, sind die heutigen Plattformen so leistungsfähig, dass eine Programmentwicklung in Hochsprachen (C, Basic, Pascal) erfolgt. Mit anderen Worten: Die Umsetzung der Ideen in Software findet in integrierten Entwicklungsumgebungen (IDEs) statt, deren Bedienung und Funktionsumfang denen von Visual Studio, Eclipse und Co. gleichen. Der Unterschied in der Projektentwicklung besteht darin, dass auch eine Konzeption der Hardware und deren letztendliche Herstellung zum Aufgabengebiet gehört, d. h. man muss den Lötkolben in die Hand nehmen. Damit verlassen wir den Bereich, wo man ausschließlich mit Softwareentwicklung zum Ziel kommt. Aber eigentlich ist dieses auch schon beim Raspberry Pi oder Arduino der Standard. An diese Einplatinenrechner im Miniformat (Checkkartengröße) können an den Schnittstellen vielfältige Hardwareerweiterungen angeschlossen werden, zum Beispiel zur Steuerung der unterschiedlichsten Akteure zur Heim- und Hausautomation, wie eine automatisierte Heizungssteuerung. Diese Hardwareerweiterungen gibt es teilweise als fertige Endprodukte, tatsächliche Innovationen und individuelle Lösungen sind jedoch eigenständig zu konzipieren und umzusetzen. Im Internet und diversen Fachzeitschriften ist ein regelrechter Wettbewerb ausgebrochen, welche Aufgaben mit diesen Minicomputern und deren Hardwareerweiterungen alle zu bewerkstelligen sind. Kreative Ansätze und Lösungen sind in jeder Hinsicht gefragt.

Dieser shortcut wird sich mit der Verwendung, Konzeption und Programmentwicklung von Mikrocontrollersystemen auseinandersetzen. Wir wagen als Softwareentwickler einen weiten Blick über den Tellerrand und schauen sozusagen zu den Wurzeln der Computertechnologie, deren Ursprünge zweifelsohne in der angewandten Elektronik liegen. Begleiten Sie uns spielerisch auf eine interessante Reise mit einer Vielzahl neuer Ein- und Ausblicke. Dazu haben wir ein bekanntes und etabliertes Ökosystem von Mikrocontrollern der Firma Microchip ausgewählt. Der Einstieg – sowohl in die Hardware, als auch in die Softwareentwicklung – ist recht unkompliziert, technisches Verständnis vorausgesetzt. Es stehen vielfältige Möglichkeiten der Unterstützung, wie Schaltungsentwürfe und Softwarebibliotheken, bereit.

Erste Entscheidung: Welche Familie?

Es geht darum, für welche Mikrocontrollerfamilie man sich entscheidet. Ein späterer Wechsel ist natürlich auch noch möglich, verursacht aber einiges an Aufwand. Auswahlkriterien sind [1]:

• Verfügbarkeit: Während einige Mikrocontroller über viele Bezugsquellen, u. a. auch als Einzelstücke zu beziehen sind, gibt es andere nur in großen Stückzahlen.
• Bauform: Ist der gewünschte Controller auch in der richtigen Bauform, z. B. nicht nur als SMD (Surface-mounted Device; diese haben im Gegensatz zu