Innføring: mikrokontrollere

En mikrokontroller, for eksempel en Arduino eller en Micro:bit, er en liten elektronisk enhet som inneholder en prosessor (CPU), et minne og innganger/utganger (I/O) som kan programmeres til å utføre spesifikke oppgaver.

Vi kan se på mikrokontrollere som små datamaskiner eller styreenheter som er spesialbygd for én enkelt arbeidsoperasjon. De er utvikla for å gjøre det enklere for amatører og studenter å eksperimentere med elektronikk og programmering.

Arduino

Arduino er en åpen kildekodeplattform som består av både maskinvare og programvare. Arduino tilbyr et enkelt programmeringsverktøy og ei rekke forskjellige mikrokontrollerkort.

Arduino-korta kommer med innganger og utganger i form av digitale og analoge pinner som du kan koble til sensorer, motorer, lys og andre komponenter.

Vi programmerer Arduinoer ved å skrive kode i Arduinos eget programmeringsspråk Arduino IDE, som likner på C++.

Micro:bit

Micro:bit er en lommevennlig mikrokontroller som er utvikla spesielt for utdanning. Den er enkel å programmere og inneholder LED-lys, akselerometer og Bluetooth.

Micro:bit er spesielt populær blant studenter, spesielt i de yngre aldersgrupper, for den kan brukes til spill, animasjoner, enkle sensorbaserte enheter og andre morsomme prosjekter og opplevelser.

Både Arduino og Micro:bits mikrokontrollere er bevisst utforma for å være enkle å bruke, og de er et flott startsted for den som vil lære grunnleggende konsepter innenfor elektronikk, programmering og databehandling.

Vi kan lage programmer til alt fra blinkende LED-lys til roboter, selvkjørende kjøretøy, hjemmeautomatisering og interaktive installasjoner ved hjelp av disse mikrokontrollerne.

Raspberry Pi

Raspberry Pi er en serie av rimelige enkeltkort-datamaskiner som er utvikla av Raspberry Pi Foundation, Raspberry Pi Foundation er en ideell organisasjon som har som mål å fremme læring innen databehandling og programmering blant unge mennesker.

Raspberry Pi støtter flere operativsystemer, inkludert forskjellige Linux-baserte plattformer som Raspbian (nå kalt Raspberry Pi OS), Ubuntu og andre. Det er også mulig å kjøre Windows 10 IoT Core på enkelte modeller.

Raspberry Pi er blitt en populær plattform for opplæring, prototyping og hobbyprosjekter, men også for profesjonell bruk, blant annet for programmering av mediaspillere, roboter, trådløse rutere og hjemmeautomatiseringssystemer.

Å programmere en mikrokontroller vil si å skrive kode som styrer mikrokontrollerens oppførsel og funksjonalitet. Dette gjør vi ved å lage en sekvens av instruksjoner i et bestemt programmeringsspråk som mikrokontrolleren forstår. Når koden er lasta inn på mikrokontrolleren, utfører den instruksjonene i koden ved å kontrollere ulike innganger, utganger og prosesser. Vi skal nå se nærmere på framgangsmåten.

Velg en passende mikrokontroller

Før du begynner å programmere, må du velge riktig mikrokontroller for prosjektet ditt. Det er ulike typer mikrokontrollere tilgjengelig, alle med forskjellige funksjoner og spesifikasjoner. Du må vurdere

• hva mikrokontrolleren skal gjøre

• hvilke tilkoplinger du trenger

• hvilke sensorer og aktuatorer som er nødvendige

Installer programmeringsverktøyet (utviklingsmiljøet)

På fagspråket kaller vi programmeringsverktøyet for et utviklingsmiljø. Du må installere et passende integrert utviklingsmiljø (også kalt IDE, Integrated Development Environment) for mikrokontrolleren. Dette utviklingsmiljøet gir deg verktøya du trenger for å skrive, kompilere og laste opp koden til mikrokontrolleren.

Skriv koden

Du skriver koden ved hjelp av et programmeringsspråk som støttes av mikrokontrollerens IDE. For eksempel kan Arduino-brukere skrive kode i Arduino-språket, som ligner på C++.

Du kan også programmere på andre måter, for eksempel ved å bruke blokkprogrammering. Da bygger du programmet ved å dra blokk for blokk inn i programmet og angir hvilke parametere som skal benyttes.

Kompiler koden

Du må kompilere koden for å konvertere den til en maskinlesbar form som mikrokontrolleren kan forstå. Kompileringa skjer i utviklingsmiljøet.

Under kompileringa kjører programmeringsverktøyet en sjekk av koden for å se om det er noen programmeringsfeil, eller om noe er skrevet feil. Det er viktig å få all koden riktig, for selv så enkle feil som at det mangler et semikolon eller et annet lite tegn, har store konsekvenser.

Feilsøk og test

Koden må vere riktig, men i tillegg må den få mikrokontrolleren til å gjøre det du ønsker. Det kan du kontrollere ved å lage ei simulering, for eksempel i verktøyet Tinkercad. Der kan du velge deler, kople dem opp og aktivere sensorene. Deretter kan du simulere blant annet lyd, lys, temperatur og avstandar på sensorene.

Last opp koden

Når koden er kompilert, laster du den opp til mikrokontrolleren. Dette kan du gjøre ved hjelp av en USB-tilkopling eller en annen tilkoplingsmetode som mikrokontrolleren støtter.

Kjør koden

Mikrokontrolleren utfører nå den lasta koden. Den kan lese sensorer, styre motorer, kommunisere med andre enheter og utføre ulike oppgaver, avhengig av koden du har skrevet.

Et godt råd til slutt

Programmering av mikrokontrollere krever at du forstår hvordan programmer er bygd opp, og at du kjenner til spesifikasjonene og funksjonene til mikrokontrolleren du bruker.

Begynn med enkle prosjekter, og bygg gradvis opp kunnskaper og ferdigheter etter hvert som du blir tryggere på programmering av mikrokontrollere.