Innføring: mikrokontrollerar

Ein mikrokontroller, til dømes ein Arduino eller ein Micro:bit, er ei lita elektronisk eining som inneheld ein prosessor (CPU), eit minne og inngangar/utgangar (I/O) som kan programmerast til å utføre spesifikke oppgåver.

Vi kan sjå på mikrokontrollerar som små datamaskiner eller styreeiningar som er spesialbygde for éin enkelt arbeidsoperasjon. Dei er utvikla for å gjere det enklare for amatørar og studentar å eksperimentere med elektronikk og programmering.

Arduino

Arduino er ei open kjeldekodeplattform som består av både maskinvare og programvare. Arduino tilbyr eit enkelt programmeringsverktøy og ei rekke ulike mikrokontrollerkort.

Arduino-korta kjem med inngangar og utgangar i form av digitale og analoge pinnar som du kan kople til sensorar, motorar, lys og andre komponentar.

Vi programmerer Arduinoar ved å skrive kode i Arduinos eige programmeringsspråk Arduino IDE, som liknar på C++.

Micro:bit

Micro:bit er ein lommevennleg mikrokontroller som er utvikla spesielt for utdanning. Han er enkel å programmere og inneheld LED-lys, akselerometer og Bluetooth.

Micro:bit er spesielt populær blant studentar, spesielt i dei yngre aldersgruppene, for han kan brukast til spel, animasjonar, enkle sensorbaserte einingar og andre morosame prosjekt og opplevingar.

Både Arduino og Micro:bit sine mikrokontrollerar er bevisst utforma for å vere enkle å bruke, og dei er ein flott startstad for den som vil lære grunnleggande konsept innanfor elektronikk, programmering og databehandling.

Vi kan lage program til alt frå blinkande LED-lys til robotar, sjølvkøyrande køyretøy, heimeautomatisering og interaktive installasjonar ved hjelp av desse mikrokontrollerane.

Raspberry Pi

Raspberry Pi er ein serie av rimelege enkeltkort-datamaskiner som er utvikla av Raspberry Pi Foundation. Raspberry Pi Foundation er ein ideell organisasjon som har som mål å fremme læring innan databehandling og programmering blant unge menneske.

Raspberry Pi støttar fleire operativsystem, inkludert ulike Linux-baserte plattformer som Raspbian (no kalla Raspberry Pi OS), Ubuntu og andre. Det er òg mogleg å køyre Windows 10 IoT Core på enkelte modellar.

Raspberry Pi har blitt ei populær plattform for opplæring, prototyping og hobbyprosjekt, men òg for profesjonell bruk, mellom anna til programmering av mediaspelarar, robotar, trådlause ruterar og heimeautomatiseringssystem.

Å programmere ein mikrokontroller vil seie å skrive kode som styrer åtferd og funksjonalitet. Dette gjer vi ved å lage ein sekvens av instruksjonar i eit programmeringsspråk som mikrokontrolleren forstår. Når koden er lasta inn på mikrokontrolleren, utfører han instruksjonane i koden ved å kontrollere ulike inngangar, utgangar og prosessar. Vi skal no sjå nærare på framgangsmåten.

Vel ein passande mikrokontroller

Før du begynner å programmere, må du velje rett mikrokontroller for prosjektet ditt. Det er ulike typar mikrokontrollerar tilgjengelege, alle med ulike funksjonar og spesifikasjonar. Du må vurdere

• kva mikrokontrolleren skal gjere

• kva tilkoplingar du treng

• kva sensorar og aktuatorar som er nødvendige

Installer programmeringsverktøyet (utviklingsmiljøet)

På fagspråket kallar vi programmeringsverktøyet for eit utviklingsmiljø. Du må installere eit passande integrert utviklingsmiljø (også kalla IDE, Integrated Development Environment) for mikrokontrolleren. Dette utviklingsmiljøet gir deg verktøya du treng for å skrive, kompilere og laste opp koden til mikrokontrolleren.

Skriv koden

Du skriv koden ved hjelp av eit programmeringsspråk som blir støtta av utviklingsmiljøet til mikrokontrolleren. Til dømes kan Arduino-brukarar skrive kode i Arduino-språket, som liknar på C++.

Du kan òg programmere på andre måtar, til dømes ved å bruke blokkprogrammering. Då bygger du programmet ved å dra blokk for blokk inn i programmet og oppgi kva parameterar som skal nyttast.

Kompiler koden

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

Under kompileringa køyrer programmeringsverktøyet ein sjekk av koden for å sjå om det er nokre programmeringsfeil, eller om noko er skrive feil. Det er viktig å få all koden rett, for sjølv så enkle feil som at det manglar eit semikolon eller eit anna lite teikn, har store konsekvensar.

Feilsøk og test

Koden må vere rett, men i tillegg må han få mikrokontrolleren til å gjere det du ønsker. Det kan du kontrollere ved å lage ei simulering, til dømes i verktøyet Tinkercad. Der kan du velje delar, kople dei opp og aktivere sensorane. Deretter kan du simulere mellom anna lyd, lys, temperatur og avstandar på sensorane.

Last opp koden

Når koden er kompilert, lastar du han opp til mikrokontrolleren. Dette kan du gjere ved hjelp av ei USB-tilkopling eller ein annan tilkoplingsmetode som mikrokontrolleren støttar.

Køyr koden

Mikrokontrolleren utfører no den lasta koden. Han kan lese sensorar, styre motorar, kommunisere med andre einingar og utføre ulike oppgåver, avhengig av koden du har skrive.

Eit godt råd til slutt

Programmering av mikrokontrollerar krev at du forstår korleis program er bygde opp, og at du kjenner til spesifikasjonane og funksjonane til mikrokontrolleren du bruker.

Begynn med enkle prosjekt, og bygg gradvis opp kunnskapar og ferdigheiter etter kvart som du blir tryggare på programmering av mikrokontrollerar.