Mikrocontroller programmieren – wichtige Basics zum Einstieg

Viele Programmierer schreiben Programme für den Computer, das Tablet oder das Smartphone. Mittlerweile erfreut sich aber auch die Mikrocontroller-Programmierung einer wachsenden Beliebtheit. Die kleinen Computer auf einem winzigen Chip ermöglichen es, Aktoren und Sensoren wie Schalter und Relais programmierbar zu machen.

Für tiefergehende Informationen zum Thema Mikrocontroller-Programmierung ist es sicher empfehlenswert, entsprechende Bücher über Mikrocontroller zu lesen. In diesem Artikel möchten wir euch aber schon einen kleinen Einstieg in die Welt der Mikrocontroller-Programmierung und ein paar Tipps für die Auswahl einer geeigneten Plattform für euer Projekt geben.

Mikrocontroller kaufen und beschalten

Mikrocontroller werden als reine Chips von mehreren Herstellern angeboten. Derartige nackte Chips sind aber recht kompliziert zu programmieren. Ihr bräuchtet einen Programmer, um den Chip an den Rechner anzuschließen und müsstet ihn mit Strom versorgen. Darüber hinaus müsst ihr die Aktoren und Sensoren mit dem Controller verbinden. Für Einsteiger ist ein sogenanntes Developer-Board die bessere Wahl. Diese Boards werden von allen großen Herstellern angeboten.

Sie verfügen über eine Programmierschnittstelle, einen Stromanschluss und eine simple Möglichkeit, Aktoren und Sensoren anzuschließen. Es stehen viele verschiedene Developer-Boards zur Auswahl. Wofür ihr euch entscheidet, ist auch davon abhängig, welche zusätzlichen Komponenten ihr kaufen wollt. Deshalb solltet ihr unbedingt vor dem Kauf überlegen, welche Funktionalität euer Projekt braucht, denn dadurch spart ihr Zeit und sinnlose Investitionen.

Weitere Komponenten

Sobald ihr genau wisst, wohin es mit eurem Projekt gehen soll, könnt ihr auch die restlichen Komponenten kaufen. Empfehlenswert sind zum Beispiel ein Breadboard und ein Jumper-Kabel. Sie helfen euch dabei, jene Komponenten an den Controller anzuschließen, die ihr nicht als Shield erwerben könnt. Behaltet bei der Auswahl neben dem Stromverbrauch auch die Wärmeentwicklung und die Betriebsspannung der Komponenten im Auge. Grundsätzlich sind Elektronikkenntnisse bei der Mikrocontroller-Programmierung immer von Vorteil.

Vergesst nicht, dass bei der Hardware-Entwicklung im Gegensatz zur Software-Programmierung immer die Möglichkeit besteht, durch grobe Fehler Schäden an der Hardware zu verursachen. Deshalb ist es auch empfehlenswert, am Anfang ein preiswertes Board und günstige Aktoren und Sensoren zu kaufen. Wenn es euch noch Schwierigkeiten bereitet, vor dem Programmieren die Schaltung zusammenzustellen, könnt ihr die Funktionalität auch mit LEDs und Potentiometern testen, welche die Sensoreingabe simulieren.

Wie wird das Board programmiert?

Beim Aussuchen des Boards spielen auch eure Programmierkenntnisse eine Rolle. Bei geringem Hintergrundwissen sind Arduinos eine gute Wahl, weil sie sich dank der processing-Sprache einfach programmieren lassen. Zudem gibt es einige fertige Projekte, die ihr einfach anpassen könnt, um erste Erfolge zu sehen. Auf jeden Fall sind Kenntnisse in der Programmiersprache C++ für die Mikrocontroller-Entwicklung aber empfehlenswert. Unabhängig davon, welche Plattform und welches Toll ihr für die Programmierung wählt, benötigt ihr neben dem Editor zur Eingabe des Quellcodes auch eine Tool-chain.

Klassische Programmierer müssen sich meist nicht um die Auswahl des Compilers kümmern. Jetzt übersetzt ihr aber ein Programm, dessen Assembler-Code auf einem anderen Gerät laufen soll, weshalb ein sogenannter cross-platform-compiler oder cross-compiler erforderlich ist. Zudem braucht ihr libraries, die dazu dienen, Hardware-spezifische Aspekte in den Programmablauf einzufügen. Auch ein Linker ist erforderlich. Er baut alles nach den Vorgaben, die ihr im Makefile trefft, zusammen und bereitet es für die Ausführung vor. Ihr müsst nicht zwangsläufig die Compiler-Kommandos von Hand auf der Konsole eingeben.

Stattdessen könnt ihr auch eine integrierte Entwicklungsumgebung (Integrated Development Environment, IDE) verwenden. Hier stellt das Programm Eclipse eine beliebte und kostenfreie Lösung dar. Über seine Vorteile und Features könnt ihr euch unter downloaden.de genauer informieren. Dies ist ein großes Portal mit Testberichten zu allerhand kostenloser Software, wo ihr die entsprechenden Tools auch direkt downloaden könnt. In jedem Fall trefft ihr mit Eclipse für die Mikrocontroller-Entwicklung eine gute Wahl, denn die meisten Alternativen wie beispielsweise Visual Studio sind kostenpflichtig.

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