Mikrokontroller

En mikrokontroller er en kompakt mikrodatamaskin som kan brukes til å styre funksjon og drift av innebygde systemer i for eksempel biler, roboter, kontormaskiner, mobiltelefoner, hvitevarer og nesten alt som finnes av elektriske eller elektroniske apparater. I likhet med større datamaskiner inneholder mikrokontrolleren typisk en prosessor, minne og forskjellige periferienheter.

De første mikrokontrollerne kom på syttitallet. På dette tidspunktet var mikrokontrollerne stort sett tenkt brukt til lommekalkulatorer. Etter hvert fant man stadig flere bruksområder, for eksempel klokker, mikrobølgeovner og bensinpumper.

Flashminne

På nittitallet ble det lansert avanserte mikrokontrollere som hadde elektrisk slettbare og programmerbare ROM-minner, for eksempel flashminne. Det unike med disse mikrokontrollerne var at de kunne programmeres, slettes og omprogrammeres med hjelp av bare elektriske signaler. Mange av mikrokontrollerne vi bruker i dag, fra for eksempel Atmel og Microchip, bruker flashminneteknologi. Andre store produsenter av mikrokontrollere er Texas Instruments og Intel.

Dagens mikrokontrollere, som AVR og PIC, blir stadig mindre, men også stadig kraftigere. Det finnes mikrokontrollere som er så små og billige at man bruker dem i tannbørster, leketøy og klær.

Arduino

Tradisjonelt sett har bruken av mikrokontrollere vært forbeholdt profesjonelle. De senere årene har man sett en oppblomstring av verktøy og miljøer (såkalte DIY-miljøer – «gjør det selv»-miljøer) som lar hobbybrukere skape relativt kompliserte systemer på «gutterommet». Et av de mest populære systemene for å utvikle elektroniske prototyper eller hobbyprosjekter kalles Arduino.

Arduino er en plattform for utvikling av elektroniske kretser, basert på maskin- og programvare som er enkel å bruke. Du kan bruke Arduino til å lese informasjon fra sensorer, tolke informasjonen og styre ting som lys, motorer, skjermer, eller kople den til internett, sende e-poster eller automatisk laste opp bilder tatt av et kamera. Det er i grunn bare fantasien som setter grenser for hva du kan bruke Arduino til. Hvis en ting på noe vis er tilkoplet eller kontrollert av strøm, kan Arduino gjøre ting med den.

Arduino ble utviklet i Italia, på et institutt for design, i 2005 med det formål å være en enkel måte for studenter og nybegynnere å lage enkle elektroniske innretninger på. Arduino er en videreutvikling av en lignende platform som het Wiring og et programmeringsspråk som het Processing. Ambisjonen til menneskene bak Arduino var at man med det nye systemet skulle begynne å lære fra dag én ved å kople opp kretser, i stedet for å først måtte lære seg algebra eller avansert programmering.

Billig

Fordelen med Arduino fremfor tradisjonelle mikrokontrollere er at komponentene er billige, dokumentasjonen er god, og man trenger ikke være ingeniør eller ha masse erfaring med elektronikk, lodding og etsing av kretskort for å lage avanserte systemer som virker. I tillegg er det mange nettforum hvor man kan stille spørsmål og få svar.

SparkFun RedBoard

Det brettet vi skal jobbe med i dette kapittelet og i prosjektoppgaven, heter SparkFun RedBoard og er en del av et sett fra et selskap som heter SparkFun. Brettet er svært likt Arduino Uno og består av en mikrokontroller, en USB-inngang, 14 digitale input/output-pinner, seks såkalte PWM-outputer, seks analoge inputer (som også kan brukes som output), en 16 Mhz krystalloscillator, en USB Mini-B-inngang, strømforsyning (mellom 7 og 15 V), en ISP-header (for bruk med såkalte shields) og en resetknapp.

Arduino prosjektoppgave

Det anbefales at alle oppgavene i SIK-guiden utføres før man setter i gang med prosjektoppgaven. Det vil være en fordel å ha noen ekstra sett tilgjengelig, slik at man kan ha et bord tilgjengelig hvor man kan teste mindre elementer av større, mer kompliserte oppgaver. Det anbefales at man har ekstra koblingsledninger tilgjengelig utover det som følger med. Helst bør man kjøpe et sett med ekstra lange koplingsledninger og et sett med han/hun-koplingsledninger. Det vil også være lurt å ha noen større koblingsbrett tilgjengelig, eventuelt flere små som kan koples sammen.

Plattform

Som nevnt innledningsvis er Arduino en plattform for utvikling av elektroniske kretser. Med plattform mener vi her en kombinasjon av flere ting, som i dette tilfellet hardware, det vil si forskjellige fysiske komponenter, og software – programvare på en datamaskin. Disse i kombinasjon utgjør en helhet, et «system» som legger til rette for at du kan utføre de oppgavene du trenger å gjøre.

Arduino IDE

Programvaren til Arduino heter Arduino IDE. IDE står for «Integrated Developer Environment», et vanlig uttrykk innenfor programvareutvikling. En IDE er en type programvare som brukes til å skrive annen programvare. Den består typisk av en teksteditor, en kompilator og en debugger. Vi kommer tilbake til hva dette betyr senere. Det er greit å være klar over at det finnes andre IDE-er man kan bruke, men Arduino IDE er nybegynnervenlig og har alle funksjonene man trenger på dette tidspunktet.

Arduino IDE er et program man må laste ned og installere på sin egen PC. Dette gjøres ved å gå til https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Her vil man kunne velge riktig installasjonsfil for sitt operativsystem.

I Arduino IDE skriver man instruksjoner som forklarer mikrokontrolleren hva den skal gjøre med de forskjellige tingene som er koplet til. Hvis man kopler en diode til mikrokontrolleren, er det ikke sånn at den automatisk vet at man ønsker at dioden skal lyse – man må skrive kode for å få mikrokontrolleren til å gjøre det man ønsker. Kode skrives i noe som kalles et programmeringsspråk. I Arduino kalles denne koden for en skisse eller en sketch.