Lernfeld 9 · Prüfung Teil 2

Mikrocontroller und eingebettete Systeme

Mikrocontroller in eingebetteten Systemen: Speicher, Ein- und Ausgänge, Pull-up, Timer, PWM, Interrupts und Energiesparen.

15 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Ein Mikrocontroller vereint Prozessor, Flash-Speicher für das Programm, Arbeitsspeicher und Peripherie wie Ein- und Ausgänge, Timer, A/D-Wandler und serielle Schnittstellen auf einem Chip. Peripherie wird über Register gesteuert, in denen einzelne Bits Funktionen ein- und ausschalten. Eingänge brauchen einen festen Pegel; ein Taster gegen Masse wird mit einem Pull-up-Widerstand betrieben, Ausgänge belastet man nur bis zum zulässigen Strom, etwa mit Vorwiderstand für LEDs.

Timer zählen einen geteilten Takt und lösen beim Erreichen eines Vergleichswerts einen Interrupt aus oder erzeugen PWM-Signale. Der Vergleichswert ergibt sich aus Taktfrequenz, Vorteiler und gewünschter Zeit. Interrupt-Serviceroutinen werden kurz gehalten; die Verarbeitung erledigt das Hauptprogramm.

Batteriebetriebene Knoten verbringen die meiste Zeit im Schlafmodus und sind nur kurz aktiv. Der mittlere Strom ergibt sich aus Aktivstrom und Schlafstrom, gewichtet mit ihren Zeiten. Ein Watchdog startet den Controller neu, wenn das Programm hängt.

Das solltest du dir merken

Offene Eingänge immer über Pull-up oder Pull-down festlegen.
Timer-Vergleichswert gleich Takt durch Vorteiler mal Zeit minus 1.
Interrupt-Routinen kurz halten, gemeinsame Variablen volatile.
Die Aktivphase bestimmt meist den Energiebedarf.

Formeln

Vorwiderstand einer LED: $R = \frac{U - U _{F}}{I}$
Vergleichswert eines Timers: $N = \frac{f}{v} \cdot t - 1$; $f$ Takt, $v$ Vorteiler, $t$ gewünschte Zeit
Mittlerer Strom: $I ˉ = \frac{I _{a} \cdot t _{a} + I _{s} \cdot t _{s}}{t _{a} + t _{s}}$

Typische Fehler in der Prüfung

Beim Vergleichswert das Minus 1 für den Zählbeginn bei 0 vergessen.
Mikroampere und Milliampere beim mittleren Strom vermischt.
Lange Berechnungen in der Interrupt-Routine ausgeführt.

Tipps aus der Werkstatt

Timer-Vergleichswert: Takt durch Vorteiler gibt die Zählfrequenz, mal gewünschter Zeit gibt die Schritte, minus 1, weil ab 0 gezählt wird. Bei 16 MHz, Vorteiler 64 und 1 ms sind das 249.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Mikrocontroller und eingebettete Systeme“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 9 (Software industrieller Systeme entwickeln und anpassen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.