2021
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Sommer 2021

Raspberry Pi Pico

Messen, Steuern und Regeln mit MicroPython und RP2040
Einführung, Beispiele, Anwendungen

Praktische Untersuchungen messtechnischer Aufgaben mit dem preiswerten Pico-Board unter Verwendung der interpretierenden Hochsprache MicroPython stehen im Vordergrund dieses Titels. Messen, Darstellen und Auswerten mit dem Raspberry Pi Pico.

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Ergänzungen zum Buch auf dieser Seite:

Für Besitzer der Print-Ausgabe des Taschenbuchs ist ein geschütztes ZipArchiv zum Download verfügbar, welches die Listings der Beispiele in den Kapiteln und des Anhangs enthält.

Erste Buchkritik auf elektronik-labor.de vom 12.Juli.2021.

Veröffentlicht am 8. Juli 2021 als Taschenbuch und als E-Book.


Aus dem Vorwort

Mit dem RP2040 kommt Anfang 2021 ein Baustein auf den Markt, der im Bereich Mikrocontroller neue Maßstäbe hinsichtlich Preis und Ausstattung setzt. Der erste Mikrocontroller aus dem Hause Raspberry Pi spielt im Gegensatz zu den Pi-Single-Chip-Computern in einer Liga, die bisher überwiegend von Arduino, ESP & Co dominiert wird. Inzwischen findet man diesen Controller auf neuen Boards von Adafruit, Sparkfun und auch ein Arduino mit RP2040 ist inzwischen verfügbar.

Es gibt somit viele Gründe sich mit diesem Chip näher zu beschäftigen. Trotz komplexer Hardware, und den sich daraus ergebenden Möglichkeiten, unterstützen die Entwickler für diesen Baustein eine einfache Hochsprache in Form von MicroPython, die den Programmierer in die Lage versetzt, den vollen Zugriff auf die Hardware zu gewähren und sogar Assemblerprogrammierung für einige Anwendungen gestattet. Dieses E-Book möchte Interessierte aus den Bereichen Schule, Ausbildung, Studium und Hobby den Um- oder Einstieg zum RP2040 mit MicroPython erleichtern und die Vorteile dieser Interpreter-Sprache anhand des preiswerten Originals Raspberry Pi Pico herausstellen.

Die Aufteilung des Buches ist so gewählt, dass zu Beginn eine dem Titel entsprechend zielgerichtete Einführung in diese Sprache erfolgt, wobei auch Vergleiche zu anderen Hochsprachen die Gemeinsamkeiten und Unterschiede anhand von Beispielen verdeutlichen sollen. Nach einer ausführlichen Vorstellung der Anschlussmöglichkeiten folgen Werkzeuge, die für Mess- Steuer und Regelaufgaben hilfreich sein können. Im letzten Teil sind Anwendungen und Versuche aus dem technisch-natur­wissen­schaftlichen Bereich aufgeführt, die mit einem RP2040-Board realisierbar sind.

Die empfohlene Programmierumgebung Thonny, die für alle Desktop-Plattformen verfügbar ist, verwendet MicroPython v1.15 on 2021-04-18; Raspberry Pi Pico with RP2040.


Inhalt in Kurzform

1  MicroPython für Um- und Einsteiger

Ein- und Ausgaben, Schleifen und Wiederholungen, For, While, Break und Continue, Variablen, Grundtypen, Arrays, Liste als Array, Numerische Arrays, Operatoren, Logische Operatoren, Bit Operatoren, Funktionen, Eingebaute Funktionen, Mathematisch-numerische Funktionen, Zeichenketten, Formatierte Ausgaben, Unterprogramme und Verzweigungen, Eigene Funktionen, Verzweigungen - If Else Elif Case, Sprungtabelle, Dateien

2  MicroPython Module

Os - Betriebssystem, Verzeichnisse, FileExists und FreeSpace, Remove main.py, REPL Exec Open Read, Zufallsszahlen, Sys - System, Machine - Hardware,Timer, CPU-Taktfrequenz, Bootloader, Kurzzeitmessung PulseIn, Peek und Poke, Pointer und Addressen, DualCore - Thread - Multitasking, Time - Datum und Uhrzeit, Zeitmessung und Verzögerung, Systemzeit ändern, FrameBuffer - Grafik

3  Schnittstellen des Pi Pico mit RP2040

Digitale Ausgänge, Digitale Ausgänge parallel, Digitale Eingänge, Interrupts, Frequenzmessung mit PulseIn, HC-SR501 Infrarot, HC-SR04 Ultraschall, ADC - Analoge Eingänge, Temperatur des Kerns mit Diagramm, Temperatur-Logger für Excel DE, Spannungsplotter allgemein, LDR - Lichtsensor mit Fotowiderstand, LM35 - Analoger Temperatursensor, Widerstandsbestimmung, Mikrofon als Schalter, Sampling, PWM - Quasi Analog, Dimmer - Fade LED, Töne am Digitalausgang, Servo - Digital/Winkel-Wandler, UART, Echo Selbstest, UART 0 ruft UART 1, GPS, Datum, Uhrzeit, Bluetooth mit UART-Protokoll, Arduino Uno sendet zum Pico, Pico sendet zum  Arduino Uno, I2C-Scanner, BH1750 - Beleuchtungsstärke in Lux, MCP4725 D/A-Wandler, LCD1602-Character-Display, SSD1306-OLED-Display, BME280-Environment-Sensor, SPI, MCP41010-Digitalpotentiometer, MAX7219-LED-Matrix, MicroSD-Kartenleser, OW Eindraht, DS18B20- Temperatursensor, DHT11-Sensor, WS2812 - NeoPixel, USB, UART/USB-Adapter, RP2040 als CompuLAB-Interface, PIO - Eigene Schnittstellen, PIO Blink, PIO Inline Exec, PIO SideSet, PIO Parallel Port, PIO NeoPixel Rheinturmuhr, PIO Rechteckgenerator

4  DAC - Digital/Analog Wandler

Eigenbau-DAC mit R2R, Erläuterung mit 2 Bit, Praktische Überprüfung, Auflösung und Genauigkeit, Geschwindigkeit, Belastung, Impedanzwandler, Negative Spannungsversorgung, DDS-Sinusgenerator mit DMA

5  Darstellen, Auswerten mit Modul BT

Diagramme, Sinus und Schwingung, Lauf, PWM-Mittelwert, Analog-Meter, Analogeingänge, VU-Meter, Sensoren, Matrix-Anzeige, Lineare Regression, Potentielle Regression, Exp., Log. und Test

6 Anwendungen und Versuchsbeispiele

Kennlinien passiver Bauelemente, Widerstandsgerade mit DAC MCP4725, Widerstandsgerade mit Eigenbau DAC, Diodenkennlinien, Wärme und Wirkungsgrad, Theorie, Berechnung von Messwerten, Auswertung berechneter Werte, Reale Messung und Auswertung, Ergebnis, Elektrisches Feld und Zeitkonstante, Theoretischer Verlauf, Praktischer Aufbau, Messprogramm, Auswertungen, Diagramme mit Auswertung, Zweipunktregler, Praktische Messung, Analyse, Theorie und Gleichungen, Simulation, Vergleich, Magnetisches Feld - Hallsensor, Erster Test in fünf Zeilen, Tesla Orgel, Milli Tesla Meter, Magnetfeld einer Spule, Magnetischer Wegaufnehmer, Wechselspannung - Resonanz, Aufbau, Test mit Durchführung, Praktischer Verlauf, Sinus und Kondensator, Aufnahme Frequenzgang, Bestimmung einer Kapazität,Schrittweise Annäherung, RP2040-Interface und Compact, Messaufbau, Durchführung, Auswertung, Zeitmesser Uhr, DualCore Timer GPS Sync

7 Anhang

Installation MicroPython und Thonny, Rshell, Referenz, Listings
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis (nur Print)
Index (nur Print)



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