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32 neue Projekte, praktische Beispiele und Übungen mit dem Elektor Arduino Nano MCCAB Trainingsboard Die Elektronik und die Mikrocontrollertechnik bieten die Möglichkeit, kreativ tätig zu sein. Mit diesem Mikrocontroller-Praxiskurs besteht die Möglichkeit, eigene Arduino-Projekte zu realisieren und solche Erfolgsmomente erleben zu können. Im Idealfall funktioniert beim ersten Einschalten alles so, wie man es sich vorgestellt hat. In der Praxis läuft es dagegen selten wie erwartet. Dann braucht man Kenntnisse, um den Grund für das Nichtfunktionieren effizient suchen und finden zu können. In diesem Buch für Fortgeschrittene steigen wir tief in die Welt der Mikrocontroller und der Arduino IDE ein, um neue Verfahren und Details kennen zu lernen, und erfolgreich noch anspruchsvollere Situationen angehen und lösen zu können. Mit diesem Buch gibt der Autor dem Leser das nötige Rüstzeug, um eigenständig Projekte zu kreieren und auch schnell Fehler finden zu können. Anstatt nur fertige Lösungen zu bieten, erklärt er die Hintergründe, die verwendete Hardware und die eventuell benötigten Tools. Er stellt Aufgaben, bei denen der Leser seine eigene Kreativität einbringt und den Arduino-Sketch selbst schreibt. Falls man einmal keine vernünftige Idee hat und nicht weiterkommt, gibt es natürlich zu jedem Projekt und zu jeder Aufgabe einen Lösungsvorschlag mit zugehöriger Software, der im Buch ausführlich kommentiert und erklärt wird. Sie erfahren mit diesem Praxiskurs mehr über das Innenleben des Arduino Nano und des darauf befindlichen Mikrocontrollers. Sie lernen Hardware-Module kennen, mit denen Sie neue interessante Projekte realisieren werden. Sie beschäftigen sich mit Softwareverfahren wie z. B. "Zustandsmaschinen", durch deren Anwendung sich Aufgabenstellungen oft einfacher und übersichtlicher lösen lassen. Die zahlreichen praktischen Projekt- und Übungs-Sketche realisieren wir wieder auf dem vom "Mikrocontroller-Praxiskurs für Arduino-Einsteiger" bekannten MCCAB Trainingsboard, das die gesamte Hardware-Peripherie und die Bedienungselemente enthält, die wir für die Ein-/Ausgabe-Operationen unserer Sketche benötigen. Leser, die das MCCAB Trainingsboard noch nicht besitzen, können die benötigte Hardware separat erwerben, oder alternativ auch auf einem Breadboard aufbauen.

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Programmierung in Assembler und C am Beispiel der ATtiny-Familie Dieses Buch bietet einen eingehenden Blick auf die 8-Bit-AVR-Architektur in ATtiny- und ATmega-Mikrocontrollern, hauptsächlich aus der Sicht der Software und der Programmierung. Erforschen Sie die AVR-Architektur unter Verwendung von C und Assembler in Microchip Studio (früher Atmel Studio) mit ATtiny-Mikrocontrollern. Lernen Sie die Details der internen Funktionsweise von AVR-Mikrocontrollern kennen, einschließlich der internen Register und des Speicherplans von ATtiny-Bausteinen. Programmieren Sie ATtiny-Mikrocontroller mit einem Atmel-ICE-Programmiergerät/Debugger oder verwenden Sie ein preiswertes Hobby-Programmiergerät oder sogar einen Arduino Uno als Programmiergerät. Die meisten Code-Beispiele können mit dem Microchip Studio AVR-Simulator ausgeführt werden. Lernen Sie, Programme für ATtiny-Mikrocontroller in Assembler zu schreiben. Erfahren Sie, wie Assemblersprache in Maschinencodebefehle umgewandelt wird. Finden Sie heraus, wie Programme, die in der Programmiersprache C geschrieben wurden, in Assemblersprache und schließlich in Maschinencode umgewandelt werden. Verwenden Sie den Microchip Studio Debugger in Kombination mit einem Hardware-USB-Programmierer/Debugger, um Assembler- und C-Programme zu testen oder verwenden Sie den Microchip Studio AVR-Simulator. ATtiny-Mikrocontroller im DIP-Gehäuse werden verwendet, um eine einfache Nutzung auf Breadboards zu ermöglichen. Erfahren Sie mehr über Timing und Taktimpuls in AVR-Mikrocontrollern mit ATtiny-Bausteinen. Werden Sie zu einem AVR-Experten mit fortgeschrittenen Debugging- und Programmierfähigkeiten.

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Mikrocontroller haben sich in den letzten Jahren in praktisch allen Bereichen der modernen Technik etabliert. In zunehmendem Maße dringen sie auch in die Gebiete der Künstlichen Intelligenz und der Robotertechnik vor. Das vorliegende Buch gibt eine umfassende Einführung in die Welt der Controller-Technik mit all ihren Facetten, von der einfachen Steuerung über die Sensor-Technik bis hin zur Datenübertragung in das Internet. Als Basis dafür dient das von Elektor entwickelte AVR-Playground-Board. Das Board kann mit Controllern der ATmega-Familie bestückt werden und ist mit dem bekannten Arduino-System kompatibel, so dass auch die verschiedenen Arduino-Hardware-Erweiterungen verwendet werden können. Für die Programmierung kommt die Sprache „C“ zum Einsatz. Auch hier wird im Buch auf das Arduino-System zurückgegriffen. Die frei verfügbare Arduino-Entwicklungsumgebung erlaubt den leichten Einstieg, ohne dass später Einschränkungen in Kauf genommen werden müssen. Die Hardware-nahe Programmierung steht dabei besonders im Fokus. Nach der Erläuterung von grundlegenden Anwendungen wird auf die anspruchsvolleren Themen wie Interrupts, Timer und Counter, Pulsweitenmodulation und Analog-Digital-Wandlung eingegangen. Praktische Anwendungen können sowohl mit einem Arduino als auch mit dem AVR-Playground-Board durchgeführt werden. Da das AVR-Playground-Board bereits über eine Vielzahl von Peripherie-Einheiten verfügt, sind nur noch wenige externe Bauteile erforderlich. Das Board kann im Elektor-Shop hier bezogen werden.

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Mit dem Elektor Arduino Nano Trainingsboard (MCCAB) eigene Projekte realisieren Der Mikrocontroller ist das wohl faszinierendste Teilgebiet der Elektronik, denn aufgrund der Vielzahl von Funktionen, die er auf seinem Chip vereinigt, ist er für den Entwickler ein universelles Multi-Tool zur Realisierung seiner Projekte. Praktisch jedes Gerät des täglichen Gebrauchs wird heute von einem Mikrocontroller gesteuert. Für einen elektronischen Laien blieb es aufgrund der Komplexität bisher allerdings ein Wunschtraum, eigene Ideen mit einem Mikrocontroller zu realisieren. Das Arduino-Konzept hat den Einsatz von Mikrocontrollern weitgehend vereinfacht, sodass jetzt auch Laien eigene Elektronik-Ideen mit einem Mikrocontroller verwirklichen können. Buch & Hardware im Bundle: 'Learning by Doing' Dieses im Bundle mitgelieferte Buch (im großen A4-Format) zeigt, wie man auch ohne große Erfahrung in Elektronik und Programmiersprachen eigene Projekte mit einem Mikrocontroller realisieren kann. Es ist ein Mikrocontroller-Praxiskurs für Einsteiger, denn nach einem Überblick über die Interna des Mikrocontrollers und einer Einführung in die Programmiersprache C liegt der Schwerpunkt des Kurses auf den praktischen Übungen. Der Leser eignet sich die erforderlichen Kenntnisse durch 'Learning by Doing' an: in dem umfangreichen Praxisteil mit 12 Projekten und 46 Übungen wird das im vorderen Teil des Buches Gelernte mit vielen Beispielen unterlegt. Die Übungen sind dabei so aufgebaut, dass der Bearbeiter eine Aufgabenstellung erhält, die er mit seinem im Theorieteil des Buches aufgebauten Wissen löst. Für jede Übung gibt es anschließend eine ausführlich erklärte und kommentierte Musterlösung, die dem Bearbeiter bei Problemen weiterhilft und die er mit seiner eigenen Lösung vergleichen kann. Arduino IDE In der Arduino IDE, einer Software-Entwicklungsumgebung, die kostenlos auf den eigenen PC heruntergeladen werden kann und die das gesamte Softwarepaket enthält, das für ein eigenes Mikrocontroller-Projekt benötigt wird, schreibt der Bearbeiter mit dem Editor der IDE seine Programme („Apps“) in der Programmiersprache C. Der in die Arduino IDE integrierte Compiler übersetzt sie in die Bits und Bytes, die der Mikrocontroller versteht und die dann über ein USB-Kabel in den Speicher des Mikrocontrollers auf dem Elektor Arduino Nano Trainingsboard (MCCAB) geladen werden. Externe Sensoren, Motoren oder Baugruppen abfragen oder steuern Das Elektor Arduino Nano Trainingsboard (MCCAB) enthält neben einem Mikrocontrollermodul Arduino Nano alle für die Übungen benötigten Bauteile wie Leuchtdioden, Schalter, Taster, akustische Signalgeber usw. Auch externe Sensoren, Motoren oder Baugruppen können mit diesem Mikrocontroller-Übungssystem abgefragt oder gesteuert werden. Technische Daten (Arduino Nano Trainingsboard MCCAB) Stromversorgung Über die USB-Verbindung des zur Erstellung der Programme sowieso angeschlossenen PCs oder ein externes Netzteil (nicht im Lieferumfang enthalten) Betriebsspannung +5 Vcc Eingangsspannung Alle Eingänge 0 V bis +5 V VX1 und VX2 +8 V bis +12 V (nur bei Verwendung eines externen Netzteils) Mikrocontrollermodul Arduino Nano Hardwareperipherie LCD 2x16 Zeichen Potenziometer P1 & P2 JP3: Auswahl der Betriebsspannung von P1 & P2 Verteiler SV4: Verteiler für die BetriebsspannungenSV5, SV6: Verteiler für die Ein-/Ausgänge des Mikrocontrollers Schalter und Taster RESET-Taster auf dem Arduino Nano-Modul6x Tastschalter K1 … K66x Schiebeschalter S1 … S6JP2: Verbindung der Schalter mit den Eingängen des Mikrocontrollers Summer Piezo-Summer Buzzer1 mit Steckbrücke auf JP6 Leuchtanzeigen LED L auf dem Arduino Nano-Modul, verbunden mit GPIO D1311x LED: Zustandsanzeige für die Ein-/AusgängeJP6: Verbindung der LEDs LD10 … LD20 mit den GPIOs D2 … D12 Serielle SchnittstellenSPI & I²C JP4: Auswahl des Signals an Pin X der SPI-Steckerleiste SV12SV9 bis SV12: SPI-Interface (3,3 V/5 V) bzw. I²C-Interface Schaltausgang für externe Geräte SV1, SV7: Schaltausgang (maximal +24 V/160 mA, extern zugeführt)SV2: 2x13 Pins zum Anschluss externer Module 3x3 LED-Matrix (9 rote LEDs) SV3: Spalten der 3x3 LED-Matrix (Ausgänge D6 … D8)JP1: Verbindung der Reihen mit den GPIOs D3 … D5 Software Library MCCABLib Steuerung der Hardware-Komponenten (Schalter, Taster, Leuchtdioden, 3x3 LED-Matrix, Summer) auf dem MCCAB Trainingsboard Betriebstemperatur bis +40 °C Abmessungen 100 x 100 x 20 mm Technische Daten (Arduino Nano) Mikrocontroller ATmega328P Architektur AVR Betriebsspannung 5 V Flashspeicher 32 KB, davon 2 KB vom Bootloader belegt SRAM 2 KB Taktfrequenz 16 MHz Analoge IN-Pins 8 EEPROM 1 KB DC-Strom pro I/O-Pin 40 mA an einem I/O-Pin, insgesamt maximal 200 mA an allen Pins gemeinsam Eingangsspannung 7-12 V Digitale I/O-Pins 22 (6 davon sind PWM-fähig) PWM-Ausgänge 6 Stromverbrauch 19 mA Abmessungen 18 x 45 mm Gewicht 7 g Lieferumfang Elektor Arduino Nano MCCAB Trainingsboard Arduino Nano Buch: Mikrocontroller-Praxiskurs für Arduino-Einsteiger

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PIC und AVR verstehen In diesem Buch werden wir uns ausschließlich mit 8-Bit-Mikrocontrollern beschäftigen, und zwar mit Mikrocontrollern der 8-Bit-PIC- und der 8-Bit-AVR-Mikrocontroller-Linien. Bei der PIC-Familie handelt es sich dabei um PIC10, PIC12, PIC16 und PIC18; bei der AVR-Familie um ATtiny, ATmega und ATxmega. Die vorgestellten 8-Bit-Chips sind für sehr viele Anwendungen vollkommen ausreichend und preislich auch attraktiv. Durch die Lektüre des Buches erhalten Sie ein fundiertes Wissen über die genannten 8-Bit-Mikrocontroller, über ihre Architektur, ihre Pinbelegungen und über ihre Programmierung. Weil wir uns in diesem Buch mit den Grundlagen der Architektur der PICs und AVRs vertraut machen möchten, werden wir auch für alle PIC- und AVR-Anwendungen Assembler einsetzen, denn die Assembler-Sprache erlaubt es, die Technik im Detail kennenzulernen. Wenn man wirklich wissen möchte, was sich im Mikrocontroller abspielt, greift man zu Assembler. Damit hat man die beste Gelegenheit, sehr nah an den Kern zu kommen. Und wenn man schon einen Mikrocontroller-Typ kennengelernt und verstanden hat, ist es bei dem nächsten deutlich einfacher, auch wenn er von einem anderen Hersteller kommt. Bei anderen Programmiersprachen bleibt die Technik immer ziemlich tief versteckt. Die Assembler-Beispiele sind so einfach gestaltet, dass sie jeder mit den im Buch aufgezeigten Programmiertechniken erstellen kann. Weil es sich um einfache Beispiele handelt, werden wir sie alle auf einer universellen Lochrasterplatine realisieren. Manche sind auch auf einem Experimentier-Breadboard umsetzbar.

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From Simple Ciphers to Secure Systems Understanding how to apply cryptography on modern microcontrollers is essential for building secure, reliable, and trustworthy systems. This book explains cryptography in the context of embedded hardware, from classical ciphers that illustrate core principles to modern techniques such as AES for practical high-security applications. By combining mathematical theory with real-world microcontroller implementations, readers learn not only how cryptography works, but also how to implement it effectively on systems with limited processing power and memory. The book is intended for students starting out in cryptography, hobbyists securing personal projects, and engineers looking for a structured guide to embedded security. The book covers these key topics in applied cryptography: Classical ciphers on Arduino Uno and Raspberry Pi Pico, with full programs: Spartan Scytale, Hebrew Atbash, Caesar, ROT13, Alberti Disk, Vigenère, Affine, Polybius, Playfair, Beaufort, Ottoman Codebook, and One-Time Pad. Hacking classical ciphers using microcontrollers, with examples. Pseudo-random (PRNG) and true random number generation (TRNG) on microcontrollers. Symmetric-key cryptography with full programs: DES and AES-128/256. Memory and speed constraints of cryptography on microcontrollers. Asymmetric cryptography: public/private keys, digital signatures, key distribution and derivation (KDF), RSA, and SHA-256 implementations. A complete secure communication program using RSA and AES-256. A glossary of commonly used cryptography terms.

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From Simple Ciphers to Secure Systems Understanding how to apply cryptography on modern microcontrollers is essential for building secure, reliable, and trustworthy systems. This book explains cryptography in the context of embedded hardware, from classical ciphers that illustrate core principles to modern techniques such as AES for practical high-security applications. By combining mathematical theory with real-world microcontroller implementations, readers learn not only how cryptography works, but also how to implement it effectively on systems with limited processing power and memory. The book is intended for students starting out in cryptography, hobbyists securing personal projects, and engineers looking for a structured guide to embedded security. The book covers these key topics in applied cryptography: Classical ciphers on Arduino Uno and Raspberry Pi Pico, with full programs: Spartan Scytale, Hebrew Atbash, Caesar, ROT13, Alberti Disk, Vigenère, Affine, Polybius, Playfair, Beaufort, Ottoman Codebook, and One-Time Pad. Hacking classical ciphers using microcontrollers, with examples. Pseudo-random (PRNG) and true random number generation (TRNG) on microcontrollers. Symmetric-key cryptography with full programs: DES and AES-128/256. Memory and speed constraints of cryptography on microcontrollers. Asymmetric cryptography: public/private keys, digital signatures, key distribution and derivation (KDF), RSA, and SHA-256 implementations. A complete secure communication program using RSA and AES-256. A glossary of commonly used cryptography terms.

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Third, extended and revised edition with AVR Playground and Elektor Uno R4 Arduino boards have become hugely successful. They are simple to use and inexpensive. This book will not only familiarize you with the world of Arduino but it will also teach you how to program microcontrollers in general. In this book theory is put into practice on an Arduino board using the Arduino programming environment. Some hardware is developed too: a multi-purpose shield to build some of the experiments from the first 10 chapters on; the AVR Playground, a real Arduino-based microcontroller development board for comfortable application development, and the Elektor Uno R4, an Arduino Uno R3 on steroids. The author, an Elektor Expert, provides the reader with the basic theoretical knowledge necessary to program any microcontroller: inputs and outputs (analog and digital), interrupts, communication busses (RS-232, SPI, I²C, 1-wire, SMBus, etc.), timers, and much more. The programs and sketches presented in the book show how to use various common electronic components: matrix keyboards, displays (LED, alphanumeric and graphic color LCD), motors, sensors (temperature, pressure, humidity, sound, light, and infrared), rotary encoders, piezo buzzers, pushbuttons, relays, etc. This book will be your first book about microcontrollers with a happy ending! This book is for you if you are a beginner in microcontrollers, an Arduino user (hobbyist, tinkerer, artist, etc.) wishing to deepen your knowledge,an Electronics Graduate under Undergraduate student or a teacher looking for ideas. Thanks to Arduino the implementation of the presented concepts is simple and fun. Some of the proposed projects are very original: Money Game Misophone (a musical fork) Car GPS Scrambler Weather Station DCF77 Decoder Illegal Time Transmitter Infrared Remote Manipulator Annoying Sound Generator Italian Horn Alarm Overheating Detector PID Controller Data Logger SVG File Oscilloscope 6-Channel Voltmeter All projects and code examples in this book have been tried and tested on an Arduino Uno board. They should also work with the Arduino Mega and every other compatible board that exposes the Arduino shield extension connectors. Please note For this book, the author has designed a versatile printed circuit board that can be stacked on an Arduino board. The assembly can be used not only to try out many of the projects presented in this book but also allows for new exercises that in turn provide the opportunity to discover new techniques. Also available is a kit of parts including the PCB and all components. With this kit you can build most of the circuits described in the book and more. Datasheets Active Components Used (.PDF file): ATmega328 (Arduino Uno) ATmega2560 (Arduino Mega 2560) BC547 (bipolar transistor, chapters 7, 8, 9) BD139 (bipolar power transistor, chapter 10) BS170 (N-MOS transistor, chapter 8) DCF77 (receiver module, chapter 9) DS18B20 (temperature sensor, chapter 10) DS18S20 (temperature sensor, chapter 10) HP03S (pressure sensor, chapter 8) IRF630 (N-MOS power transistor, chapter 7) IRF9630 (P-MOS power transistor, chapter 7) LMC6464 (quad op-amp, chapter 7) MLX90614 (infrared sensor, chapter 10) SHT11 (humidity sensor, chapter 8) TS922 (dual op-amp, chapter 9) TSOP34836 (infrared receiver, chapter 9) TSOP1736 (infrared receiver, chapter 9) MPX4115 (analogue pressure sensor, chapter 11) MCCOG21605B6W-SPTLYI (I²C LCD, chapter 12) SST25VF016B (SPI EEPROM, chapter 13) About the author Clemens Valens, born in the Netherlands, lives in France since 1997. Manager at Elektor Labs and Webmaster of ElektorLabs, in love with electronics, he develops microcontroller systems for fun, and sometimes for his employer too. Polyglot—he is fluent in C, C++, PASCAL, BASIC and several assembler dialects—Clemens spends most of his time on his computer while his wife, their two children and two cats try to attract his attention (only the cats succeed). Visit the author’s website: www.polyvalens.com.Authentic testimony of Hervé M., one of the first readers of the book:'I almost cried with joy when this book made me understand things in only three sentences that seemed previously completely impenetrable.'

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Vom Messwert zur stabilen Entscheidung Wie wird aus einem einfachen Mikrocontroller ein intelligentes System, das Sensorwerte erfasst, verarbeitet und sinnvoll darauf reagiert? Dieses Buch zeigt es Ihnen Schritt für Schritt – verständlich, praxisnah und ohne unnötige Vorkenntnisse. Sie beginnen mit den Grundlagen der digitalen und analogen Ein- und Ausgänge. Anschließend lernen Sie, wie Sensorwerte gelesen, geglättet und zuverlässig bewertet werden. Anschauliche Beispiele erklären, warum einzelne Messwerte oft täuschen können und wie Mittelwertbildung, Hysterese und einfache Entscheidungsregeln für stabile Ergebnisse sorgen. Nach und nach erweitern Sie Ihre Projekte um Displays, I²C-Kommunikation und mehrere vernetzte Mikrocontroller. So entstehen verteilte Systeme, in denen Raspberry Pi Pico und ATtiny-Controller Daten austauschen und gemeinsam Aufgaben übernehmen. Im fortgeschrittenen Teil erhalten Sie einen leicht verständlichen Einstieg in Merkmalsbildung, Datenvorverarbeitung, hybride Entscheidungsmodelle und TinyML-nahe Anwendungen. Dabei verbinden Sie klassische Regelungstechnik mit modernen datenbasierten Methoden. Alle Projekte werden von ausführlich kommentierten Programmen in C und MicroPython begleitet. Das Buch richtet sich an Einsteiger, Maker, Studierende und alle, die Embedded-Systeme von Grund auf verstehen möchten. Am Ende können Sie eigene Systeme entwickeln, die nicht nur messen, sondern Informationen auswerten, zuverlässige Entscheidungen treffen und gezielt reagieren.

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Der Arduino Uno ist ein Open-Source-Mikrocontroller-Entwicklungssystem, das Hardware, eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) und eine Vielzahl von Bibliotheken umfasst. Es wird von einer riesigen Gemeinschaft von Programmierern, Elektronikern, Enthusiasten und Akademikern unterstützt. Insbesondere die Bibliotheken erleichtern die Programmierarbeit und reduzieren die Entwicklungszeiten, da sie das Erstellen von Programmen erheblich erleichtern. Der Raspberry Pi 4 kann in vielen Projekten wie Audio- und Videoanwendungen, aber auch in Industriesteuerungen, Robotik, Spielen usw. eingesetzt werden. Dazu bietet er auch WiFi- und Bluetooth-Fähigkeiten, wodurch er sich zudem hervorragend für internetbasierte Steuerungs- und Überwachungsanwendungen eignet. In diesem Buch werden sowohl der Raspberry Pi 4 als auch der Arduino Uno in PID-basierten automatischen Steuerungsanwendungen eingesetzt. Nach einer grundlegenden Theorie der Regelsysteme werden funktionierende und getestete Projekte zur Steuerung realer Systeme mit PID-Reglern vorgestellt. Die Open-Loop-Eigenschaften, die Abstimmung der PID-Parameter und das Closed-Loop-Zeitverhalten der Systeme werden zusammen mit Blockdiagrammen, Schaltplänen und PID-Regelalgorithmen ausführlich diskutiert. Vollständige Programme für den Raspberry Pi und den Arduino Uno runden die im Buch vorgestellten Projekte ab. Die Regelsysteme können problemlos auch auf andere Projekte angewendet werden und die für den Raspberry Pi 4 angegebenen Programme sollten auch mit anderen Modellen der Raspberry Pi-Familie reibungslos funktionieren. Das Buch behandelt folgende Themen: Steuer- und Regelsysteme Analoge und digitale Sensoren Übertragungsfunktionen und zeitkontinuierliche Systeme Systemantwortfunktionen erster und zweiter Ordnung Zeitdiskrete digitale Systeme Zeitkontinuierliche PID-Regler Zeitdiskrete PID-Regler Zweipunkt-Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno PID-basierte Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno Motorsteuerung mit Raspberry Pi und Arduino Uno Wasserstandsregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno PID-basierte LED-Helligkeitsregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno

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