Standnummer: 78
Inhalt: Rapid Prototyping, Programmieren
Tisch 1: 50 Jahre Rapid Prototyping: 1975 – 2025
Vorstellung des Rapid Prototyping von 1976 bis 2025. Begonnen hat es mit dem Aufkommen der ersten bezahlbaren Mikroprozessoren:
– 6800 von Motorola
– 6502 von MOS Technology
– 8080 von Intel und weitere Bastler erstellten vor allem mit dem günstigen ersten „Prototyping boards“, wie zb. dem KIM 1 bzw. SYM 1 bzw. dem 6504 EMUF die ersten Geräte anstatt mit analoger Technik mittels Programmierung der Mikroiprozessoren aud digitaler Basis. Mein Motto an dmeinem Vortrag 1980 an der Konferenz der Society Motion Picture and Television Engeneers in New York war: „The Future is Digital !“ … Kodak war gar nicht begeistert.
Erfolgreich war auch der Altair 8800 mit dem s100-Bus
Mit den nun günstig erhäültlichen Mikroprozessoren erstellten „Garage“ Bastlern die erste Generation von „Personal Computer“ wie der Apple 1 bzw. Apple II und der Commodore PET 2001. Diese konnten dann mit „Prototyping boards“ erweitert werden.
Anfangs der 80 Jahre sprang auch IBM auf diesen Zug auf mit dem IBM Persoal Computer auf 8086 Basis. Mit Karten für den XT bzw, ISA Bus konnten mit Rapid Prototyping viele industrielle Steuerungen realisiert werdenm
Auch der beleibte C64 von Commdore konnte über den Expansion-Bus erweitert werden.
2006 enstand mit dem Arduino eine neue Generation von Mikrokontroller Boards, die neben dem Mikroprozessor auch die früher separat benötigten „Peripherie Bausteine“ enthielten, die mit der „Arduino“ Probgrammiersprache C++ programmiert werden konnte. Sie beruhten auf den AVR-Microkontrollern der Firma Atmel bzw. Mikrotek. Die Programme wurden jeweils über die USB Schnittstelle eines PC’s in die Microkontroller „gebrannt“.
In der Folge etablierten sich weitere Microkontroller Boiards mit den Chips anderer Hersteller, die auch mit dem Arduino Programmierwerkzeug programmiert werden konnten wie verschiedene ARM Microkontroller bzw. die Microkontroller von Espressif.
Ein grosser Sprung erfolgte 2012 mit dem erscheinen vom ersten Raspberry Pi. Die verwendeten ARM-Microkontroller erlauten es jetzt, auf den Microkontrollern ein vollständiges Linux Betriebsystem zu installieren. Die Programmierung unter Python erlaubte es nun, Programme für das Rapid prototyping in real time dynmisch zu testen und anschliessend als „run time“ definitiv zu implementieren.
In den Anfängen mussten die Mikrocomputer mit Hilfsbausteinen ausgerüstet werden.: Der 6522 lieferte die Notigen i/O Ports, der 6850 due RS-232 Schnittstelle, A/D bzw D/A Chips den Anschluss an die Analoge Welt, Chips mit Schieberegister ermöglichten eine Anzeige mit 7-Segment LEDs.
Die heutigen Mikrocontroller haben alle diese Schnittstellen im Chip integriert …
Gemäss dem Moorschen Gesetz waren die Fortschritte in der Microcontrollertechnik in den letzen 50 Jahren enorm: Der 6502 wurde damals im 27um Verfahren hergestellt und mit 1 MHz getaktet. Der ESP32 wird heute im 27nm Verfahren hergestellt und mit 230MHz getaktet. Dies bedeutet das mit der heutigen Technik ein 6502 von Anno dazumal eine Million mal weniger Platz braucht und zudem 230 mal schneller getaktet wäre !! Die Leistungssteigerung pro C hipfläche beträgt demzufolge 230’000’000 !! Mit einer Kantengrösse von 2mm per Chip können pro Wafer heute 23’000 Rasperry Pico Mikrocontroller hergestellt werden. Dies wirkt sich natürlich auf die heutigen Preise der Mikrocontroller aus, die zum Teil unter 1 CHF angeboten werden.
Schon früh wurde für das Rapid Prototyping die ersten Tests mit Breadboards durchgeführt. Dies spielte bzw. spielt auch heute beim Testen und dem Einsatz von Mikrocontrollern Technik eine wichtige Rolle.
Früher wurde dann für das Rapid Prototyping für die ersten definitiven Platinen die benötigten Komponenten auf einer Lochraster-Platine montiert und die elektrischen Leitungen mit Punkt zu Punkt Lötdrähten, Wire-Wrap, Fädeltechnik oder dem 3M-Stecksystem realisiert. Dies war dazumals einfacher als heute möglich, da das Restermass der meisten Komponenten inkl. Steckverbindungen 2.54mm betrug.
Heute sind die fast alle Komponenten inkl Mikrokontroller viel kleiner, so dass man für das Rapid Prototyping sehr oft eine Leiterplatte herstellen lässt. Bei PCBway kostet die Herstellung von 10 zweiseitigen Leiterplatten mit den Massen 10×10 cm nur 5 Dollar + Porto (25CHF). Man erhält die fertigen Plattern innerhalb einer knappen Woche.
Tisch 2:
Im Gegensatz zum Protyping mit den Breadboards, werden beim M5-Stack System die Periepheriegeräte (Sensoren, Aktuatoren, Kommuniukatoren, Anzeigen) über das Grove System mit den verschiedenen Mikrokontrollern auf ESP32-Basis verbunden. Als Programmumgebung dient einerseits Arduino (C++), ein leichterer Einstieg für Anfänger ist die Programmierung mit der „Blocksprache“ UIFlow, die auf Python beruht.
