Jürgen Plate
Linux Hardware Hacks
Inhaltsverzeichnis
10
Vorwort
18
Prolog
22
Spannungsversorgung der Schaltungen
24
Sicherheitshinweise
26
Embedded Systems
28
1.1 Einführung
28
1.1.1 Design von Embedded Systems
30
1.1.2 Hardware für Embedded Systems
31
1.2 Embedded Linux
33
1.3 Was man fur¨ Embedded Linux benötigt
35
1.4 Linux booten
40
1.4.1 Den Kernel booten
41
1.4.2 System V-Init
43
1.5 Entwicklungsumgebung
45
1.6 Hardwarezugriffe
47
1.7 Grafikausgabe
48
1.8 Linux ganz klein
52
Die eigene Linux-Distribution
58
2.1 Einführung
58
2.2 Das Root-Dateisystem bauen
60
2.2.1 Konfiguration des Kernels
61
2.2.2 Kompilation des Kernels
62
2.2.3 Installation des Kernels
62
2.2.4 Root-Dateibaum erstellen
64
2.2.5 Aufbau des Verzeichnisbaums
66
2.2.6 CD-ROM brennen
73
2.2.7 Inhalt von ISO-Dateien ändern
78
2.2.8 Live-CD auf die Schnelle
79
2.3 Weitere Wege zur eigenen Distribution
80
E/A-Programmierung
82
3.1 Compiler und Bibliotheken
83
3.2 Prozesse und Signale
85
3.2.1 Prozesse
86
3.2.2 Signale
93
3.2.3 Prozesskommunikation mit Pipes
101
3.2.4 Programme schlafen legen
105
3.3 User-Mode-Programmierung
106
3.3.1 Programme mit Root-Rechten ausstatten
106
3.3.2 UID und GID
107
3.3.3 Zugriff auf E/A-Ports im User-Space
109
3.4 Device-Treiber
112
3.4.1 Das Device-Konzept
112
3.4.2 Konzept der Gerätetreiber
115
3.4.3 Kernel-Module
117
3.4.4 Portbereiche reservieren
120
3.4.5 Dateifunktionen implementieren
121
3.4.6 Daten von Treiberinstanzen
130
3.4.7 IO-Control
131
Standard-PC-Schnittstellen
134
4.1 PC-Schnittstellen
134
4.2 Die serielle Schnittstelle
135
4.2.1 Die serielle PC-Schnittstelle
136
4.2.2 Die RS232C-Schnittstelle (V.24)
140
4.2.3 Die RS422-Schnittstelle
142
4.2.4 Die RS485-Schnittstelle
143
4.2.5 Die Stromschnittstelle(TTY)
145
4.2.6 Programmierung mit C
147
4.2.7 Programmierung mit Perl
158
4.3 Die parallele Schnittstelle
159
4.3.1 Hardware der parallelen Schnittstelle
160
4.3.2 Port-Typen
166
4.3.3 Programmierung der parallelen Schnittstelle
168
4.3.4 Die Parapin-Bibliothek
171
4.3.5 Ansprechen der Schnittstelle in Perl
174
4.4 Der Joystick-Port
175
4.5 Der interne Lautsprecher
179
4.6 Die Tastaturschnittstelle
182
4.7 Die USB-Schnittstelle
184
4.7.1 USB-Hardware
185
4.7.2 USB-Geräte für Linux
188
Chip-Schnittstellen
192
5.1 Die SPI-Schnittstelle
192
5.2 Der I2C-Bus
194
5.3 Der 1-Wire-Bus
195
Digitale Ein- und Ausgabe
198
6.1 TTL und CMOS koppeln
198
6.2 Eingangs-Interface-Schaltungen
199
6.3 Taster und Schalter
200
6.3.1 Kontaktprellen
200
6.3.2 Tastatur-Interfaces
201
6.3.3 Reed-Kontakte und Hall-Schalter
203
6.3.4 Optokoppler
206
6.4 Ausgangs-Interface-Schaltungen
207
6.4.1 Verstärker-ICs
208
6.4.2 Feldeffekt-Transistoren
210
6.4.3 IGBTs
212
6.4.4 Optokoppler
213
6.4.5 Ansteuerung von Wechselspannungsverbrauchern
213
6.4.6 Halbleiter-Relais
215
6.4.7 Relais
217
6.4.8 Jogdial einmal anders
228
Motorsteuerung
230
7.1 Einführung
230
7.2 Entstörung
231
7.3 Motoren steuern mit einer H-Brücke
232
7.3.1 H-Brücke (H-Bridge) mit diskreten Bauteilen
232
7.3.2 H-Brücke mit integrierten Schaltungen
235
7.4 Drehzahlsteuerung mittels PWM
239
7.5 Servosteuerung
242
7.5.1 Der FT 639
244
7.5.2 Der MIC 800
250
7.6 Schrittmotoren
252
7.6.1 Arbeitsprinzip von Schrittmotoren
253
7.6.2 Ansteuerung eines Schrittmotors
254
7.6.3 Kenngrößen eines Schrittmotors
257
7.6.4 Schrittmotor-Interface
258
7.6.5 Beschleunigung und Verzögerung
262
Anzeigen und Displays
266
8.1 LED-Anzeigen
266
8.2 Displays
272
8.2.1 LCD- und OLED-Grundlagen
273
8.2.2 Displaytypen
275
8.2.3 Zeichenadressierung
276
8.2.4 Anschluss des LC-Displays
277
8.2.5 Ansteuerung von LCDs
280
8.2.6 Eigene Zeichen definieren
284
8.2.7 Initialisierung des Displays
286
8.2.8 Display-Software
287
8.3 LCD für Warmduscher
290
8.4 Grafikdisplays
291
Fernschalten
296
9.1 Infrarot-Fernsteuerung
296
9.2 Funk-Fernsteuerung
300
9.3 Fernsteuerung per Mobiltelefon
305
Digitale Fotosensoren
310
10.1 Fotohalbleiter
311
10.1.1 Fotoelemente und Fotodioden
311
10.1.2 PIN-Dioden
312
10.1.3 Fototransistoren
312
10.1.4 Fotowiderstände
313
10.2 Lichtschranken
313
10.2.1 Exkurs: Timerbaustein NE555
314
10.2.2 Lichtschranken mit Gleichlicht
316
10.2.3 Lichtschranken mit Wechsellicht
319
10.3 Optische Abstands-Sensoren
323
10.3.1 Abstandssensor IS471F
323
10.3.2 Abstände per Infrarot messen
324
Die analoge Welt
328
11.1 Analogschaltungen
328
11.1.1 Kondensatoren
329
11.1.2 Festwiderstände
330
11.2 Operationsverstärker-Grundlagen
330
11.2.1 Operationsverstärker-Grundschaltungen
331
11.2.2 Operationsverstärker-Kenngrößen
333
11.2.3 Differenzverstärker
335
11.3 Die Digital-Analog-Wandlung
338
11.3.1 Digital-Analog-Wandler
338
11.3.2 Realisierung von D/A-Wandlern
340
11.4 Die Analog-Digital-Wandlung
344
11.4.1 Das Abtasttheorem
344
11.4.2 Analog/Digital-Wandler
346
11.4.3 Sample-and-Hold-Schaltung
348
11.4.4 Konversionsfehler
348
11.4.5 Realisierung von A/D-Wandlern
349
Messung von Spannung, Strom und Widerstand
356
12.1 Präzisions-Widerstands-Vorteiler
357
12.2 Widerstandsmessung
361
12.3 Messbrücke
362
Sensoren
366
13.1 Potentiometer als Weg- oder Winkelsensoren
367
13.2 Temperatursensoren
367
13.2.1 Heißleiter
367
13.2.2 Kaltleiter
368
13.2.3 Platin-Temperaturmesswiderstand
370
13.2.4 Halbleiter-Temperatursensoren
371
13.2.5 Temperaturmessung mit Thermoelementen
377
13.2.6 Temperaturmessung mit Quarzen
380
13.3 Druck- und Kraftsensoren
380
13.3.1 Dehnungsmessstreifen
381
13.3.2 Folien-Kraftsensoren
383
13.3.3 Drucksensoren
384
13.4 Beschleunigungs-Sensoren
390
13.5 Kompass-Sensoren
392
13.6 Kapazitive Sensoren (Feuchtesensoren)
395
13.7 Schallsensoren
400
13.8 Gassensoren
410
13.9 Messung von Radioaktivität
419
13.9.1 Der Geigerzähler
420
13.9.2 Geigerzähler-Schaltungstechnik
422
13.9.3 Software zum Zählen der Impulse
425
13.10 Spezielle Fotosensoren
426
13.10.1 Licht-Spannungs-Wandler
426
13.10.2 Farbsensoren
426
13.11 Bewegungsmelder
429
13.11.1 Infrarot-Bewegungsmelder
429
13.11.2 Radar-Bewegungsmelder
430
13.12 Kameraüberwachung
432
Datenauswertung
434
14.1 Messfehler
434
14.2 Filterung von Messwerten
435
14.3 Statistische Verarbeitung von Messwerten
437
14.3.1 Tabellarische und graphische Darstellung
437
14.3.2 Mittelwert, Varianz, Standardabweichung, Standardfehler
440
14.3.3 Minimum, Maximum, Median, Modalwert
442
14.3.4 Aufrufbeispiel
443
14.3.5 Lineare Regression
443
14.4 Grafik-Tools für die Messwert-Darstellung
446
14.4.1 Gnuplot
448
14.4.2 LabPlot
450
14.4.3 Datendarstellung mit MRTG
451
Anhang
454
A.1 Literatur
454
A.2 Links
456
A.3 Bezugsquellen
458
Stichwortverzeichnis
460
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