Letztens las ich in einem Forum die Aussage, was denn an einem RISC-Controller besser sein soll als an einem CISC. Greifen wir diese Frage jetzt gleich einmal auf.

Ach wie war das gleich, …mit dem Huhn und dem Ei?
Was war zuerst da?
RISC oder CISC?

Zuerst müssen wir klären, was unter RISC und CISC zu verstehen ist.

Die erste Generation von Mikroprozessoren hatte eine, ich sag mal fest verdrahtete Logik, um die Maschinenbefehle zu decodieren. Also, ein Befehl gleich eine Aktion.

Nur damals waren die Speicherbausteine noch sehr langsam. Der “schnelle” Mikroprozessor musste lange warten, bis der Speicher den nächsten Befehl herausgab.

Damit nun der Prozessor nicht die ganze Zeit zwischen den einzelnen Befehlen Däumchen drehen musste, hatte man komplexere Befehle entwickelt. Also Befehle, die prozessorintern mehrere Aktionen nacheinander ausführten. Die so genannte Mikroprogrammierung.

So entstanden Prozessoren mit einem Befehlssatz von z.T. über 300 Befehlen, die man als CISC-Prozessoren (Complex Instruction Set Computer) bezeichnete.

Nun ist es aber so, wenn man die Programme einmal statistisch betrachtet so fällt auf, dass nur etwa 20% aller CISC-Befehle den größten Teil der Arbeit leisten. Außerdem kann man einen komplexen Befehl auch durch mehrere Einzelbefehle ersetzen.

Inzwischen hatte auch die Speichertechnologie einige Quantensprünge hinter sich und ordentlich an Geschwindigkeit zugelegt. Dadurch wurde es möglich, zur ursprünglichen Art der direkten Befehlsdecodierung zurückzukehren.

Man entwickelte nun die RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computer) mit weitaus weniger Befehlen, bei der wieder eine fest verdrahtete Logik zur Befehlsdecodierung zum Einsatz kommt.

Was ist nun besser, RISC oder CISC?

Bilden Sie sich selbst eine Meinung.
Für mich ist ganz klar RISC die bessere Wahl.

Und die relativ neu entwickelten AVR-RISC-Controller zeichnen sich für meine Begriffe durch extreme Geschwindigkeit und Code-Effizienz aus.
Aber dazu später mehr …

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Heute erzähle ich Ihnen meine Geschichte, wie ich zu den AVR-Controllern gefunden habe.

Ich als Funkamateur und Radiobastler hatte eigentlich nichts mit Mikroprozessor und Co. am Hut. Will man jedoch mit der technischen Entwicklung Schritthalten, kommt man einfach nicht um die Verwendung eines Mikrocontrollers herum, um die Bedienung und Steuerung des selbstgebauten Gerätes zu realisieren. Auch, wenn es nur ein Mini-Projekt ist.

Klar, es gibt eine Menge verschiedenster Controller-Typen und Konzepte.
Wofür sollte ich mich also entscheiden?

Meine erste Begegnung mit Mikroprozessoren hatte ich in den 80ern, mit dem allseits bekannten Z80. Ok, der Z80 (damals z.B.U880) ist ein reiner Mikroprozessor ohne interne Peripherie. Also, man musste die Peripheriebausteine wie z.b. RAM, EPROM, SIO, PIO und CTC extern anschließen.

Man brauchte aber wenigstens einen (EP)ROM als Programmspeicher und irgend einen IO-Baustein, damit man überhaupt etwas sinnvolles damit anstellen konnte. Letztendlich hatte man immer ein Board, auf dem der Mikroprozessor und seine Peripheriebausteinen Platz finden mussten. Also, keine Rede von minimaler Hardware.

Allerdings hatte der Mikroprozessor einen recht umfangreicher Registersatz (Register A, F, B, C, D, E, H, L, Index-Register IX und IY) incl. einem Tauschregistersatz für schnelle Interrupt-Bearbeitung.

Der umfangreiche CISC-Befehlssatz von ca. 150 Befehlen war auch nicht zu verachten.

Besonders bemerkenswert fand ich auch die SIO, die unter anderem eine Hartwareunterstützung des HDLC-Protokolls und CRC-Erzeugung und Prüfung bietet, und damit dem Prozessor einiges an Arbeit abnimmt.

Zugegeben, das ist doch alles Schnee von gestern. Oder?

Später tauchten immer mehr Geräte auf, die mit einem Motorola-Controller MC68HC11 oder MC68HC05 ausgerüstet waren. Also habe ich die Programmierung des MC68HC11 erlernt, und einige kleinere Projekte realisiert.

Der MC68HC11 verfügte intern über 256Byte RAM, 512Byte EEPROM und einen BOOT-ROM. Zur Programmabarbeitung standen zwei 8-Bit-Arbeitsregister A und B, und zwei Index-Register X und Y zur Verfügung. Weiterhin verfügte der Controller über 5 IO-Ports, Port A bis E.

• Der Port A steht hauptsächlich dem internen Timer-System zur Verfügung.
• Der Port B stellt 8 Ausgänge bereit.
• Der Port C stellt 8 Aus- oder Eingänge je nach Konfiguration bereit.
• Über Port D ist das SPI (Serial Peripheral Interface) und SCI (Serial Comm. Interface) verfügbar.
• Port E stellt 8 A/D-Wandler-Eingänge bereit.

Der interne EEPROM (512 Byte) kann als Programmspeicher verwendet werden. Für kleinere Projekte ausreichend. Will man aber ein ganzes Gerät steuern, muss man auf externen Programmspeicher (EPROM) zurückgreifen. Dafür muss man Port B und C für den externen Daten- und Adressbus opfern. Für mich als Funkamateur und Radiobastler kam ein weiteres Problem hinzu. Nicht nur, dass man zwei Ports für den externen Daten- und Adressbus opfern musste, es strahlte auch der externe Bus ein breites störendes Rauschen bis in den UKW-Bereich hinein ab. Eine etwas unbefriedigende Situation, will man z.B. einen „Funkapparat“ damit steuern.

Auch nicht das Richtige!

Auf der weiteren Suche nach einem modernen Controller bin ich dann auf die 8Bit-RISC-Controller-Familien gestoßen. Es war nicht einfach zu entscheiden, welche Controller-Familie es nun sein sollte.

Ich habe mich nach einigen für und wider für die AVR-RISC-Controller-Familie entschieden.

Hier nun die 3 wichtigsten Argumente, warum ich mich für die AVR-8Bit-Controller entschieden habe.

• Die Befehlsausführungszeit von einem Oszillator-Takt-Impuls für einen Befehl, das bedeutet bei 10MHz-Takt, die Ausführung von 10 Millionen Befehle pro Sekunde !! (10 MIPS) Andere Controller benötigen mindestens 4 Takte für die Ausführung eines Befehls.

• Der Befehlssatz von über 100 Befehlen, der für RISC-Controller (Reduzierter Befehlssatz) doch sehr umfangreich ausfällt. Ein Umstand der mir sehr entgegen kam, als alter CISC-Programmierer.

• Die 32 fast gleichberechtigten Arbeitsregister, die direkt mit dem Rechenwerk (ALU) verbunden sind. Dadurch wurde das Nadelöhr des traditionellen Akkumulator-Register deutlich entschärft. Die Register r26 bis r31 kann man außerdem als Index-Register-Paare X, Y und Z verwenden. (optimal für Hochsprachen wie C usw..)

Am Ende hatte ich mir eine Menge Gründe zurechtgelegt, die meine längst getroffene Entscheidung für die 8Bit-AVR-RISC-Controller-Familie unterstützten sollen.

Also habe ich mir das AVR-Evaluations-Board STK500 gekauft.
Entweder richtig oder gar nicht, hab’ ich mir gedacht.
Ich habe es nicht bereut, das STK500 benutze ich heute noch.

Ich glaube, es muss jeder für sich entscheiden ob nun PIC, AVR oder was auch immer. Jeder Controller-Typ hat seine Vor- und Nachteile, und kann z.b. eine bestimmte Aufgabe besser lösen als andere Controller und umgekehrt.

Meine Entscheidung war ganz klar …8Bit-AVR!
Und der ATtiny2313 ist für meine gelegentlichen Miniprojekte die erste Wahl.

PS:
War diese kleine Geschichte hilfreich, oder eher nicht?
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Es gibt ja einige Messgeräte (im Gegenwert eines Mittelklassewagens) zur NF-Laufzeitmessung. Diese liefern aber nur bei geringen Laufzeiten von wenigen Millisekunden brauchbare Ergebnisse, so zumindest meine Erfahrungen bisher. (Es lag bestimmt wie so oft am Bediener.)

Rauschen oder Klirrfaktor wirken auch sehr störend auf das Messergebnis.

Nun gibt es aber auch ein Gleichwellen-Funksystem, in dem das NF-Signal ca. 30ms unterwegs ist. Wie wir nun alle wissen, muss die NF absolut gleichzeitig von allen Sendern im Funksystem ausgesendet werden, damit es im Funkfeld (Überlappungszone) zu keinen störenden Interferenzen kommt. Eine Laufzeitdifferenz von sagen wir mal 50µs dürfte da wohl die äußerste Schmerzgrenze sein.

Es bestand auch hier der Wunsch, die Laufzeit nachzumessen. Um nun bei dieser relativ hohen Laufzeit eine möglichst genaue Messung mit einfachsten Mitteln hinzukriegen (+/-20µs Messfehler erschien mir als akzeptabel), hatte ich nun einige Überlegungen angestellt. Das Ergebnis war nun ein simples Verfahren mittels Lissajous-Figur und einem genau einstellbaren Tongenerator.

Eines kann ich jetzt schon vorausschicken, das Verfahren ist zu meiner Überraschung so was von einfach, dass ich es selbst nicht fassen konnte. Man braucht wirklich nur ein Oszilloskop einen Tongenerator mit digitaler Anzeige (wenigstens 1/10 Hz Auflösung) und einen Taschenrechner. Also Dinge, die sowieso in der Elektronik-Werkstatt vorhanden sind.

Also, das Verfahren geht so: auf den Y-Eingang des Oszi’s gibt man das Eingangssignal welches ins System eingespeist wird, und auf den anderen X-Eingang gibt man das Ausgangssignal, welches das Funksystem durchlaufen hat.

Man schaut sich jetzt die Lissajous-Figur an und sucht sich eine Ton-Frequenz (z.B. in der Nähe von 1kHz), bei der die beiden Signale gleiche (oder eine bestimmte) Phasenlage zueinander haben. Diese Frequenz merken! Nun die Frequenz langsam erhöhen bis sich die Phase genau einmal gedreht hat. Auch diese Frequenz merken, usw..

Nun habe ich eine Formel zur Berechnung der Laufzeit entwickelt und diese in eine Excel-Tabelle eingearbeitet, wobei man noch weitere aufeinander folgende Frequenzen eingeben kann. Ich habe nun einige Messreihen gemacht und die Tabelle spuckte nun die Laufzeiten und die Periodendauer der Frequenzen aus. Und was mir dabei aufgefallen ist, konnte ich erst gar nicht glauben. Ich brauche nämlich meine relativ komplizierte Formel zur Laufzeitberechnung überhaupt nicht.

Es geht viel einfacher!!!

Es ist so genial einfach, dass man es eigentlich geheim halten müsste. Nein, natürlich nicht. Wenn du die genaue Vorgehensweise wissen willst, dann schreibe es hier, und ich werde es dir verraten.

Falls also genügend Interesse besteht, werde ich mal eine genaue Beschreibung der Vorgehensweise machen.

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Auf der Suche nach einer allgemeinverständlichen Erklärung, wie ein Direktmisch-Empfänger nach der Phasenmethode (Zero-IF-Methode) funktioniert, bin ich vorerst gescheitert. Es findet sich im Web zwar einiges an Information zur Phasenmethode, aber meist sehr oberflächlich und zum Teil auch mit Formeln untermauert, die man als nicht-Mathematiker eh nicht versteht.

Nun frage ich mich gerade, ob ich nicht selbst mal einen allgemeinverständlichen Crashkurs zum Thema machen sollte.

Also einen kleinen Kurs, den man als Hobbyelektroniker, auch ohne langjähriges Studium der Kommunikationstechnik, leicht verstehen kann.

Ja im Zeitalter von DSP wird der gute alte IQ-Mischer und damit auch die Phasenmethode wieder interessant. Wäre doch eine gute Gelegenheit altes Wissen mal wieder aufzufrischen.

Ich bitte um sachdienliche Hinweise

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Ein neues Thema mit dem ich mich zur Zeit beschäftige ist die Schaltungssimulation.
Heute hat man kaum noch alle Bauelemente zur Hand, um die eine oder andere Schaltungsidee mal schnell zu testen. Der Griff in die Bastelkiste bringt meistens nicht die Bauteile zum Vorschein, die man gerade brauchen kann. Also bleibt der Lötkolben kalt und die Schaltung bleibt doch nur so eine Idee. Schade eigentlich.

Also habe ich mir nun doch ein Buch gekauft, “Einführung in die Elektroniksimulation”. Und die Ergebnisse meiner ersten Schaltungssimulationen hatten eine extreme Ähnlichkeit mit den Ergebnissen, die ich aus der Praxis kannte. Ich habe mich schon geärgert, dass ich mich nicht schon eher mal mit der Schaltungssimulation auseinander gesetzt habe. Ich hätte mir viel Mühe, Zeit und einige Enttäuschungen ersparen können.

So funktioniert’s.
Also man zeichnet seine Schaltung mit den gewünschten Bauteilen, Signal- und Spannungsquellen, und kann dann schon mal testen und an beliebigen Punkten gleichzeitig messen.

Es gibt einen Reihe verschiedener Analysen.
Man kann Spannung und Strom statisch oder im zeitlichen Verlauf erfassen und graphisch darstellen, quasi wie mit einem Oszilloskop.
Zum Beispiel werden auch Phasenwinkel zwischen verschiedenen Messpunkten sichtbar.

Mit der Wechselstromanalyse kann man den Frequenz- und Phasengang in einer Schaltung erfassen.
Und digitale Schaltungen (Logik) kann man natürlich auch simulieren.

Ja, die wenigen Schaltungssimulationen die ich bisher schon erstellt habe, haben mein Weltbild der Elektronik und Elektrotechnik eindrucksvoll bestätigt.

Gerade wenn man den Einstieg in die Elektronik und ein tieferes Verständnis der Vorgänge in einer elektronischen Schaltung sucht, kann ich nur das praktische Experimentieren mit verschiedenen Schaltungen empfehlen. Heute ist das auch ohne Lötkolben und umfangreichen Messgerätepark möglich.

Aber experimentieren muss man auf  jeden Fall, um neue Erfahrungen und Erkenntnisse zu sammeln. Und mit einer Simulation kann man die Funktion einer Schaltung viel besser analysieren, als es im praktischen Aufbau möglich ist. Denn viele Dinge, die einem Rätsel aufgeben, lassen sich eben nicht so einfach messtechnisch erfassen.

Ich werde sicher noch weiter zu diesem Thema berichten, wenn ich etwas weiter in die Materie vorgedrungen bin.

Aber vorerst kann ich nur sagen:
Ich bin begeistert, eine spannende Sache, die Schaltungssimulation.

Mehr zum Thema findest Du hier in der Leseprobe zum Buch.

PS: Die Buch-CD enthält die Studentenversion mit Euro-Bauelementen incl. OrCAD-Demoversion. Man kann gleich loslegen und in die spannende Welt der Schaltungs-Simulation eintauchen.

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Am Sonnabend den 14.11.2009, um 21.00-02.00 Uhr MEZ, findet wieder mal der “Radio St. Helena Day” statt. Die weltweit berühmte “Party On-The-Air”.

Gesendet wird auf 11,0925 MHz in SSB oberes Seitenband (USB).
Die Sendung für Europa läuft zwischen 23.00 und 0.30 Uhr MEZ.

Die Sendung vom Radio St. Helena Day 2008 war in Deutschland leider nur äußerst schwach zu empfangen. Das Band war eben schon geschlossen um die Uhrzeit.

Ich werde mich auf jeden Fall wieder als SWL (Kurzwellenhörer) betätigen. Bei der momentan mäßigen Sonnenaktivität könnte das Band immer noch unbrauchbar sein. Ich hoffe aber das Beste.

Um eine QSL von Radio St. Helena zu erhalten, müssen Sie einen schriftlichen und nachprüfbaren Empfangsbericht, sowie 5 EUR Rückporto, per Luftpost an folgende Adresse schicken:

Radio St. Helena
P.O. Box 93
Jamestown , St. Helena
STHL 1ZZ
South Atlantic Ocean
——————————
via AIRMAIL
via United Kingdom & Ascension

Für mehr Information der folgende Link:
http://www.sthelena.se:80/radioproject/

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