Wozu Mikrocontroller?
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Mikrocontroller
• Wozu Mikrocontroller?
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Mikrocontroller
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Mikrocontroller
Was ist ein Mikrocontroller ? Ein Mikrocontroller ist ein
eigenständiger Miniaturrechner in einem einzigen Chip integriert. Er besteht aus einem Mikroprozessor, Speicher und evtl. weiteren Komponenten.
Ein Mikrocontroller-Board ist eine Platine zum Experimentieren, die einen Mikrocontroller enthält.
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Mikrocontroller
Grundschema Port mit 8 digitalen
Input-Output-Leitungen (Pins):
Zustand 0 oder 1 Eingabe: Schalter
offen oder geschlossen
Ausgabe: LED aus oder an
Programmspeicher
Arbeitsspeicher
CPU
Ports
Bus
Eingang
Ausgang8Bit-Controller8 digitale IO-Leitungen
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Mikrocontroller
Programmierung Hochsprache (C,
Basic..) Grafisch (z.B. LEGO-
Mindstorms) Übertragung
(download) vom PC zum Programmspeicher des Microcontrollers (Flash)
Speicher
Laptop
Mikrocontrollerboard
Tool
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Mikrocontroller
Programmausführung Programm läuft ohne PC Ausgabe: LED, Display,
Lautsprecher, Motor Eingabe: Sensoren, Taster Endlosprogramm oder
endliches Programm
Programmläuft
Mikrocontrollerboard
Display
LEDs
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Mikrocontroller
Basic Stamp 1 Project Board• 1 Mikrocontroller
PIC16C56A incl. Basic-Interpreter und 14Byte Datenspeicher
• 2 2kB-Basic-Programmspeicher
• 3 Oszillator 4MHz
• 4 Power-LED
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Mikrocontroller
Motoransteuerung• GleichstrommotorVorteil: Leicht verständlich, leicht anzusteuern
Nachteil: Motor-IC notwendig, nicht regelbar
• ServomotorVorteil: Ohne Zusatz verwendbar, regelbar
Nachteil: Für 360°-Rotation Umbau notwendig,
Prinzip nicht leicht verständlich, Muss ständig bedient werden
• SchrittmotorVorteil: Präzise steuerbar, optimal für exakte Positionierungen
Nachteil: Zusätzliche Elektronik notwendig, aufwändige Ansteuerung
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Mikrocontroller
Fahrzeug mit einem Motor und einem Lenk-Servo
Gleichstrommotor
Servo
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Mikrocontroller
Fahrzeug mit 2 Motoren
Geradeaus
Drehen auf der Stelle
Rechtskurve
Leichte Rechtskurve
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Mikrocontroller
Tipps für den UnterrichtSchüler auf folgende Punkte hinweisen: Fehler eingrenzen („Es tut nicht“):
Programmierfehler, Verdrahtungsfehler, Systemfehler ?
Reines Probieren ergibt undurchschaubare Programme
Sie sollten ihr Vorgehen beschreiben können
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Mikrocontroller
Tipps für den UnterrichtDie Schüler sollten Nicht mehr benötigte Kabel, Bauteile und
Programmteile entfernen Eine Gesamtaufgabe in möglichst kleine
Einzelschritte aufteilen Möglichst häufig testen und funktionierende
Zwischenstände extra speichern Dokumentation ins Programm schreiben
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Mikrocontroller
Tipps für den UnterrichtZusätzlich für den Lehrer Möglichst keine Programme oder Programmteile
abtippen lassen. Vorlagen oder Lösungen als Datei zur Verfügung
stellen. Mechanische Anteile einer Aufgabe nicht
unterschätzen.
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Mikrocontroller
Basic Stamp: Vor- und Nachteile Vorteile Preisgünstig Einfache
Programmierung Schneller
Anfangsfortschritt Handlich Geringer
Stromverbrauch
Nachteile Verkabelung ist
fehleranfällig Nur für einfache
Aufgaben geeignet Nur in BASIC
programmierbar Kein AD-Wandler Kein Display
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Mikrocontroller
Weitere Anfängersysteme• Lego NXT:
– Betriebssystem „Mikrocontroller versteckt“
– Symbolische Programmierung oder in C
– Display und Ton integriert– Analogeingänge– Motorausgänge
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Mikrocontroller
Weitere Anfängersysteme• Lego RCX/NXT-Programmierung
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Mikrocontroller
Weitere Anfängersysteme• qfix Bobby-Board (Atmega32-Controller)
– Kein Betriebssystem
– Programmierung in C
– Motorausgänge
– Analogeingänge
– Display anschließbar
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Mikrocontroller
qfix C-Programmint main()
{
initBobbyBoard();
clear();
while(1==1)
{
if (digital(1))
{
powerOn(6); //Signal
powerOn(3);
sleep(2);
powerOff(6);
powerOff(3);
}
}
}
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Mikrocontroller
Gesamtkonzept am FSGKlasse 9: • Digitalelektronik• Automatisierung mit dem Festo-System• Steuerung mit einem Mikrocontroller-Board
Klasse 10:• Sensorik• Projekt Temperatur-Messgerät mit einem Mikrocontroller• Schaltungsentwurf, Herstellung einer Platine
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Mikrocontroller
Lernziele Grundkonzepte der Programmierung Variable, Schleife, Verzweigung Grundkonzepte der Automatisierung Einsatz von Sensoren und Aktoren Lösungsstrategien Zusammenwirken von Controller, elektronischen
Komponenten und mechanischen Komponenten
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Mikrocontroller
Projekte ohne Mechanik Einfache Projekte ohne Mechanik Ampelsteuerung (einfache Ampel, Bedarfsampel,
gekoppelte Ampeln) Musikprogramm Warnanlage(Reaktion z.B. auf Licht) Temperaturwarner Messgerät mit Zeiger Entfernungswarner mit US-Sensor
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Mikrocontroller
Projekte mit Mechanik Fahrzeugprojekte
– Finde die hellste Stelle im Raum
– Umfahre Hinderniswände
– Fahre auf dem Tisch ohne herunterzufallen
– Folge möglichst schnell einer schwarzen Linie
Automatisierungsprojekte
– Rolladensteuerung
– Garagentor
– Alarmanlage mit Codeschloss
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Mikrocontroller
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Mikrocontroller
Unterrichtspraxis
• Maximale Gruppenzahl
– Ohne Erfahrung max. 6
– Mit Erfahrung max 8
• Gruppengröße: 2 (ideal) -3
• Maximal 20 Schüler insgesamt
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Mikrocontroller
Erstausrüstung Basic Stamp• Laptop/PC möglichst mit serieller Schnittstelle
• Serielles Kabel (4€), (oder USB-Adapter 18€) 1)
• Basic-Stamp1 incl. Software 24€ 1)
• Stecker-Netzteil für Basic-Stamp (7,5V) 10€1)
• Elektronikteile ca. 15€ 2) 3) 4)
• Klingeldraht (Baumarkt) Vielfachmessgerät ca. 20 € 3) 4)
1)elmicro.com 2)www.traudl-riess.de 3)www.conrad.de
4) www.reichelt.de