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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

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

Mikrocontroller

Fahrzeug mit einem Motor und einem Lenk-Servo

Gleichstrommotor

Servo

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

Mikrocontroller

Weitere Anfängersysteme• Lego RCX/NXT-Programmierung

Mikrocontroller

Weitere Anfängersysteme• qfix Bobby-Board (Atmega32-Controller)

– Kein Betriebssystem

– Programmierung in C

– Motorausgänge

– Analogeingänge

– Display anschließbar

Mikrocontroller

qfix C-Programmint main()

{

initBobbyBoard();

clear();

while(1==1)

{

if (digital(1))

{

powerOn(6); //Signal

powerOn(3);

sleep(2);

powerOff(6);

powerOff(3);

}

}

}

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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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