1. Das Labor 3. Elektronik & Mikrorechnertechnik · Bauelemente werde quer zu den...

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Spaß an Technik: Elektronik & Mikrorechner

Kurseinheit 1 14.06.2012

1. Das Labor Das Laborsteckbrett Leitungsstruktur eines Laborsteckbretts Anschluss des Netzteils Arduino Nano auf dem Steckbrett

Stromversorgung

2. PC & Entwicklungs- umgebung

Einschalten des PC Starten Entwicklungsumgebung Anschluss Arduinio

3. Elektronik & Mikrorechnertechnik

Strom, Spannung, Lampe Stromkreis mit Schalter Die erste Mikrorechner-Schaltung

Schaltung aufbauen

4. Software Das Blinkprogramm Grundstruktur Programm laden, compilieren und Upload zu Arduino

Wie funktioniert der Programm-Code ?Anhänge

DARC, OV H08 DK4AQ, Axel Schultze 2

Spaß an Technik: Das Labor

Das Steckbrett wird für den Laboraufbau verwendet Bauteile mit Drahtenden, Integrierte Schaltkreise und Drähte passen in die Kontakte Die Verdrahtung kann über handelsüblichen Klingeldraht (D=0.5mm, Cu, PVC) erfolgen Abisolierung sollte ca. 4-5mm lang sein Keine Bauteile verwenden, die schon einmal eingelötet waren ! Kontakte nicht mit Gewalt durch zu kleine Öffnungen im Brett treiben ! Aufbauten können einige Wochen so funktionieren, keine Dauerlösung !

Beispiel aus: http://www.youtube.com/watch?v=uxi04YE7Erg

Das Labor-Steckbrett



Leitungsstruktur eines Steckbretts

Schienen fürStromversorgung

Schienen fürVerbindungVon Bauelemente-anschlüssen

Open-Source- Software zur Planung / Doku-mentation von Aufbauten auf einem Steckbrett http:www.fritzing.org

Bauelemente werde quer zu denBauteil-Verbindungschieneneingesteckt, sonst Kurzschluss!

Es gibt Steckbretter mit unterschiedlichen Markierungen für die Stromversorgung.

Bei manchen Steckbretten sind die Stromversorgungsschienen genau in der Mitte des brettes unterbrochen.

Bilder: Screenshots Prog.Fritzing, www.fritzing.org



Anschluss des Netzteils

Die Stromversorgung erfolgt über ein elektronisch stabilisiertes 5V-Netzteil (ca. 1A, kurzschlussfest)

Wichtig ist das Ausmessen der Polung und Markieren der Kabeladern ! Rot = +5V, Blau= 0V Verpolung beim Anschluss an das

Board zerstört das Arduino-Board !

Die farbig markier-ten Verbindungs-schienen sind nicht intern verbunden sondern müssen bei Benutzung mit Drähten verbunden werden !

Foto: Katalog Pollin Best.Nr. 350 052

Bildert: Eigene Fotos



Anschluss des Arduino Nano auf dem Steckbrett

Das Arduino Nano-Board sollte mit dem USB-Stecker nach rechts auf der rechten Hälfte des Steckbretts eingesteckt werden.

USB



herausgezogen.

Wenn versucht wird grössere Lasten über USB zu versorgen, dann brennt eine Diode auf dem Arduino-Board durch !

Spaß an Technik: PC und Entwicklungsumgebung

Mit Druckknopf auf der Frontplatte einschalten Starten des PC



USB

Jetzt wird der Arduino Nano an eine USB-Schnittstelle angeschlossen Nach Anschluss des Arduino-Boards erkennt der Rechner dies und macht ein

Geräusch und/der zeigt ein kleines Fenster mit Meldung.

In der Arduino-Entwicklungsumgebung lässt sich unter Tools – Serieller Port eine neue COM-Schnittstelle mit einem Haken dahinter finden. Unter Tools – Boards muss nun noch der Arduino Nano 328 eingestellt

werden. Nun sind wir startklar !

Bild: Eigenes Foto



Was ist elektrischer Strom ?

Elektronen bewegen sich durch einen Leiter

Sie drängeln sich ähnlich wie Murmeln durch ein Rohr

6242000000000000000 (6,242.1018) Elektronen pro Sekunde = 1 Ampere,

( Abkürzung 1 A )

Die Elektronen bewegen sich dabei mit weniger als 1mm pro Sekunde.

Wenn links ein Elektron in den Leiter geschoben wird, fällt ein anderes rechts

heraus. Das erscheint als Reaktion dann sehr schnell (300000km/s).

Leiter (z.B. Kupfer)

Elektronen

Wer hat´s erfunden ?Der Herr Ampère...(bei der Stromrichtung hat er noch etwas geübt)Bild: Wikipedia



Was treibt den Strom ?

Spannung noch mit Fröschen gemessen..

Bild: Wikipedia



Warum leuchtet ein Lämpchen ?

Wenn man Leiter sehr dünn macht, dann müssen sich die Elektronen an der dünnen Stelle sehr drängeln

Solche Engstellen setzen der Bewegung der Elektronen einen Widerstand entgegen

An Widerstandsstellen entsteht durch de Reibung Wärme. Wenn der Leiter glüht sendet er Licht aus.

Ein Fahrradrücklicht arbeitet z.B mit 6V und es fliessen 0,1A

-

+



Aufbau einerLampenschaltung (z.B. Taschenlampe)

Schalter

-

+

Um einen Verbraucher anzutreiben, ist immer ein Stromkreis notwendig Ein Schalter unterbricht den Stromfluß

Technische Stromrichtung (!)



Batterie oderStromversorgung

Lämpchen6V 30mA

Microcontrolerplatine Arduino Nano mit Mikroprozessor Atmega328P

Der Microcontroler kann mit seinen Ausgängen elektrische Verbraucher schalten, wie z.B. schwache Lämpchen

Warum soll man das so kompliziert machen ?

Microcontroler können sehr intelligente Reaktionen mit Hilfe ihrer Ein- und Ausgänge und ihres Programms erzeugen

+

-

Bild: Eigenes Foto



Schaltplan

Erstellt mit Open-Source-CAD TinyCADhttp://sourceforge.net/apps/mediawiki/tinycad/index.php?title=TinyCAD

In der Elektronik werden Schaltungen durch einen Schaltplan dargestellt, das ergibt eine bessere Übersichtlichkeit



Versuchsaufbau Versuch 1


Spaß an Technik: Software

Start nachEinschalten

Pin 9 soll als Ausgang funktionieren

Pin 9 = HIGH

Warte 1s

Pin 9 = LOW

Warte 1s

Funktion setup()

Funktion loop()

HIGH bedeutet 5V, Lampe ist leuchtet nicht

LOW bedeutet 0V, Lampe leuchtet

Ausschaltzeit

Einschaltzeit

Programmablaufplan des Blinkprogramms



Laden Programm:Datei-Sketchbook-Blink1

Compilieren und Upload:Pfeil links

Programm laden und Ausführen



Das Programm Blink1



/* xxxxxxxx */ Kommentar, auch über mehrere Zeilen, damit kann man auch versuchsweise ganze Teile des Codes unwirksam machen

// xxxxxxxxx Ab dem Doppel-Querstrich ist nach rechts in der Zeile alles Komentar

void setup() Definiert eine Funkltion (= Programmmodul)

OUTPUT Konstante, im Compiler definiert

pinMode( 9,OUTPUT) Aufruf einer Funktion aus einer Bibliothek (Library), Übergabe von zwei Eingangswerten (Parameter)

Programmelemente

An dem Programmbeispiel sind nur die Struktur und die Semikolons reines C !Alle Funktionsaufrufe rufen Module aus Arduino-Biliotheken auf.



Zeit

Lampen-strom

Ausschalt-zeit

Einschalt-zeit

Lampebrennt

Lampedunkel

Wieso leuchtet das Lämpchen wenn aus dem Ausgang LOW herauskommt ?

Die Lampe liegt auf der einen Seite auf +5V. Sie bekommt erst die Spannung angelegt, wenn das andere Ende auf 0V liegt, dann fließt Strom.

Bilder: Smileys Wikipedia



Weitere Ideen für Experimente (für zu Hause) :

Wie kann man das Blinken schneller oder langsamer machen ?

Kann man die Einschaltzeit länger als die Ausschaltzeit machen ?

Wie kann man einfach folgenden Blinkeffekt realisieren ?

Was passiert wenn man die Zeiten ganz kurz macht, kann die Lampe so schnell folgen ?

Was passiert wenn man bei kurzen Zeiten die Ein- und Ausschalt-Zeit ungleich macht ?

Kann man die Zeiten von einem Durchlauf zum Nächsten verändern ?

Was passiert , wenn man in der Funktion pinmode aus der 9 eine 13 macht ?

Wie bekommt man einen Wechselblinker hin ?


Anhänge

Anhang A

PC: Treiber installieren



Das Arduino Board wird mit der USB-Schnittstelle verbunden

Der PC meldet sich akustisch mit einem „Ding-Dong“

Es erscheint ein Fenster „Neue Hardware gefunden“

Wenn die neue Hardware nioht berkannt ist erscheint ein Fenster mit dem Hardware-Assistenten

Dort wird die Frage, ob per Internet mit Windows-Update verbunden werden sool mit „Nein, diesmal nicht“ beantwortet



Es wird ein Haken bei „Folgende Quelle...“ gesetzt. Nun wird auf „Durchsuchen“ geklickt und das Verzeichnis, in das die Arduino-Installationsdateien kopiert wurden gesucht Auf den Rechnern in der FvS-Schule ist diese Datei

„Arduino“ direkt unter Laufwerk C: oder Laufwerk D: angelegt

Dort wird das Unter-verzeichnis „drivers“ gesuicht und „FTDI USB Drivers“ angeklickt


Anhänge

Anhang B

PC: Entwicklungsumgebung einrichten


Entwicklungsumgebung einrichten

Das Arduino-Entwicklungsprogramm kann unter www.arduino.cc kostenlos aus dem Internet geladen werden.Nach

Erscheint der Download-Bereich.Es wird das entasprechende Betriebssytsem ausgewählt und der Download ausgelöst.



Es erscheint ein Fenster in dem ausgewählt wird, dass das Programm in einer Datei gespeichert werden soll.

Am sinnvollsten speichert man das Programm dort ab, wo auch andere Downloads gespeichert werden Das Programm ist noch mit ZIP gepackt. Danach wird das Programm entpackt. Dazu wird ein Packer-Programm benötigt. Falls auf dem Rechner noch keines vorhanden ist kann man z.B. 7-ZIP aus dem Netz laden.



Man entpackt dann das Zip-File nachC:/ oder D:/ und erhält dann das Verzeichnis arduino-1.0.1. Dort sind alle Arduino-Files enthalten. Das File arduino.exe kann durch anklicken von dort gestartet werden. Man sollte jedoch eine Verlinkung auf den Desktop einrichten.

Es wird beim Entpacken ebenfalls ein Datenbereich eingerichtet, wo später die Programme (Sketches) abgelegt werden:C:\Dokumente und Eigenschaften\Username\Eigene Dateien\Arduino



Auswählen “Neu“ Auswählen “Verknüpfung“ Es erscheint in Auswahlfenster

Anwählen des Desktops (Arbeits- oberfläche) Maus irgendwo auf die Hintergund- fläche schieben Rechte Maustaste klicken


Anhang B


Anhang B

Es erscheint wieder das Verknüpfungsfenster „Weiter“ drücken „Fertigstellen“ drücken Nun ist das Arduino-Symbol auf dem

Bildschirm zu sehen und man kann ab jetzt das Programm mühelos starten


Anhänge

Anhang C

PC: Bedienung Entwicklungsumgebung

Weitere Erklärungen:Arduino Hilfe – Umgebung (Englisch)


Bedienung Entwicklungsumgebung

Es erscheint die Entwicklungsumgebung

Die aktuelle Version ist V1.0.1 Die aktuelle Version lässt sich unter

www.arduino.cc überprüfen

Das Programm funktioniert wie ein einfaches Textverarbeitungsprogramm.. Man kann per Tastatur Text in das

weiße Fenster schreiben und den auch verändern.

Cursor, läss sich per Mausklick umsetzen

Löschen per“ <--“-TasteOder mit „Entf“-Taste

Selektion durch Überfahren mehrerer Zeichen bei festgehaltener

linker Maustaste

Selektierte Textteile können gelöscht, kopiert oder verschoben werden



Auswahl des ange-schlossenen Boards

Auswahl der virtuellen COM-Schnittstelle zum Board



Hier findet man die Online-Referenz mit der Beschreibung der Sprachelemente

Auch eine Beschreibung der Entwicklungsumgebung lässtSich aufrufen



Jetzt kann das Demoprogramm BLINK laden und compilieren/Uploaden. Das Arduino-Board wird über die USB-Schnittstelle über Strom versorgt. Das Programm blinkt nacj Upload mit einer LED auf dem Board.


Arduinio - Unterstützung

www.netzmafia.de: Arduino Programmierhandbuch (deutsch)http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson4.html: Sehr ausführliches Tutorial mit Installtion (Englisch)http://www.freeduino.de/books/arduino-tutorial-lady-adaTeilweise Übersetzung von Ladyada-Tutorial (deutsch)

http://www.youtube.com/playlist?list=PLAB63281B90FB376E&feature=plcpYoutube Tutorial Seriehttp://www.youtube.com/watch?v=avOZaRoKVggYoutube Tutorial Serie mit Installation vom Internet auf PC (deutsch)

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