Wozu 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.

Grundschema Port mit 8 digitalen Input-Output- Leitungen (Pins): Zustand 0 oder 1 Eingabe: Schalter offen oder geschlossen Ausgabe: LED aus oder an

Programmierung Hochsprache (C, Basic..) Grafisch (z.B. LEGO- Mindstorms) Übertragung (download) vom PC zum Programmspeicher des Microcontrollers (Flash)

Programmausführung Programm läuft ohne PC Ausgabe: LED, Display, Lautsprecher, Motor Eingabe: Sensoren, Taster Endlosprogramm oder endliches Programm

Basic Stamp 1 Project Board 1 Mikrocontroller PIC16C56A incl. Basic-Interpreter und 14Byte Datenspeicher 2 2kB-Basic- Programmspeicher 3 Oszillator 4MHz 4 Power-LED

Motoransteuerung Gleichstrommotor Servomotor Schrittmotor Vorteil: Leicht verständlich, leicht anzusteuern Nachteil: Motor-IC notwendig, nicht regelbar Servomotor Vorteil: Ohne Zusatz verwendbar, regelbar Nachteil: Für 360°-Rotation Umbau notwendig, Prinzip nicht leicht verständlich, Muss ständig bedient werden Schrittmotor Vorteil: Präzise steuerbar, optimal für exakte Positionierungen Nachteil: Zusätzliche Elektronik notwendig, aufwändige Ansteuerung

Fahrzeug mit einem Motor und einem Lenk-Servo

Fahrzeug mit 2 Motoren

Tipps für den Unterricht Schüler auf folgende Punkte hinweisen: Fehler eingrenzen („Es tut nicht“): Programmierfehler, Verdrahtungsfehler, Systemfehler ? Reines Probieren ergibt undurchschaubare Programme Sie sollten ihr Vorgehen beschreiben können

Tipps für den Unterricht Die 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

Tipps für den Unterricht Zusätzlich für den Lehrer Möglichst keine Programme oder Programmteile abtippen lassen. Vorlagen oder Lösungen als Datei zur Verfügung stellen. Mechanische Anteile einer Aufgabe nicht unterschätzen.

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

Weitere Anfängersysteme Lego NXT: Betriebssystem „Mikrocontroller versteckt“ Symbolische Programmierung oder in C Display und Ton integriert Analogeingänge Motorausgänge

Weitere Anfängersysteme Lego RCX/NXT-Programmierung

Weitere Anfängersysteme qfix Bobby-Board (Atmega32-Controller) Kein Betriebssystem Programmierung in C Motorausgänge Analogeingänge Display anschließbar

qfix C-Programm int main() { initBobbyBoard(); clear(); while(1==1) if (digital(1)) powerOn(6); //Signal powerOn(3); sleep(2); powerOff(6); powerOff(3); }

Gesamtkonzept am FSG Klasse 9: Klasse 10: Digitalelektronik Automatisierung mit dem Festo-System Steuerung mit einem Mikrocontroller-Board Klasse 10: Sensorik Projekt Temperatur-Messgerät mit einem Mikrocontroller Schaltungsentwurf, Herstellung einer Platine

Lernziele Grundkonzepte der Programmierung Variable, Schleife, Verzweigung Grundkonzepte der Automatisierung Einsatz von Sensoren und Aktoren Lösungsstrategien Zusammenwirken von Controller, elektronischen Komponenten und mechanischen Komponenten

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

Projekte mit Mechanik Fahrzeugprojekte Automatisierungsprojekte 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

Unterrichtspraxis Maximale Gruppenzahl Gruppengröße: 2 (ideal) -3 Ohne Erfahrung max. 6 Mit Erfahrung max 8 Gruppengröße: 2 (ideal) -3 Maximal 20 Schüler insgesamt

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