Transcript Einführung Mikrocontroller

Mikrocontroller
• Wozu Mikrocontroller?
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Mikrocontroller
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Mikrocontroller
Was ist ein Mikrocontroller ?
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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
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Port mit 8 digitalen
Input-OutputLeitungen (Pins):
Programmspeicher
Arbeitsspeicher
Zustand 0 oder 1
Eingabe: Schalter
offen oder
geschlossen
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Ausgabe:
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LED aus oder an
Bus
CPU
Ports
Eingang
Ausgang
8Bit-Controller
8 digitale IO-Leitungen
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Mikrocontroller
Programmierung
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Hochsprache (C,
Basic..)
Grafisch (z.B. LEGOMindstorms)
Übertragung
(download) vom PC
zum
Programmspeicher des
Microcontrollers (Flash)
Tool
Speicher
Laptop
Mikrocontrollerboard
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Mikrocontroller
Programmausführung
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Programm läuft ohne PC
Ausgabe: LED, Display,
Lautsprecher, Motor
Display
Programm
läuft
Eingabe: Sensoren, Taster
LEDs
Mikrocontrollerboard

Endlosprogramm oder
endliches Programm
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Mikrocontroller
Basic Stamp 1 Project Board
•
1 Mikrocontroller
PIC16C56A incl.
Basic-Interpreter
und 14Byte
Datenspeicher
•
2 2kB-BasicProgrammspeicher
•
3 Oszillator 4MHz
•
4 Power-LED
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Mikrocontroller
Motoransteuerung
• Gleichstrommotor
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
Mikrocontroller
Fahrzeug mit einem Motor
und einem Lenk-Servo
Servo
Gleichstrommotor
Mikrocontroller
Fahrzeug mit 2 Motoren
Geradeaus
Drehen auf der Stelle
Rechtskurve
Leichte Rechtskurve
Mikrocontroller
Tipps für den Unterricht
Schüler auf folgende Punkte hinweisen:

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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 Unterricht
Die Schüler sollten
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
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 Unterricht
Zusätzlich für den Lehrer
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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
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Vorteile
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Preisgünstig

Einfache
Programmierung
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Schneller
Anfangsfortschritt
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
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Handlich
Geringer
Stromverbrauch
Nachteile
Verkabelung ist
fehleranfällig
Nur für einfache
Aufgaben geeignet
Nur in BASIC
programmierbar
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Kein AD-Wandler
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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
Mikrocontroller
Weitere Anfängersysteme
• qfix Bobby-Board (Atmega32-Controller)
– Kein Betriebssystem
– Programmierung in C
– Motorausgänge
– Analogeingänge
– Display anschließbar
Mikrocontroller
qfix C-Programm
int main()
{
initBobbyBoard();
clear();
while(1==1)
{
if (digital(1))
{
powerOn(6);
powerOn(3);
sleep(2);
powerOff(6);
powerOff(3);
}
}
}
//Signal
Mikrocontroller
Gesamtkonzept am FSG
Klasse 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
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)
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Musikprogramm

Warnanlage(Reaktion z.B. auf Licht)

Temperaturwarner
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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
•
Klingeldraht (Baumarkt)

ca. 15€
2) 3) 4)
Vielfachmessgerät ca. 20 € 3) 4)
1)elmicro.com 2)www.traudl-riess.de 3)www.conrad.de
4) www.reichelt.de
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