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Wozu Mikrocontroller?

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.

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Wozu Mikrocontroller?

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Presentation Transcript

  1. Wozu Mikrocontroller?

  2. 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.

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

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

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

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

  7. 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

  8. Fahrzeug mit einem Motor und einem Lenk-Servo

  9. Fahrzeug mit 2 Motoren

  10. 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

  11. 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

  12. 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.

  13. Nachteile Verkabelung ist fehleranfällig Nur für einfache Aufgaben geeignet Nur in BASIC programmierbar Kein AD-Wandler Kein Display Basic Stamp: Vor- und Nachteile • Vorteile • Preisgünstig • Einfache Programmierung • Schneller Anfangsfortschritt • Handlich • Geringer Stromverbrauch

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

  15. Weitere Anfängersysteme • Lego RCX/NXT-Programmierung

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

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

  18. 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

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

  20. 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

  21. 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

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

  23. 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

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