Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
Unterrichts- und Lernmaterial fürMikrocontroller

Grundlagen

Mikrocontroller

Robotik

cyber:Bot mit BBC micro:bit

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 Kleincomputer

(RasPi, BBC micro:bit)

Wer den Einstieg in die Welt der Mikrocontroller plant, muss vorab einige Entscheidungen treffen. Die Festlegung auf einen bestimmten Mikrocontroller ist ein weitreichender Schritt, der einige Vorüberlegungen erfordert. Die anfänglichen Kosten für den Chip oder das Board sind im Vergleich zu den Kosten für Zubehör, Bücher und - was am wichtigsten ist, die Einarbeitungszeit - in der Regel vernachlässigbar. Sie müssen in jedem Fall Zeit investieren,

  • um zu lernen, wie die Hardware richtig konfiguriert wird,
  • um die Programmiersprache fließend zu beherrschen und
  • um sich an das Debuggen des Systems zu gewöhnen.

Eine beste Lösung kann es da nicht geben.

 

Jedes Produkt auf dem Markt hat Stärken und Grenzen. In den Internetforen finden sich unterschiedlichste Meinungen zu den PROs und CONTRAs zu allen marktgängigen Mikrocontrollern.

 

Die für einen selbst am besten geeignete Lösung hängt von der eigenen Erfahrung/Vorerfahrungen ab und davon, welche Erwartung man an die Arbeit mit einem Mikrocontroller knüpft.

 

Wer mit Mikrocontrollern überhaupt noch nicht vertraut ist, kann meiner Meinung nach mit einer BASIC Stamp oder einem Arduino nichts falsch machen. Eine besondere Stärke ist die umfassende und gute Dokumentation - für einen Anfänger von entscheidender Bedeutung - und die sehr gute Programmieroberfläche. Für Neueinsteiger gibt es unzählige Artikel und Bücher, die über den Unterricht hinaus Anregungen bieten. Und - Parallax stellt umfangreiche Informationen und  Beispielprogramme für sämtliche Sensoren und Peripheriegeräte bereit. Gleiches gilt auch für den Arduino.

 

Die BS2-Boards sind einfach einzurichten und zu programmieren. Selbst Neulinge können in sehr kurzer Zeit erste Erfolge sehen. Für Fortgeschrittene ist die BS2 immer eine beste Wahl, wenn es darum geht, eine technische Idee schnell umsetzen zu wollen/müssen.

 

Die leistungsfähigeren Boards von Parallax enthalten einen 8-Kern Propeller Chip. Die Boards lassen sich sowohl in Propeller-C als auch in der controller-spezifischen Sprache SPIN programmieren. Assembler-Unterprogramme lassen sich selbstverständlich einbinden. Diese Boards sind nichts für Anfänger, eher etwas für Interessierte, die bereits Vorerfahrung im Programmieren mitbringen.

 

Wer sich für verschiedene Mikrocontroller-Architekturen interessiert, für den ist der Propeller-Chip möglicherweise genau das Richtige. Das Wissen über die spezifische Propeller-Sprache SPIN lässt sich jedoch nicht ohne Weiteres auf andere Mikrocontroller auf dem Markt übertragen.

 

Der Arduino/Seeeduino u.v.a.m. sind sehr erfolgreich am Markt und bei Kindern, Jugendlichen aber auch Erwachsenen sehr beliebt. Auch hier sind die Programmieroberflächen  ausgereift, solide und leicht zu bedienen. Anders als bei den Parallax-Systemen stehen für diese Systeme unzählige Zusatzplatinen und Shields mit unterschiedlichen Formfaktoren zur Verfügung.

Egal, wofür man sich letztlich entscheidet: ob BS2 oder Arduino/Seeeduino o.ä., für Anfänger sind beide Systeme sehr gut geeignet.

 

Wer unbedingt die Programmiersprache C erlernen  und Programmcode erstellen möchte, ist mit dem Arduino und seinen Derivaten bzw. den PROPELLER Boards bestens bedient.

 

Wer sich mehr auf die elektronischen Sensoren, Aktoren und Peripheriegeräte und deren Physik konzentrieren möchte, der ist m.E. besser bedient mit einem BS2 Board.

 

Aber wie immer gilt auch hier: jeder muss seine eigenen Erfahrungen sammeln. Ich habe nur meine Einschätzung beschrieben.

Angewandte Naturwissenschaft/ Technik und Mikrocontroller (µC)

Wir leben in einer hochtechnisierten Welt, in der Rechnersysteme, Mikrocontroller und Funknetze den Lebenstakt der Menschen immer stärker bestimmen. Um auch nur ansatzweise zu begreifen, was an technischen Herausforderungen in der Zukunft auf uns zukommt, ist es dringend notwendig, dass sich die Lehrkräfte an allgemeinbildenden Schulen mit dieser Thematik im Unterricht mit ihren Schülerinnen und Schülern umfassend beschäftigen und ihnen ihre technische Lebensumwelt etwas mehr begreiflich machen.

Hier finden Sie u.a. didaktisch aufbereitetes Lern-, Übungs- und Unterrichtsmaterial zu vielen Themen, sowie Übungen und Anregungen für Experimente und zum Selbststudium.

 

Für einen Einstieg in die Welt der Mikrocontroller finden Sie hier zum Selbstlernen oder für den Unterricht - je nach Alter und Vorwissen - ausreichend Material.

Bei der Auswahl der Kontroller-Hardware standen für mich folgende Gesichtspunkte im Vordergrund:

  • kostengünstig und elektronisch robust
  • kostenfreie und leistungsstarke Software für die Ansteuerung unterschiedlichster Hardware-Komponenten, die mit möglichst vielen Controllern und Kleinrechnern (z.B. Arduino, Seeeduino, BASIC Stamp2, Propeller Boards, Raspberry Pi) zusammenarbeitet und auf den Betriebssystemen WINDOWS und LINUX lauffähig ist. Die SimpleIDE von Parallax Inc. erfüllt viele dieser Anforderungen für den Einsatz im Schulbetrieb. Mit ihr lassen sich Programme in C, SPIN und Assembler schreiben.
  • einfache Bedienbarkeit der Soft- und Hardware
  • Einsatz von Shields und Break-out Boards muss möglich sein

Viele der bereitgestellten Materialien sind in der Mittel- und Oberstufe sowie in Arbeitsgemeinschaften, Projekten für Hochbegabte, Junior-Ingenieur-Akademien und dem Enrichment-Programm der Sparkasse Schleswig-Holstein unterrichtlich erprobt worden. Alle hier vorgestellten Versuche und Programme wurden ausprobiert und sind lauffähig. Sie sind auch zum Selbststudium hervorragend geeignet. Wer die vorgestellten Schaltungen nachbaut tut dies auf eigenes Risiko.

 

Die meisten Versuche mit der BASIC Stamp und den Propeller Controllern basieren auf Texten der Fa. Parallax Inc.; ich danke Ken Gracey (CEO, Parallax Inc.) für die Erlaubnis, das sehr umfangreiche Bildmaterial benutzen zu dürfen.

 

Die Inhalte werden jeden Monat erweitert - also bitte immer mal wieder reinschauen! Wer hier noch nicht angesprochene Themen in Zukunft behandelt wissen möchte, schreibe mir bitte eine E-Mail.

(letzte Änderungen: Feb. 2021)

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