Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
Unterrichts- und Lernmaterial fürMikrocontroller

1 - Das Gertboard

Um mit dem Gertboard unterrichtlich oder hobbymäßig arbeiten zu können, muss man ein paar Dinge über den Aufbau des Boards wissen.

Da der Raspberry Pi bei falscher Beschaltung der I/O Ports, bei zu hohen Strömen oder Spannungswerten sofort irreparabel beschädigt werden kann, ist für Experimente mit Sensoren und anderen elektronischen Komponenten das Gertboard eine sichere und gute Investition.

Ich rate aus eigener Erfahrung dringend davon ab, den Raspi mit seinem GPIO-Header direkt und damit fast ungeschützt für Schülerexperimente zu verwenden.

Abbildung 1 - Das Gertboard. Die markierten Bereiche zeigen die Jumper für die Spannungsversorgung von 3,3V und 5V, sowie die LED-Leuchtzeile auf dem Gertboard. Blau markiert ist der Jumper J1, über den die Verbindung zum darunterliegenden Raspi hergestel

Auf dem Board befinden sich verschiedene Baugruppen, mit denen sich eine Vielzahl interessanter Experimente gestalten lassen und auf die wir später näher eingehen werden (s. Raspberry Pi und Gertboard). Bevor es aber an die praktischen Übungen geht, erst ein paar Worte zur Hardware.

Zu jeder vorgestellten Übung im Abschnitt Raspberry Pi und Gertboard gibt es eine Verkabelungsskizze zu den eingesetzten Komponenten auf dem Gertboard. Dazu wird eine gegenüber dem Original stark reduzierte Oberfläche des Boards gezeigt, auf der die für eine Beschaltung wesentlichen Teile deutlich hervorgehoben sind. Das unbeschaltete Gertboard in der Schaltungsvariante zeigt Abb. 2. 

Abbildung 2 - Skizze des Gertboard, auf der die Verkabelung einzelner Komponenten zukünftig dargestellt wird.

2 - Die Spannungsversorgung

Auf dem Board befinden sich bei J24 und J7 einmal zwei und einmal drei Pin. Die Beschriftung bei J7 lautet 3V3, was 3,3V entspricht. Entsprechend steht bei J24 5V. Diese beiden Spannungsgrößen stehen auf dem Board zur Verfügung. Logisch 1 oder HIGH entspricht auf dem Gertboard 3,3V.

Die Spannungsversorgung kommt über den Raspberry Pi auf das Board, wobei die 3,3V über elektronische Komponenten aus den 5V des Raspi abgeleitet werden.

Abbildung 2 - oben: Jumper J7 und J24 für die 3,3V und 5V Versorgung - unten: Skizze des Gertboard mit gleichem Ausschnitt

3 - Wie kommt die Spannung zu den Komponenten auf dem Board?

Um die 3,3V-Spannungsversorgung an die Komponenten auf dem Gertboard zu bringen, muss eine Brücke oder Jumper auf die oberen beiden Pin des Steckers J7 gesteckt werden. Sobald dies erfolgt ist, beginnen alle 12 LEDs oben links auf dem Board zu leuchten.

Abbildung 3 - oben: LED Leuchtzeile mit 12 roten LEDs - unten: Skizze des Gertboards mit dem gleichen Ausschnitt

4 - Die GPIO Pins

Von den 26 Pins des Steckers J1, der das Gertboard mit dem Raspberry Pi verbindet (Abb. 1), bleiben beim Stecker J2 noch 17 Pins übrig. Die Beschriftung ist nicht fortlaufend und geht von GP0 bis GP25. Die aufgedruckten Namen korrespondieren mit den Signalnamen, die vom BCM2835, dem Prozessor des RasPi benutzt werden. Das bedeutet, dass das Signal GPIOn im BCM2835-Datenblatt identisch ist mit der Bezeichnung GPn auf dem Stecker J2 - mit Ausnahme der Ports GPIO0, GPIO1 und GPIO21. Für diese drei Ports gilt bei Raspi2:

  • GPIO 0 wird zu GPIO 2
    
    GPIO 1 wird zu GPIO 3
    
    GPIO 21 wird zu GPIO 27
    

Damit ergibt sich die folgende Zuordnung der GPIO-Ports zu den GP-beschrifteten Ports:

Abbildung 4 - Pin-Beschriftung Gertboard und GPIO-Bezeichnung auf dem RPi2

5 - Die gepufferten I/O Ports

Auf dem Gertboard existieren 12 I/O Ports, von denen jeder über Jumper als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden kann. Eingang und Ausgang werden immer aus der Sicht des Raspberry Pi definiert. So ist ein Ausgang beim Gertboard Eingang für den Raspi und deshalb muss der Eingangsjumper gesteckt werden.

Abbildung 5 - LED-Beschaltung auf dem Gertboard (nach Gertboard - Handbuch dtsch.)

Um einen der BUFx-Ports als Eingang zum Raspi zu konfigurieren, muss der Eingang-Jumper gesetzt werden. Die Daten fließen von einem der BUFx-Ports über Pu2 zum Bx-Port. Wird eine 1 (HIGH) übertragen, leuchtet die LED.

Damit ein BUFx-Port Ausgang wird, muss der Jumper Ausgang gesetzt werden; die Daten fließen dann von einem der Ports B4...B12 über Pu1 zum BUFx-Port. Auch hier wird immer dann, wenn eine 1 (HIGH) übertragen wird, die LED eingeschaltet.

 

Die LEDs zeigen die logischen Werte an allen I/O Ports an. Sie leuchten bei einer 1 und gehen aus bei einer 0.

 

Werden beide Jumper gesetzt, gibt es einen indifferenten Zustand. Er ist nicht verboten, da er das Gerät nicht zerstört, sollte aber unbedingt vermieden werden.

Werden keine Eingangs- oder Ausgangsjumper gesteckt, dann lassen sich die BUF1 ... BUF12 Pin als Logikdetektor verwenden. Liegt ein HIGH an, leuchtet die LED, in jedem anderen Fall geht sie aus.

5 - Die Drucktaster

Auf dem Gertboard sind drei Drucktaster fest vorinstalliert und mit den Ports 1, 2 und 3 verbunden. Der Drucktaster ist active-low geschaltet, das heißt, dass wenn er gedrückt wird, er ein LOW an den Raspi gibt.

Abbildung 6 - Tasterbeschaltung auf dem Gertboard (nach Gertboard - Handbuch dtsch.)

Um einen Drucktaster zu nutzen, darf der Eingangsjumper nicht gesteckt sein (Abb. 6), denn dann  verhindert der Ausgang von Pu2 die Funktion des Druckschalters. Der Ausgangsjumper kann gesteckt werden (LED an bedeutet dann, Taster nicht gedrückt, LED aus entsprechend, Taster ist gedrückt).

Wenn die Drucktaster benutzt werden sollen, muss ein pull-up Widerstand an die GPIO-Pins angeschlossen werden, so dass bei gedrücktem Schalter ein logisch LOW gesehen wird.

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© Reinhard Rahner - Gettorf