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KARSTEN BOLTE ULRICH JUCKNISCHKE

PROJEKTUNTERLAGEN

BLINKBILD MIT 5 LEDS Fassung vom 17. 2. 2014

KARSTEN BOLTE ULRICH JUCKNISCHKE:

MEIN µC MACHT WAS ICH WILL

AB Lauf 5LED 4 Erweitert - 2 -

Mein Mikrocontroller macht was ich will

Projektunterlagen Lauflicht 5 LEDs

Ahlen, Gelsenkirchen 2013

Kontakt: Ulrich Jucknische Overbergschule Ahlen [email protected] Karsten Bolte Evang. Gesamtschule Gelsenkirchen [email protected]

mailto:[email protected]




INHALTSVERZEICHNIS

Seite

MIKROCONTROLLER AN SCHULEN I 4

MIKROCONTROLLER AN SCHULEN II 5

INFORMATIONEN ZUM PROJEKT

Blinkbild mit 5LEDs I 6

Blinkbild mit 5LEDs II / Materialliste 7

Auswahl des Projektes 8

Gruppenarbeitsregeln 9

Die Schaltung BLINKBILD MIT 5 LEDS 10

Absprachen Hardware / Software 11

SOFTWARE- AB

Die Programmierung : Die Ablaufplanung 12

Die Programmierung: Das Programm 13

Die Programmierung: Die Eingabe in BASCOM 14

Die Programmierung des Mikrocontrollers 15

Programmablaufplanung 16

HARDWARE- AB

Projekt: Blinkbild mit 5 LEDs Kontrollbogen 17

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE I 18

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE II 19

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE III 20

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE IV 21

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE V 22

Projekt Blinkbild mit 5 LEDS Bohrvorlage 23

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE I Experimentierplatine 24

Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE II Experimentierplatine 25

Programmier Platine Blinkbild 5 LEDs 26

Projekt Blinkbild 5 LEDs Zusammenbau 27

INFO- AB

INFO: Leuchtdioden 28

INFO: Der Programmablauf 29

LEHRERINFO: Lauffähiges BASCOM Programm 30

GLOSSAR

GLOSSAR Mikrocontrollerprojekt I 31

GLOSSAR Mikrocontrollerprojekt II 32




MIKROCONTROLLER AN SCHULEN I

MINT-Fächer werden an Schulen häufig parallel und ohne Bezug zueinander durchgeführt, dabei finden ihre Inhalte in allen technischen Bereichen übergreifend Anwendung. Das Fach Technik bietet die Möglichkeit dieses Manko anzugehen, in dem es durch die hier vorgestellten Unterrichtsprojekte diese Bezüge durch praktische Anwendung aufzeigt. Schülerinnen und Schülern erhalten auf diese Weise Einblick in die Arbeits- und Wirkweisen technisch-elektronischer Geräte und technischer Abläufe. Sie lernen Eigenschaften zu analysieren und sich neues Wissen anzueignen und mit ihrem Vorwissen zu verknüpfen, um eines der Unterrichtsprojekte zu verwirklichen.

Welcher µController für unsere Projekte? Um die Arbeitsweise eines µControllers zu verstehen, soll der Umgang damit an einem einfachen, preiswerten und leicht zu erhaltenden µController erkundet werden. Die Wahl fiel auf einen ATTINY13 der Firma Atmel.

Die Wahl ist begründet durch die Größe des µC (8Pins), seinem Preis (etwa 1,50€), seiner Programmierbarkeit durch einen relativ einfachen Basic- Dialekt (BASCOM), sowie seiner technischen Ausstattung: Er verfügt über die Möglichkeit, 5 Ausgänge zu schalten und ein integrierte AD- Wandler ermöglicht das Messen elektrischer Größen. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung der kostenlosen Programmiersoftware BASCOM den Schülerinnen und Schülern, auch außerhalb der Schule, am heimischen PC, an den Projekten weiterzuarbeiten.

Die möglichen Projektbereiche und ihre Inhalten sind:

Messen mit dem MC; Steuern mit dem MC; Ermittlung von Sensoreigenschaften; Berechnung von Analog / Digital- Wandlern; Erstellung eines Programmablaufs und Programmierung des µC; Herstellung der Hardware und Tests; Messen, Steuern Regeln in verschiedenen Anwendungen.

Projektideensammlung mit dem µC ATTINY13

Damit die Motivation für die Erarbeitung der neuen Inhalte leicht fällt, wurden die Projektinhalte unter dem Gesichtspunkt zusammengestellt, dass die Schülerinnen und Schüler das Produkt ihrer Arbeit verwenden können und es möglichst auch besitzen wollen.

Blinkbild mit 5 LEDs Ein Drehtext, bei dem man drehen muss Lauflicht mit 8 LEDs Der Liebestester / Emotionstester Aussteuerungsanzeige Beleuchtungsmesser Thermometer mit KTY81 Widerstandsmesser Durchgangsprüfer Zittertester elektronisch mit Zeitschalter und Ton Lichtalarm für Kühlschrank

Diese Liste kann durch Projektideen von Schülern ergänzt werden.




MIKROCONTROLLER AN SCHULEN II Die Projekte beinhalten Informationen über

Mikrocontroller, speziell den ATTINY13,

Eigenschaften der Analog – Digital- Wandlung

Programmerstellung mit dem Programm BASCOM,

Programmierung des Mikrocontrollers

Herstellung der Platine

Zusammenbau. Dabei ergeben sich folgende Projektstrukturen: Die Projekte sind darauf angelegt, in Gruppenarbeit durchgeführt zu werden, so dass jeder Schüler die Möglichkeit hat, einen von ihm zu bearbeitenden Bereich zu finden. Um arbeitsfähige Gruppen zu erhalten, ist eine moderate Steuerung durch den Unterrichtenden, unter Berücksichtigung der Interessen und Möglichkeiten der Schüler, angeraten. Die einzelnen Projektvorschläge könne in drei unterschiedliche Gruppen eingeteilt werden.

Einfache Ablaufsteuerungen wie z.B.: Blinkbild mit 5 LEDs, ein Drehtext, bei dem man drehen muss, Lauflicht mit 8 LEDs.

Anzeige von Messwerten wie z.B.: Der Liebestester / Emotionstester, Aussteuerungsanzeige, Beleuchtungsmesser, Thermometer mit KTY81, Widerstandsmesser, Durchgangsprüfer

Projekte mit Tonerzeugung wie z.B.: Zittertester elektronisch mit Zeitschalter und Ton, Lichtalarm für Kühlschrank

Wir wünschen Erfolg bei der Durchführung des Projektes.

Hardware

BASCOM Protokoll

Projektentscheidung

Programmierung Zusammenbau Test

Präsentation




INFORMATIONEN ZUM PROJEKT BLINKBILD MIT 5 LEDS I Die Aufgabe dieses Projektes ist die Herstellung eines Gerätes, das 5 Leuchtdioden in unterschiedlichen Mustern und Zeitabläufen steuert. Dieses Projekt beinhaltet Informationen über

Mikrocontroller, speziell den ATTINY13,

die Programmerstellung mit dem Programm BASCOM,

die Programmierung des Mikrocontrollers, die Herstellung der Platine und

den Zusammenbau. Der Stromlaufplan zeigt wie die Leuchtdioden an den Mikrocontroller und die Stromversorgung angeschlossen sind.

Ohne Programmierung des Mikrocontrollers wird keine LED leuchten. Durch die Programmierung wird festgelegt, welche LEDs in welcher Reihenfolge wie lange leuchten. Es gilt zu unterscheiden:

– Der µC hat acht Anschlüsse (Pins) von 1 - 8 – Der Ausgang des µC heißt PORT – Der zugängliche PORT des ATTINY13 ist der PORTB ( PB) – Die PORTs werden nummeriert von 0 – 4 – PORT PB0 steuert über PIN 5 die LED1 an – PORT PB1 steuert über PIN 6 die LED2 an – PORT PB2 steuert über PIN 7 die LED3 an – PORT PB3 steuert über PIN 2 die LED4 an – PORT PB4 steuert über PIN 3 die LED5 an – PORT PB5 ist für unsere Anwendung nicht zugänglich und wird über

einen Widerstand 10kΩ an Plus angeschlossen.

R6 10k

R3 LED3

R2 LED2

R1 LED1

R4 LED4

R5 LED5




INFORMATIONEN ZUM PROJEKT BLINKBILD MIT 5 LEDS II MATERIALLISTE Die Aufteilung der Arbeiten wird in Absprache durch die Gruppe festgelegt. Informationen erhält man durch die Arbeitsblätter, durch die HELP- Funktion des Programms BASCOM, durch das Internet sowie durch die Lehrerin / dem Lehrer. Ziel dieser Arbeit ist neben der Herstellung des Projektes auch die Dokumentation und Präsentation der Projektarbeit. Materialliste Menge Bezeichnung Wert Bemerkung

1 Platine 40 mm x 50mm

1 IC Fassung 8 polig

2 Lötstifte

1 Batteriehalter Für 3 Mignon- oder Micro- Zellen

5 R1 – R5 330 Ω Der Wert kann verändert werden. Je nach Betriebsspannung und Leuchtdiode muss er berechnet werden.

1 R6 10000 Ω

5 LED1 – LED5

1 µC ATTINY13 Je nach Anwendung kann der µC betrieben werden mit: ATTINY13V: 1.8 - 5.5V ATTINY13: 2.7 - 5.5V

Viel Erfolg bei der Arbeit und viel Freude mit dem Projekt!




AUSWAHL DES PROJEKTES

Unser Team baut das Projekt BLINKBILD MIT 5 LEDS Unser Team besteht aus: Teamsprecher ist: Verantwortlich für das Protokoll ist:

In dem Projekt BLINKBILD MIT 5 LEDS wird erarbeitet, wie man

Ausgänge des µC schaltet

die Zeiten in den Griff bekommt

Abläufe plant und in den Griff bekommt

ein Programm erstellt

den µC programmiert und testet Wichtige Informationen für eure Projektarbeit findet ihr auf den INFO Blättern:

INFO Leuchtdioden Eure Aufgaben sind:

Erstellung eines Programmablaufs des Projektes

Umsetzung des Programmablaufes in ein lauffähiges BASCOM Programm

Programmierung des µC ATTINY13

Herstellung einer Platine (bei Bedarf)

Aufbau der Platine /Hardware

Gehäusebau (bei Bedarf)

Zusammenbau / Tests / Inbetriebnahme

Dokumentation / Präsentation




GRUPPENARBEITSREGELN Dieses Projekt soll in Gruppenarbeit bearbeitet werden. Dabei sind einige wichtige Regeln zu beachten um einen guten Erfolg des Projektes zu sichern. Die Grafik zeigt übersichtlich, welche Punkte zu bearbeiten sind. Die Gruppe beschließt gemeinsam, welches Projekt sie realisieren möchte. Eine Projektauswahl wird der Lehrer zur Verfügung stellen. Es wird ein Gruppensprecher bestimmt, der Ansprechpartner des Lehrers sein wird und auch bei Problemen den Kontakt zum Lehrer sucht. Der Gruppensprecher soll über die Arbeit der Teilgruppen informiert sein und auch Auskunft darüber geben. Die Gruppe teilt sich in Hardwarebearbeiter und Softwareentwickler auf. Beide Gruppenteile besprechen und beschließen, welche Aufgaben das Projekt erfüllen soll und welche Pflichten die Hardware und die Software dabei zu erfüllen hat. Die gemeinsamen Berührungspunkte / Übergabepunkte werden schriftlich in einem „Pflichtenheft“ festgelegt. Beide Gruppen testen ihre Arbeitsergebnisse und dokumentieren sie. Beide Teile werden zu einem funktionsfähigen Gerät zusammengefügt. Werden besondere Ansprüche an das Gehäuse gestellt, kann eine weitere Gruppe parallel zur Hardware und Software diese Entwicklung und Produktion durchführen. Die Arbeit an dem Projekt wird durch eine gemeinsame Präsentation abgeschlossen.

Hardware

BASCOM Protokoll

Projektentscheidung

Programmierung Zusammenbau Test

Präsentation




R6 10k

R3 LED3

R2 LED2

R1 LED1

R4 LED4

R5 LED5

DIE SCHALTUNG BLINKBILD MIT 5 LEDS

Hier sind der Stromlaufplan des Projektes und die Beschaltungsmöglichkeiten des µCs ATTINY13 zu sehen: Der Stromlaufplan zeigt die Eigenschaften der Schaltung:

Die fünf Leuchtdioden sind mit jeweils einem Vorwiderstand an die Ausgänge PB0 – PB4 des ATTINY13 angeschlossen.

Der µC ATTINY13 ist mit der Spannungsquelle an PIN4 (=Minus) und PIN8 (=Plus) angeschlossen.

PIN1 (=Reset) des µC ATTINY13 ist über einen Widerstand 10kΩ mit Plus

verbunden. Die obere Abbildung zeigt die Anschlussmöglichkeiten am ATTINY13: Die Anschlüsse RESET, GND, MISO, MOSI, SCK werden für die Programmierung des ATTINY13 benötigt. Das schwarze Rechteck zeigt, wie man die einzelnen PINS auf den ATTINY13 findet.

Ist die Markierung (Rechteck oder Punkt) auf dem ATTINY13 oben, liegt PIN1 links daneben.

Gegen den Uhrzeigersinn wird weitergezählt.




R6 10k

R3 LED3

R2 LED2

R1 LED1

R4 LED4

R5 LED5

Absprachen Hardware / Software Projekt Blinkbild mit 5 LEDs Notwendig ist die Absprache zwischen der Hardwareentwicklung und -fertigung sowie der Softwareentwicklung. In der Hardware wird festgelegt, welche Bauteile wo und wie mit dem ATTIY13 verbunden sind. Diese Absprache muss schriftlich festgehalten werden. Beide Arbeitsteams haben dann die gleichen Informationen. Beispiele:

Festlegung der LED- Farben. LEDs haben unterschiedliche elektrische Werte.

Festlegung der elektrischen Versorgung.

LEDs auf der Platine oder im Gehäuse befestigt.

Bauteil Funktion Anschluss / Besonderheit Unterschrift

Betriebsspannung

LED1

LED2

LED3

LED4

LED5

LED Farben

R1

R2

R3

R4

R5




SOFTWARE

DIE PROGRAMMIERUNG: DIE ABLAUFPLANUNG Die Programmierung des Mikrocontrollers erfolgt durch das Programm BASCOM –AVR. Das Programm nutzt einen BASIC-Dialekt und ist nach kurzer Einführung gut zu nutzen.

Ein Programm ist nur sinnvoll zu erstellen, wenn man weiß, was das Programm leisten soll. Das heißt, man muss vorher genau überlegen, was in welcher Reihenfolge vom Mikrocontroller zu erledigen ist.

Um diese Abläufe in einer sinnvollen Weise zu notieren, gibt es ein Werkzeug: Die Ablaufplanung. Für unser Beispiel, lässt sich die Ablaufplanung auf einfache Art erstellen:

Das Programm soll die 5LEDs der Reihe nach aufleuchten und dann verlöschen lassen. Danach wird eine andere Lichterfolge eingeschaltet. Nach einer Pause geht der Vorgang von vorne los.

o Einschalten von bestimmten Leitungen o Warten o Einschalten von bestimmten Leitungen o Warten o Einschalten von bestimmten Leitungen o Warten o usw.

o Von vorne beginnen

AUFGABE: Erstelle eine Ablaufplanung für ein Blinkbild mit 5 LEDs Das passende Arbeitsblatt: „Die Programmierung des Mikrocontrollers ATTINY13“

Dauer in Sek.

LED5 PB4

LED4 PB3

LED3 PB2

LED2 PB1

LED1 PB0

Programm

Initialisierung

$regfile = "attiny13.dat“ $crystal = 1000000 Ddrb = &B11111

Do

Loop

AUFGABE: Erstellt eine Ablaufplanung für ein Blinkbild mit 5 LEDs.

Benutzt das AB „Projekt: Ablaufplanung Blinkbild mit 5LEDs“




SOFTWARE

DIE PROGRAMMIERUNG: DAS PROGRAMM Zum Programmieren des ATTINY13 benötigt man das BASIC Compiler Programm "BASCOM-AVR Demo Version", das kostenlos unter dem Link http://www.mcselec.com/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=139&Itemid=54 erhältlich ist. Das Programm "BASCOM-AVR" ist nach der Installation sofort einsatzbereit. Nach dem Start des BASIC Compilers, erscheint folgendes Bild:

Nun kann man den BASIC Programmcode eingeben:

Programmcode Erläuterung

$regfile = "attiny13.dat” Hier wird BASCOM mitgeeilt, welcher MC programmiert werden soll

$crystal = 1000000 Das ist die Frequenz, mit der der MC arbeiten soll, in diesem Fall 1MHz, da der interne Taktgenerator benutzt werden soll.

DDRB = &11111 Datenrichtungsregister PortB, an dem die fünf Leitungen sind, wird als Ausgangsleitung eingerichtet.

Do Do und Loop arbeiten zusammen: Zwischen Do und Loop werden die Befehle abgearbeitet. Erreicht das Programm Loop, springt es wieder zu Do. Das Programm verlässt diese Schleife nicht.

Portb = &B00001 Portb wird so geschaltet: Die unterste Leitung wird eingeschaltet (=1), alle anderen sind ausgeschaltet (=0).

Waitms 3000 Warte 3000ms = 3 Sekunden

Portb = &B00011 Portb wird so geschaltet: Die zweite Leitung kommt dazu, alle anderen sind ausgeschaltet (=0).

Waitms 3000 Warte 3000ms = 3 Sekunden

Portb = Es ist jetzt deinen Aufgabe die Befehle zu ergänzen und das Programm fertig zu schreiben. Halte dich an die Ablaufplanung

Waitms

Portb =

Waitms

Loop Springe zu Do

http://www.mcselec.com/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=139&Itemid=54

http://www.mcselec.com/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=139&Itemid=54




SOFTWARE DIE PROGRAMMIERUNG: DIE EINGABE IN BASCOM

Nach der Eingabe des Programmcodes und dem Speichern hat der Bildschirm etwa folgendes Aussehen:

Syntaxüberprüfung Bei der Syntaxüberprüfung wird getestet, ob der Programmcode sprachlich richtig eingegeben wurde.

Übersetzen Mit dem Button Übersetzen des Programmes wird der Maschinencode erzeugt (Kompiliert), den der ATTINY13 verstehen kann.

Programmieren Ist die Kompilierung fehlerfrei erfolgt, wird der ATTINY13 programmiert.

Jede Programmzeile kann und sollte mit einem Kommentar versehen werden. Bei größeren Programmen wichtig zur Orientierung. Hilfreich auch bei der Fehlersuche und Korrektur.




SOFTWARE

DIE PROGRAMMIERUNG DES MIKROCONTROLLERS Wird die Starttaste "Programmierung MC" gedrückt, erscheint folgendes Bild:

In dem neuen Fenster erkennt man: Das Programm hat den Prozessor erkannt, die Größe des ROMs: 1KB, die Größe des EEPROMs: 64 Byte, die Ausnutzung des möglichen Speicherplatzes (Balken in „Size“). Erfolgt keine Fehlermeldung, ist der ATTINY13 programmiert. Herzlichen Glückwunsch! Der ATTINY13 kann jetzt aus dem Programmiergerät entnommen werden und in die getestete Schaltung eingebaut werden.




SOFTWARE

PROGRAMMABLAUFPLANUNG Blinkbild mit 5LEDs

Zeit Portleitungen Pb

Programmcode LED5 PB4

LED4 PB3

LED3 PB2

LED2 PB1

LED1 PB0

Initialisierung

$regfile = "attiny13.dat“ $crystal = 1000000 Ddrb = &B11111

Do

Loop




HARDWARE Projekt: Blinkbild mit 5 LEDs

Kontrollbogen von ________________________ Klasse: _____

Arbeitsschritt Kontrolliert von (Unterschrift) Zensur Platine bohren

Platine zeichnen

Platine ätzen

Zeichne mit einem farbigen Stift als gut gemessene

Verbindungen und Isolierungen ein.

Zeichne gemessene Fehler ein.

Messungen: Isolation

Verbindungen

Zeichne die eingelöteten Bauteile mit Bleistift und Lineal ein. Beschrifte die Platine mit den Bauteilbezeichnungen

Arbeitsschritt Kontrolliert von (Deine Unterschrift)

Zensur

Verbindungs-/Isolationsmessung

Fassung einlöten

Widerstände R1-R6 einlöten

Lötnägel / Batterieclip einlöten

Leuchtdioden einlöten

Kontrolle der Lötungen

Spannungsmessungen

gegen Minus bei 5V gegen Plus bei 5V Messpunkt Soll- Wert Gemessen Messpunkt Soll- Wert Gemessen

Fassung PIN 1 5V Fassung PIN 1 0V

Fassung PIN 2 0V Fassung PIN 2 3,8V







Testen der LEDs

Einsetzen des ATTINY13

Die Platine arbeitet korrekt

Endzensur der Platine 5 LEDs:




HARDWARE

PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS

ARBEITSKARTE I Die Platine wird nach den Regeln der Arbeitskarten gebohrt, gezeichnet und geätzt. Nach dem Ätzen erfolgt eine Verbindungsmessung und eine Isolationsmessung. Anschließend wird die Platine bestückt, gelötet und kontrolliert. Danach führst du Messungen durch, um die Qualität deiner Arbeit und die Funktion deines Verstärkers zu prüfen.

Jeder dieser Arbeitschritte ist auf dem Kontrollbogen zu bestätigen.

Platine bohren Die Bohrvorlage von dem Arbeitsblatt „Bohrvorlage“ auszuschneiden und mit Klebefilm auf die Kupferseite der Platine (40mm x 50 mm) zu kleben. Alle Bohrungen mit 1mm Bohrer bohren. Arbeitsschritt kontrollieren.

Bohrvorlage Kupferseite

Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen

Platine zeichnen Die Platine ist mit Stahlwolle zu reinigen. Sie muss fett- und staubfrei sein. Mit einem wasserfesten Stift (z.B. Edding) werden die Bohrungen miteinander verbunden. Die eingezeichneten Verbindungen schützen die Kupferflächen beim Ätzen vor der Säure und bleiben so als Verbindungen auf der Platine erhalten. Die Platinennummer ist auf die Kupferseite der Platine zu zeichnen. Sie wird dann mitgeätzt. Arbeitsschritt kontrollieren.

Gezeichnete Leiterbahnseite

Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen Platine ätzen Nach den Arbeitsregeln die Platine ätzen. Arbeitsschritt kontrollieren.





HARDWARE


ARBEITSKARTE II Verbindungsmessung Die Verbindungsmessung soll sicherstellen, dass die Anschlüsse Bauteile die notwendigen Verbindungen erhalten. Mit dem Digitalmultimeter / Widerstandsmessbereich wird die Verbindung gemessen. Digitalmultimeter auf den kleinsten Widerstandsbereich einstellen. Zwischen den Bohrlöchern der einzelnen Verbindungen die Verbindung messen.

Gemessene und als gut bewertete Leiterbahnen

auf dem Kontrollbogen einzeichnen.

Gefundene Fehler auf der Zeichnung des Kontrollbogen einzeichnen.

Der Grund für fehlende Verbindungen ist herauszufinden. Reparaturmöglichkeiten durch Draht oder Lötzinn erkunden.

Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen Isolationsmessung Die Isolationsmessung soll sicherstellen, dass die Anschlüsse der Bauteile neben den notwendigen Verbindungen keine weiteren Verbindungen haben. Mit dem Digitalmultimeter / Widerstandsmessbereich wird gemessen, ob Leiterbahnen zu den benachbarten Leiterbahnen eine Verbindung haben. Digitalmultimeter auf den kleinsten Widerstandsbereich einstellen. Zwischen den einzelnen getrennten Leiterbahnen darf keine die Verbindung gemessen werden.

Gemessene und als gut bewertete Leiterbahnen

auf dem Kontrollbogen einzeichnen.

Gefundene Fehler auf der Zeichnung des Kontrollbogen einzeichnen. Der Grund für die zusätzlichen Verbindungen ist herauszufinden. Wenn möglich, mit einem Cuttermesser die Kupferleiterbahn bearbeiten und die überflüssige Verbindung entfernen.





HARDWARE PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS

ARBEITSKARTE III Widerstände R1 – R6 einlöten Die Widerstände R1 – R5 haben den Wert 330 , R6 hat den

Wert 10000 . Arbeitsschritt kontrollieren. Die Widerstände auf der Platine beschriften.

Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen Fassung einlöten Die Anschlüsse der Fassung sind vorsichtig durch die Bohrungen zu stecken. Auf die Markierung an der Stirnseite der Fassung achten. Zuerst zwei Anschlüsse verlöten. Die Fassung muss auf der Platine gut aufliegen. Liegt sie schräg auf, kann sie jetzt noch leicht nachgelötet werden. Danach fertig löten.

Arbeitsschritt kontrollieren.

Die Anschlüsse 1 und 8 des µCs auf der Platine beschriften.


Lötnägel einlöten Die Anschlüsse der Platine werden mit Lötnägeln versehen. Anschlüsse sind + und - (=Spannungsversorgung 5V). Je nach Ausführung können die Lötnägel auch einen anderen Durchmesser als 1mm haben. Im Bedarfsfall sind die Bohrungen aufzubohren. Arbeitsschritt kontrollieren. Die Anschlüsse auf der Platine beschriften.

Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen Leuchtdioden einlöten Vor dem Bestücken ist zu klären, wie weit die Leuchtdioden über die Platinenoberfläche ragen müssen. Das ist abhängig von der Gehäusewahl. Um den gleichen Abstand aller Leuchtdioden von der Platinenoberfläche zu erreichen, hat sich ein Abstandshalter bewährt. Die Leuchtdiode durch die Bohrungen stecken. Die Polung der Leuchtdiode beachten. Der Minus- Anschluss (abgeflachter Rand) zeigt zum Platinenrand. Kontrolle.


R5 R4 R3 R2 R1

R6




8 1

LED5 LED4 LED3 LED2 LED1

R6

HARDWARE


ARBEITSKARTE IV

Kontrolle der Lötungen Nach der Bestückung ist die Platine auf Lötfehler zu messen. Die Platine wird nicht an die Stromversorgung angeschlossen, das IC ist nicht in der Fassung. Das Digitalmultimeter ist auf den kleinsten Widerstand- Messbereich zu schalten.

Die nebeneinander liegenden IC- Anschlüsse (Pins) sind zu messen.

Die Kurzschlussmessung zwischen + und – ist durchzuführen.

Ergebnisse: Kein IC- Pin hat eine direkte Verbindung zum benachbarten Anschluss.

Die Kurzschlussmessung ergibt keine Verbindung zwischen + und -.

Bestätige diese Prüfung auf dem Kontrollbogen

Spannungsmessungen Schließe die Stromversorgung 5V= an + und – an. Benutze das Digitalmultimeter. Stelle es auf den Messbereich 20V= ein. Gemessen gegen Minus bedeutet, eine Messspitze liegt am Minuspol, die andere führt die Messungen durch.

Spannungsmessungen

Gemessen (bei 5V Betriebsspannung):

gegen Minus gegen Plus

Messpunkt Soll- Wert Gemessen Soll- Wert Gemessen

IC PIN 1 5V 0V

IC PIN 2 0V 3,8V

IC PIN 3 0V 3,8V

IC PIN 4 0V 5V

IC PIN 5 0V 3,8V

IC PIN 6 0V 3,8V

IC PIN 7 0V 3,8V

IC PIN 8 5V 0V

Liegt die Betriebsspannung unter 5V so verringern sich die Messwerte entsprechend.

Bestätige die Messwerte auf dem Kontrollbogen




8 1


R6

HARDWARE


ARBEITSKARTE V Testen der LEDs Die Leuchtdioden werden mit einer Spannung von 5 V= getestet. Die Platine wird an die Versorgungsspannung 5V= angeschlossen. Polung beachten. Vom Pluspol stellt man eine Verbindung zu den PINs der IC- Fassung her. Bringe den Plus nacheinander an:

IC Fassung Ergebnis Getestet

PIN 2 LED 4 leuchtet





Bestätige diese Prüfung auf dem Kontrollbogen Einsetzen des ATTINY13 Setze nun den ATTINY13 ein. Dabei ist die Spannung nicht an der Platine. Achte auf die Markierung des ICs. Sie muss zum Widerstand R6 zeigen. Wird die Platine jetzt mit der Spannungsquelle verbunden, arbeitet der ATTINY13 sein Programm ab und die Leuchtdioden leuchten in der programmierten Programmfolge. Glückwunsch!

Bestätige die Funktion auf dem Kontrollbogen Teilprojekt Platine Lauflicht 5 LEDs beendet.

Bestätige auf dem Kontrollbogen

Die Platine arbeitet korrekt. Die Arbeit kann nun zensiert werden.




HARDWARE PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS

Bohrvorlage Platine 40mm x 50mm Bestückungsseite Leiterbahnseite / Bohrvorlage

R5 R4 R3 R2 R1

R6




HARDWARE


ARBEITSKARTEN I EXPERIMENTIERPLATINE

Leiterbahn hier unterbrechen

Fassung einlöten Die Anschlüsse der Fassung sind vorsichtig durch die Bohrungen zu stecken. Auf die Markierung an der Stirnseite der Fassung achten. Zuerst zwei Anschlüsse verlöten. Die Fassung muss auf der Platine gut aufliegen. Liegt sie schräg auf, kann sie jetzt noch leicht nachgelötet werden. Danach fertig löten.

Arbeitsschritt kontrollieren.

Die Anschlüsse des ICs auf der Platine beschriften. Ebenso ist die Leiterbahn auf der Rückseite mit einem Cuttermesser zu unterbrechen. Der Pluspol darf die letzten drei Bohrungen nicht erreichen.

Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen Drahtbrücken einlöten Die Drahtbrücken sind wie eingezeichnet zu verlegen. Isolierten Draht benutzen. Arbeitsschritt kontrollieren.


Widerstände R1 – R6 einlöten Die Widerstände R1 – R6 sind wie eingezeichnet zu verlegen.


R5 R4 R3

R6

R2 R1

8 7 6 5

1 2 3 4

+




HARDWARE


DIE ARBEITSKARTEN II

FÜR EXPERIMENTIERPLATINE

Lötnägel einlöten

Die Anschlüsse der Platine werden mit Lötnägeln versehen. Je nach Ausführung können die Lötnägel auch einen anderen Durchmesser als 1mm haben. Im Bedarfsfall sind die Bohrungen aufzubohren. Die Anschlüsse auf der Platine beschriften. Arbeitsschritt kontrollieren.


Leuchtdioden einlöten Die Leuchtdioden mit dem Plusanschluss durch die entsprechenden Bohrungen stecken. Der Minuspol befindet sich außerhalb der Platine am Rand. Löten und ausrichten. Danach alle Minusanschlüsse der Leuchtdioden verbinden und mit der Minusleiterbahn verbinden.






HARDWARE Programmier- Platine Blinkbild 5 LEDs Platine 40mm x 70mm

Leiterbahnseite Bestückungsseite Einfache Platine

Gestrichelte Linien = Drahtbrücken 2 x 5 poliger Wannenstecker, gerade Prog. Platine Zittertester 6 LEDs Leiterbahnseite Die Belegung dieses Steckers entspricht der Belegung des Programmiergerätes

Leiterbahnseite Bestückungsseite

R5 R4 R3 R2 R1

R6

+ MOSI - NC - RESET - SCK - MISO

- MISO - SCK - RESET - NC + MOSI




HARDWARE PROJEKT: BLINKBILD 5 LEDs Zusammenbau Der Zusammenbau erfolgt nach den Gegebenheiten des vorhandenen Gehäuses. Verbunden werden müssen die Spannungsquelle und die Platine Der Pluspol der Spannungsquelle wird über einen Schalter geführt. Ebenso können die Vorwiderstände direkt an die Leuchtdioden gelötet werden. Sie sind dann auf der Platine nicht notwendig. Im Bildbeispiel ist eine Lösung zu sehen. Die Leuchtdioden sind im Gehäusedeckel fest montiert (Heißkleber). Die Verbindung zur Platine erfolgt über sechs isolierte Drähte. Auf der Platine ist keine LED.

Platine Batteriehalter

3 x 1,5 V

+ - - +




INFO: LEUCHTDIODEN

Leuchtdioden sind Dioden, die Licht aussenden, wenn sie in Durchlassrichtung betrieben werden.

Leuchtdioden gibt es in den Farben rot, gelb, grün, blau und weiß. Es gibt sie in unterschiedlichen Größen und in unterschiedlichen Bauformen. Die unterschiedlichen Farben haben unterschiedliche Betriebsspannungen:

Den Plus- Anschluss (Anode) erkennt man - an dem langen Drahtanschluss Den Minus- Anschluss (Kathode) erkennt man - an dem kurzen Drahtanschluss - an dem abgeflachten Rand

Leuchtdioden benötigen zum Betrieb immer einen Strombegrenzungswiderstand als Vorwiderstand.

AUFGABE: Finde heraus, wie viele Leuchtdioden in dieser Dioden- und Leuchtdiodenschaltung leuchten!

Zeichne den Stromweg ein!

Ergebnis: Es sind _____ Leuchtdioden!




INFO: DER PROGRAMMABLAUF Um den Ablauf des Projektes zu strukturieren erstellt man eine Ablaufplanung. Sie besteht aus einer Tabelle, in die mit Balken die gewünschten Funktionen eingezeichnet werden. Hier eine Ablaufplanung für ein Blinklicht mit zwei LEDs.

Kurze Erklärung der Befehle

$regfile = "attiny13.dat" Hinweis auf den µC Typ. BASCOM Programm ruft das Unterprogramm zum Kompilieren "attiny13.dat" auf.

$crystal = 1000000 Frequenz des ATTINY13 in Hz ohne Quarz Ddrb = &B11111 Bestimmung des Datenrichtungsregisters für PortB

als Ausgang. Da der ATTINY13 nur die 5 untersten Portleitungen herausgeführt hat, können auch diese nur programmiert werden.

Die beiden wichtigen BASCOM Befehle für dieses Projekt lauten: PORTB = &B00011 Schaltet Leitung P0 und P1 ein Waitms 2000 Wartezeit in Millisekunden

Dauer PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 Programmcode

Initialisierung $regfile = "attiny13.dat" $crystal = 1000000 Ddrb = &B11111 Do

PORTB =&B00001 2s Waitms 2000 PORTB =&B00010 2 s Waitms 2000

PORTB =&B00001 2 s Waitms 2000 PORTB =&B00011 2 s Waitms 2000 Loop




LEHRERINFO: LAUFFÄHIGES BASCOM PROGRAMM $REGFILE = "ATTINY13A.DAT" 'Steuerdatei für ATTINY13 aufrufen

$CRYSTAL = 1000000 'Frequenz 1000000Hz

Ddrb = &B11111 'Portleitungen als Ausgang DO

PORTB = &B00001 'Pb0 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 500 'Zustand 0,5 Sekunden fest PORTB = &B00010 'Pb1 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 500 'Zustand 0,5 Sekunden fest

PORTB = &B00100 'Pb2 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 500 'Zustand 0,5 Sekunden fest



PORTB = &B11111 'Pb0 – PB4 erhalten WAITMS 2500 'Zustand 2,5 Sekunden fest

PORTB = &B00000 'Keine Leitung erhält Plus

WAITMS 2500 'Zustand 2,5 Sekunden fest


PORTB = &B01000 'Pb3 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 1500 'Zustand 1,5 Sekunden fest PORTB = &B00100 'P2 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 1500 'Zustand 1,5 Sekunden fest PORTB = &B00010 'Pb1 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 1500 'Zustand 1,5 Sekunden fest

PORTB = &B00001 'Pb0 erhält Plus alle anderen Minus WAITMS 1500 'Zustand 1,5 Sekunden fest PORTB = &B11111 'Pb0 – PB4 erhalten WAITMS 5000 'Zustand 5 Sekunden fest

PORTB = &B00000 'Keine Leitung erhält Plus

WAITMS 5000 'Zustand 5 Sekunden fest

LOOP 'Sprunganweisung zum Programmanfang




GLOSSAR MIKROCONTROLLERPROJEKT I

Arbeitschritt Bezeichnung der durchzuführenden Arbeit

ATMEL Hersteller von unterschiedlichsten Mikrocontrollern

ATTINY13 Mikrocontroller

Ätzen Herstellung von gewünschten Leiterbahnen auf Platinenmaterial.

BASCOM Basicdialekt zur Programmierung von ATMEL MC

Batterie Speicher für elektrische Energie.

Bauteile Bezeichnung für Einzelte des Projektes, z.B. Widerstände, Leuchtdioden, Mikrocontroller ATTINY13

Betriebsspannung Notwendige Spannung, um eine elektrisches Gerät zu betreiben.

Digitalmultimeter Messgerät für elektrische Größen wie z. B. Spannung, Strom, Widerstand mit Ziffernanzeige, keine Skala mit Zeiger.

Fassung Vorrichtung zur leichten Aufnahme von Bauteilen. Für ICs steckbar, IC- Wechsel ohne löten möglich.

Hexadezimal Kodierung von Zahlen mit dem Ziffernvorrat 0, 1, ... , 9, A, B, C, D, F, H. Pro Stelle stehen 16 Werte zur Verfügung.

Isolationsmessung Widerstandsmessung die feststellt, dass zwischen zwei Anschlüssen keine Verbindung besteht.

Kurzschlussmessung Widerstandsmessung die feststellt, ob zwischen zwei Anschlüssen eine direkte Verbindung (Kurzschluss) besteht.

Leiterbahnen Elektrisch leitende Materialien, häufig Kupfer, sinnvoll auf einem Träger, Hartpapier oder Epoxydharz, aufgebracht. Leiterbahnen verbinden die elektronischen Bauteile.

Kontrollbogen Dokumentation über durchgeführte Arbeitsschritte und Messungen.

Löten Zwei Metalle werden mit Hilfe eines dritten, flüssigen Metalls miteinander verbunden.

Lötnägel Einlötbare Stifte auf die ein Stecker gesteckt wird oder an denen Drähte angelötet werden.

Lötzinn Metalllegierung, Schmelzpunkt bei etwa 200°C. Verbindet zwei Metalle unter Wärme zu einer festen Verbindung.




GLOSSAR MIKROCONTROLLERPROJEKT II

Maschinencode Hexadezimale Umsetzung eines Programms, das der MC verstehen und abarbeiten kann.

Mikrocontroller Mikrocontroller (auch μC, MC) sind Prozessoren die Peripheriefunktionen sowie Arbeits- und Programmspeicher auf einen Chip vereinigen.

Messpunkt Stelle, an der gemessen werden muss.

Minus Einer der Pole einer Gleichspannungsquelle.

Platine Bauteil mit Leiterbahnen und Befestigungslöchern für die Anschlüsse der Bauteile.

Programmablauf Planung über die zeitliche Reihenfolge von Programmschritten

Programmieren Erstellung und Übertragung eines Codes zur Steuerung des Arbeitsablaufes eines MC.

Plus Einer der Pole einer Gleichspannungsquelle.

Qualitätssicherung Messvorgänge um festzustellen, ob wichtige Bedingungen gegeben sind.

Soll- Wert Vorgegebener Wert, der erreicht werden soll.

Spannung Spannung bietet die Möglichkeit, elektrische Arbeit zu verrichten.

Spannungsteiler Zwei Widerstände in Reihenschaltung teilen die Spannung im Verhältnis der anliegenden Spannung auf.

Speicher Der ATTINY13 hat drei unterschiedliche Speicher: hwstack (= Hardwarespeicher),

swstack (= Softwarespeicher), framesize (= Datenspeicher).

Syntax Vorgabe der Programmiersprache in welcher Form programmiert werden muss.

Verbindung Elektrisch leitende Wege zwischen zwei Punkten.

Verbindungsmessung Feststellung elektrisch leitender Verbindung.

Widerstände Bauteile, die den Stromfluss beeinträchtigen. In der Reihenschaltung kann der Vorwiderstand sowohl vor als auch hinter der Leuchtdiode sein.





Projektunterlagen RobOTTO

Ahlen Gelsenkirchen 2013 Kontakt: Ulrich Jucknische Overbergschule Ahlen [email protected] Karsten Bolte Evang. Gesamtschule Gelsenkirchen [email protected]






Projektunterlagen Liebestester

Ahlen, Gelsenkirchen 2013

Kontakt: Ulrich Jucknische [email protected] Karsten Bolte [email protected]






Projektunterlagen Thermometer mit KTY 81 /

Beleuchtungsmesser

Ahlen Gelsenkirchen 2013

Kontakt: Ulrich Jucknische Overbergschule Ahlen [email protected] Karsten Bolte Evang. Gesamtschule Gelsenkirchen [email protected]





Kontakt: Ulrich Jucknische [email protected] Karsten Bolte [email protected]


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KARSTEN BOLTE ULRICH JUCKNISCHKE - science-on-stage.de · karsten bolte ulrich jucknischke: mein µc macht was ich will ab lauf 5led 4 erweitert - 3 - inhaltsverzeichnis seite mikrocontroller