Unterrichtsplanung: Anwendung des I²C-Busses mit dem ATmega32

1 Bedingungsanalyse

1.1 Informationen zur Klasse

Die 15 Schüler des dritten Ausbildungsjahres der Systeminformati ker werden bis auf zwei Schüler alle beim Marinearsenal Kiel vornehmlich in einer Ausbildungswerkstatt ausbildet. Die Schüler des Marinearsenals haben dort bereits eine von ihnen entwickelte Mi krocontrollerplatine selbst erstellt (ätzen, löten und in Betrieb nehmen) und damit erste Programme ausprobiert.

1.2 Rahmenbedingungen der Schule

Die von den Schülern im Marinearsenal angewendete Mi krocontrollerplatine wurde auch dem RBZ-Techni k zur Verfügung gestellt und wird im Moment für die tägliche Laborarbeit aufbereitet (s. Foto auf dem Titelblatt). Zusätzlich werden im Moment die Computer im Labor neu installiert. Daher wird diese Stunde für vorbereitende Arbeiten zur Versuchsdurchführung genutzt.

2 Didaktische Analyse

Das Lernfeld 10 „Hard- und Software komponenten integrieren und im System testen" bein­haltet die Mi krocomputertechni k mit Signal- und Datenerfassung, zugehöriger Interfacetech- ni k, verschiedenen Bussystemen und der Auswertung der aufgenommenen Daten. Um diese Inhalte abzudecken, steht im Zentrum des ersten Unterrichtsblockes der Mi krocontroller ATmega32. Im zweiten Unterrichtsblock wird der Roboter Robotino® der Firma Festo mit unterschiedlichen Sensoren und Steuerungen Gegenstand des Unterrichts.

2.1 Thematische Überlegungen

In den ersten drei Wochen des Lernfeldes sollen anhand einer temperaturabhängigen Lüftersteuerung für einen Serverschran k die verschiedenen Möglich keiten des ATmega32 ausgenutzt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb . 1: Technologieschema der temperaturabhängigen Lüftersteuerung

Zunächst kann mit dem analogen Sensor PT100, der schon aus dem Lernfeld 6 be kannt ist, die Temperatur gemessen werden, an die sich eine Analog/Digital-Wandlung im Mi kro­controller anschließt und durch ein Bitmuster ein Schrittmotor ansteuert. Durch den Einsatz eines digitalen Sensors (z.B. DS1621) können die Werte über den I2C-Bus zum Mi kro­controller übertragen werden und dann über ein Potentiometer den CPU-Lüfter ansteuern. Als dritte Erweiterung soll durch eine Eingabe am Hyperterminal am PC über die RS232- Schnittstelle die Drehzahl des Lüfters verändert werden und somit eine Interruptsteuerung integriert werden.

Da die verschiedenen Möglich keiten viele neue theoretische Inhalte enthalten, welche die Schüler sich erarbeiten müssen, können sicher nicht alle Varianten in den drei zur Verfügung stehenden Wochen bearbeitet werden. Die Temperaturmessung mit dem PT100 und die Analog/Digital-Wandlung wurden im Lernfeld 6 bereits ohne Mi krocontroller durchgeführt. Daher soll diese Variante als Reserve für schnellere Schüler zum Ende der Unterrichtssequenz verbleiben.

2.2 Einordnung der Stunde in die Unterrichtssequenz

ln der ersten Woche möchte ich mit dem Aufbau und der Geschichte des Mi krocontrollers im Allgemeinen und mit dem ATmega32 im Speziellen beginnen. Danach realisieren die Schüler mit meinem Kollegen im Labor als ersten Versuch eine Schrittmotorsteuerung, welche die Lüftersteuerung simulieren soll. ln der gezeigten Stunde sollen die theoretischen Inhalte des PC-Busses und deren Umsetzung in der Programmierung erarbeitet werden, so dass die Temperatur mit dem DS1621 abgefragt werden kann und der Motor ab einer bestimmten Temperatur anspringt. Am nächsten Tag gehen die Schüler mit mir ins Labor und probieren ihre entworfenen Programme aus. Als nächste Erweiterung des Proje ktes soll die Temperatur zusätzlich am Hyperterminal ausgegeben werden. Zuletzt soll die Variante mit der Eingabe über das Hyperterminal realisiert werden.

2.3 Intentionen der Unterrichtsstunde

Aus den obigen Überlegungen ergibt sich für die heutige Unterrichtsstunde die folgende Leitidee:

Die Schüler erarbeiten die Funktionen des l2C-Busses und erstellen einen Programmentwurf, um den zusätzlichen Lüfter an Bord temperaturabhängig steuern zu können.

Berufliche Handlungs kompetenz zu fördern, ist erklärtes Ziel der Berufsschule. Sie „entfaltet sich in den Dimensionen von Fach kompetenz, Personal kompetenz und Sozial kompetenz." (MBWFK, S. 4) Diese Stunde soll unterstreichen, dass die Schüler zunächst ihre Arbeits­schritte planen (Stru ktogramm) bevor sie mit dem Programmieren beginnen.

Die Schüler festigen und erweitern ihre Fachkompetenz, indem

- sie sich die Fun ktionsweise des PC-Busses erarbeiten und
- systematisch die Header- und Libary-Dateien lesen, nachvollziehen und zur Planung des Programms anwenden.

Durch die Erstellung eines Programmablaufplanes vor der Programmierung am Mi kro­controller festigen die Schüler ihre Methodenkompetenz.

3 Methodische Überlegungen

a) Einstieg

Um den Schülern eine Anwendungsmöglich keit von Mi krocontrollern mit vielen Lösungsmög­lich keiten aufzuzeigen, wird ihnen die folgende Problemsituation auf einer Folie über den Beamer gezeigt. Auf dem Minenjagdboot „Grömitz" fallen immer wieder die Anzeigen für die Suchradare aus. Ein Kollege hat festgestellt, dass ein zusätzlicher Lüfter im Serverschran k Abhilfe schaffen würde. Der Lüfter soll jedoch erst ab einer bestimmten Temperatur einge­schaltet werden. Daher ist es nun ihre Aufgabe, eine temperaturabhängige Lüftersteuerung zu entwickeln.

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