Programmieren zu können spielt in der heutigen Zeit eine immer größere Rolle. Umso wichtiger ist es, Schüler bereits in der Schule mit diesem Thema zu konfrontieren. Doch: wie begeistert man die Jugend von heute für dieses Thema? Welche Anforderungen können in der Schule gemeistert werden?
Mit Hilfe von Mikrocontrollern können leicht simple Schaltungen aufgebaut und anschließend ein Programm dazu geschrieben werden. In dieser Arbeit geht es speziell um das Arbeiten mit dem "Arduino Uno". Hierbei handelt es sich um ein billiges aber vielseitiges Mikrocontroller Board mit dem ein Einstieg in die Welt des Programmierens einfach und kurzweilig gelingt. In dieser Seminararbeit werden Sie Schritt für Schritt in die Verwendung des Arduino Uno eingeführt. Sie lernen alle wichtigen Befehle kennen und können mit den vorgegebenen Beispielprogrammen sofort anfangen zu Programmieren.
Inhaltsverzeichnis
Vorbemerkung
A. Das Mikocontroller Board
I. Was ist ein Mikrocontroller?
II. Auswahl des Mikrocontroller Boards
III. Vorstellung der Hardware
B. Kurzanleitung zum Programmieren des Mikrocontrollers
I. Erklärung der Entwicklungsumgebung
II. Einführung in die Programmiersprache
C. Beispielprogramme
I. Eine LED schalten
II. Farb LED
III. Reihen LEDs
IV. Motorsteuerung
D. Aufgetretene Probleme
E. Das Programm „fritzing“
F. Fazit
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist die Auswahl eines geeigneten Mikrocontroller-Boards für den Technologieunterricht, um Schülern durch praxisnahe Anwendungsbeispiele das Programmieren näherzubringen und den Einstieg mittels einer strukturierten Anleitung zu erleichtern.
- Kriterienbasierte Auswahl eines Mikrocontroller-Boards für den Schulbetrieb
- Einführung in die Entwicklungsumgebung und Grundlagen der Programmierung
- Praktische Erarbeitung von Beispielschaltungen mit dem Arduino Uno R3
- Analyse und Lösung technischer Probleme bei schulspezifischen Versuchsaufbauten
Auszug aus dem Buch
I. Was ist ein Mikrocontroller?
Ein Mikrocontroller ist ein leistungsfähiges, kompaktes, programmierbares Rechensystem. Er enthält einen Prozessor (CPU), der für die Rechenaufgaben und das Steuern des Controllers zuständig ist. Weiter verfügt ein Mikrocontroller über einen Programmspeicher (FLASH), auf welchem das Programm gespeichert wird und über einen Datenspeicher (RAM), auf dem temporäre Daten abgelegt werden. Darüber hinaus sind digitale und häufig auch analoge Ein-/ und Ausgabe-Ports sowie Kommunikationsbausteine (COM, USB, UART,…) vorhanden. Die Ein-/ Ausgabe-Ports ermöglichen zum Beispiel den Aufbau einer elektronischen, vom Mikrocontroller gesteuerten Schaltung, während die Kommunikationsbausteine zur Herstellung einer Verbindung mit dem Computer verwendet werden. Des Weiteren verfügt ein Mikrocontroller über ein oder mehrere Zeitgeber, wodurch zeitlich geregelte Programme möglich werden. Zusammengefasst lässt sich ein Mikrocontroller daher als Ein Chip-Mikrocomputer bezeichnen. (Vgl. Mikrocontrollerprogrammierung lernen mit myAVR)
Zusammenfassung der Kapitel
Vorbemerkung: Einführung in die Zielsetzung, den Einsatz von Mikrocontrollern im Unterricht und die methodische Vorgehensweise bei der Erstellung der Arbeit.
A. Das Mikocontroller Board: Definition und Erläuterung der Mikrocontroller-Technik sowie die Begründung für die Auswahl des Arduino Uno R3 für den schulischen Einsatz.
B. Kurzanleitung zum Programmieren des Mikrocontrollers: Detaillierte Anleitung zur Einrichtung der Entwicklungsumgebung und Grundlagen zur Syntax der Programmiersprache.
C. Beispielprogramme: Präsentation von vier konkreten Praxisprojekten (LED-Steuerung, RGB-LED, LED-Reihen und Motorsteuerung) zur schrittweisen Anwendung des Wissens.
D. Aufgetretene Probleme: Dokumentation technischer Herausforderungen während der Erstellung, insbesondere Probleme bei der Hardware und der Erdung von Eingängen.
E. Das Programm „fritzing“: Vorstellung einer hilfreichen Software zur Visualisierung von Schaltplänen und Steckplatinen-Layouts im Unterricht.
F. Fazit: Zusammenfassende Bewertung des Arduino Uno als Unterrichtswerkzeug sowie Reflexion über die Vor- und Nachteile der vereinfachten Programmiersprache.
Schlüsselwörter
Mikrocontroller, Arduino Uno R3, Technologieunterricht, Programmiersprache, Schaltplan, Breadboard, LED, Motorsteuerung, Entwicklungsumgebung, Fritzing, Informatik, Elektronik, Praxisbeispiele, Programmierung, Sensorik
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Ziel dieser Seminararbeit?
Das Hauptziel ist die Auswahl eines geeigneten Mikrocontroller-Boards für den Technologieunterricht, um Schülern durch eine Anleitung und praxisnahe Beispiele den Einstieg in die Programmierung zu erleichtern.
Welches Board wurde für den Unterricht ausgewählt?
Der Arduino Uno R3 wurde aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit, der kostenlosen Entwicklungsumgebung und der umfangreichen Dokumentationsmöglichkeiten ausgewählt.
Welche wissenschaftliche Methode liegt der Arbeit zugrunde?
Die Arbeit basiert auf einer Anforderungsanalyse (Kriterien für den Unterricht) sowie einer praktischen Anwendung und Erprobung von Hardware und Programmcode.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Hardwaregrundlagen von Mikrocontrollern, Einrichtung der Entwicklungsumgebung, Programmierung in einer C-ähnlichen Sprache und die Umsetzung von Schaltungsprojekten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst eine Einführung in die Arduino-Hardware, eine Anleitung zur Programmierung, eine Sammlung von Beispielprogrammen sowie eine Fehleranalyse bei der praktischen Umsetzung.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Mikrocontroller, Arduino Uno R3, Technologieunterricht, Breadboard und Programmierung charakterisieren.
Welches spezifische Problem trat bei der Verwendung der Hardware auf?
Es traten Defekte an den Platinen sowie das sogenannte "Flattern" digitaler Eingänge auf, was eine externe Erdung oder den Austausch der Hardware erforderlich machte.
Warum wird im Fazit die Programmiersprache kritisch betrachtet?
Die verwendete, vereinfachte Sprache ermöglicht zwar schnelle Erfolgserlebnisse, verhindert jedoch einen tieferen Einblick in die komplexeren Strukturen und Möglichkeiten der Sprache C bzw. C++.
- Citar trabajo
- Josef Glas (Autor), 2015, Programmieren des Arduino Uno im Technologie-Unterricht, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/310220
