Schüler lernen Mikrocontrollers zu programmieren

Was ist Lux-Land?

Das Projekt begann 2010. Paul KREINS, unterrichtet im Lycée Technique des Arts et Métiers, entwickelte Lux–Land welches eine Nachbildung des Luxemburger Landes ist. Darauf befinden sich zahlreiche kleine Lämpchen (LED`s), welche je nach Druckdauer eines Knopfes, ein gewisses Farbmuster ausführen und verschiedene Infos auf der Landkarte anzeigen. Gesteuert durch einen Mikrocontroller, können diese Lämpchen so z.B. die 12 verschiedene Kantons anzeigen. 

Dieses Projekt diehnt im Lycée Technique des Arts et Métier dazu den Schülern, anhand eines praktischen Beispiels, die einzelen elektronische Bauteile zu erklären und sich an der Programmation eines Mikrocontrollers zu üben. Danach wurde diese Aktivität auch durch Paul KREINS und Georges LAUTH, im Rahmen des Science Clubs, für Jugendliche zugänglich gemacht die nicht Schüler im Arts et Métier sind und sich dafür interessieren. Anfangs wurde eine Aktivität angeboten wo Jugendliche das Lux-Land zusammengelötet haben und danach eine zweite wo diese Jugendlichen auch den Mikrocontroller selber programmieren lernen.

Ich, Erik Hansen, 14 Jahre alt, Schüler, nahm an diesem Worshop teil und berichte Ihnen in diesem Artikel darüber.

Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Rechner, welcher mit einem binärem Zahlensystem (1 & 0) funktioniert. Er kann z.B. benutzt werden um, wie in diesem Beispiel, kleine Lämpchen per Programm gesteuert ein- und auszuschalten.

Wo wird dieser eingesetzt?

Man findet den Mikrocontroller fast überall, z.B. in Haushaltsgeräten, in der Medizin, in Autos, in Flugzeugen, in der Raumfahrt und natürlich in unseren Handys.

Welchen Mikrocontroller haben wir benutzt?

Es gibt viele Arten von Mikrocontroller, große und kleine. Die Größe hängt davon ab, wie viele Ein- /bzw. Ausgänge man benötigt.

Der, den wir benutzt haben, ist von der Firma ATMEL. Er hatte 40 PIN (Ein-/Ausgänge).

Wie programmiert man den Mikrocontroller?

Der Mikrocontroller wird mit dem Programm BASCOM programmiert. Dies geschieht mit Befehlen, welche in das Programm auf dem Computer eingegeben werden.

Um das Programm vom Computer auf den Mikrocontroller zu übertragen, muss man dieses zuerst umwandeln, von Bascom-Programm (*.bas) zu einem für den Mikrocontroller verständliches Format (*.bin). Jetzt kann man es über das Programmier-Board in den Mikrocontroller laden.

Programmbeispiel 1 

Will man z.B. eine LED die am Portb.0 angeschlosen ist 0,5 Sekunden leuchten lassen, kann man das wie folgd programmieren:

Set Portb .0       ' Lämpchen was an Portb.0 angeschlossen ist anschalten 
Waitms 500       ' 500 Millisekunden (0,5 Sekunden) warten
Reset Portb.0    ' Lämpchen ausschalten

Programmbeispiel 2

Die LEDs auf der Lux-Land Karte können alle einzeln angesteuert werden.  So kann man z.B. die dritte rote LED (portb.2) einschalten und gleichzeitig die siebte Gelbe (portc.6) und die fünfte Grüne (portd.4) ausschalten und umgedreht.

Um den Befehl "0.5 Sekunde warten" (Waitms 500) in einem Programm nicht andauernd zu wiederholen, kann man diesen in einem Unterprogamm programmieren, welchen man z.B. "Zeitschleife" nennt. Jetzt muss man nur noch das Wort "Zeitschleife“ in das Hauptprogramm einfügen, um den Befehlt "0.5 Sekunden warten" auszuführen. Ein weiterer Vorteil ist, dass, wenn man die Wartezeit im ganzen Programm ändern möchte, muss man dies nur noch an einer Stelle tun, nämlich im Unterprogramm - und nicht bei jedem "Waitms“.

Dieses Programm würde dann so aussehen:

,-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
,------------------------------------------------------Hauptprogramm---------------------------------------------------------
,-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Anfang:

Set Portb.2
Reset Portc.6
Reset Portd.4
Zreitschleife
Set Portc.6
Set Portd.4
Reset  Portb.2
Zeitschleife

Goto Anfang
,-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
,------------------------------------------------------- Unterprogramm--------------------------------------------------------
,-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Zeitschleife:
Waitms 500
Return
,-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
,--------------------------------------------------------Programmende-----------------------------------------------------
,-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
End 

Schalter einfügen

Will man währendem das Programm läuft, seinen Ablauf beeinflussen, kann man Schlater an die Eingänge des Mikrocontrollers anschliessen. Sie geben ein Signal, wenn sie eingeschaltet werden. Der Mikrocontroller fragt während eines Programmes immer ab, ob ein Schalter aktiv ist. Wenn ja, dann geht er zu einem anderen Teil des Programmes über, wenn nicht, wiederholt der andauernd die Abfrage bis ein Schalter umgelegt wird.

Bist du auch an dieser Aktivität interessiert?

Die nächste Aktivität findet höchstwahrscheinlich wieder im 3. Trimester 2014 statt. Dann wird man wieder das Lux-Land bauen können. Infos zu dieser Aktivität werden auch wieder im Agenda von science.lu angekündigt.

Autor : Erik Hansen, 14 Jahre, Schüler