Fachbereich Physik

Microcontroller und Kleincomputer für Lehramtstudierende

Lernziel

Lehrbeispiele und Anwendungen anhand von Microcontroller (Arduino Uno) und Kleincomputer (Raspberry Pi). In der Veranstaltung lernen Sie diese beiden Plattformen kennen und ihren möglichen Einsatz in Schul-AGs und Unterricht.

Sie erhalten auch eine Übersicht über die für den Einsatz notwendige Infrastruktur und den dafür notwendigen Aufwand.

Sie lernen die Entwicklungsumgebung für den Microcontroller kennen, sowie die nötige Netzwerkinfrastruktur beim Raspberry Pi bzw. die Alternative, Systeme auf SD-Karte zu klonen.

Das Format der Veranstaltung:
Vorlesung und Übungen. Wir werden die in der Vorlesung erarbeiteten Themen direkt praktisch in angeleiteten Übungen gemeinsam umsetzen.
Sie erhalten das Script vorab per e-mail. Sie sollten sich den Stoff der jeweils kommenden Vorlesung vorab durcharbeiten und bei Fragen zunächst selbständig recherchieren. In der Vorlesung gehen wir recht schnell über den Stoff und klären die dann noch offenen Fragen, damit Sie Zeit für die praktische Umsetzung haben.

Diese Veranstaltung ist auch im WiSe 2020/2021 eine Präsenzveranstaltung. Der Raum wurde schon im Sommersemester nach den aktuellen Vorschriften zu Covid-19 präpariert. Dadurch reduziert sich die maximale Anzahl der Teilnehmer pro Termin auf maximal 7 (statt 14). Da der Sicherheitsabstand von 1.5m nicht unter allen Umständen 1.50m gewährlistet ist, müssen alle Teilnehmer während der Veranstaltung eine Alltagsmaske tragen, der Dozent eine zertifiziert Maske.

Ort

Die Vorlesung findet statt im C9A19 (Elektronikpraktikum) mit Computerausstattung bzw. auf den eigenen Laptops. Der Einsatz eines eigenen Computers ist vorzuziehen, denn dann haben Sie alle erarbeiteten Materialien nach der Veranstaltung zur Verfügung.

Anrechnung

Bei vollständiger Teilnahme (7/8 Termine) und erfolgreichen Hausarbeiten (einfache Programmieraufgaben) erhalten Sie ein unbenotetes Testat. Die im Modulhandbuch angegebenen 39h Selbststudium sind ernst gemeint!

ECTS-Punkte können nur für Lehramtsstudierende angerechnt werden, da der Lehrschwerpunkt der Einsatz im Unterricht ist. Alle anderen Studierenden belegen statt dessen bitte Elektronik 2. Hier werden ebenfalls die Microcontroller behandelt, aber mehr in der Tiefe für den technischen Einsatz.

Erforderliche Vorkenntnisse

Grundkenntnisse in einer Programmiersprache. Sie sollten die grundlegenden Elemente einer Programmiersprache kennen: Variablen, Datentypen, Operatoren, Verzweigungen, Schleifen, Unterfunktionen. (Z.B. C, C++, Java, Python, BASIC, Pascal ...)

Idealerweise haben Sie in der Veranstaltung  BNWT10P "Einführung in die Programmierung" von Herrn Dr. Bleibel schon C-Programmierung gelernt.

Wir programmieren den Microcontroller in C, den Raspberry Pi in Python. Dabei erhalten Sie Grundgerüste von Programmen, in die Sie Ihren Code einfügen können. Wenn Sie bereits eine Programmiersprache beherrschen, werden Sie schnell den Code erweitern können. Ganz ohne Vorkenntnisse werden Sie scheitern.

Diese Veranstaltung ist kein Programmierkurs! Sie lernen beim Programmieren vor allem Techniken für den Hardwarezugriff kennen, da es im Gegensatz zur allgemeinen Programmierung dafür fast keine Literatur gibt.

Vorab

Installation der Arduino Entwicklungsumgebung, damit wir zu Beginn arbeitsfähig sind. Den Link bekommen Sie zusammen mit dem Script per e-mail.

Bei Schwierigkeiten melden sie sich, denn wir haben während der Veranstaltung keine Zeit dafür.

Inhalt

  • Bausteine eines Computers, Architektur
  • Blockschaltbild eines Microcontrollers.
  • Entwicklungsumgebung, Programmierung der Hardware. Wir programmieren einen Arduino Uno aus der Arduino Entwicklungsumgebung.
    Hardwarezugriffe und Techniken, I²C Bus. (Programmierung in C)
  • Erste Grundlagen in LINUX: Dateisystem, Benutzer und Rechte
    Netzwerk- Infrastruktur
  • Grundinstallation des Raspberry Pi. Kommunikation über die Kommandozeile, das grafische User Interface und das Netzwerk.
    Einfache Programmierbeispiele in Python
    Zugriff auf Hardware (PiFace über SPI, 1-wire Temperatursensor)

Termine und Anmeldung

Die Veranstaltung findet regelmäßig jedes 2. Semester statt, immer im Wintersemester.

Es gibt 2 gleiche Kurse, die nacheinander jeweils 1/2 Semester (8 Termine) haben. Melden sie sich auf einen der Kurse (Kurs A , Kurs B) in Campus an.

(Es sind 14 Arbeitsplätze vorhanden, daher ist die maximale Gruppengröße 14. Mindestteilnehmerzahl ist 5.)
Covid-19 Auflagen: jetzt nur max. 7 Arbeitsplätze pro Kurs.

Der 1. Kurs ist am Do. Vormittag 9:00 - 11:30. Start am 5.11.2020  Findet statt.  Kurs ist voll!

Der 2. Kurs ist am Do. und Fr. Vormittag 9:00 - 11:30. Start am 21.1.2021 4 Wochen, 2 Termine pro Woche. Findet statt.  Kurs ist voll!

Für Teilnehmer mit Praxissemester ist der 2. Kurs günstiger.

Melden Sie sich bitte frühzeitig an oder schreiben mir Ihren Bedarf per e-mail (Matrikelnummer, Name, welcher Kurs für manuelle Anmeldung), dass ich ggf. vor Beginn des Wintersemesters umdisponieren kann, um möglichst vielen Interessenten die Teilnahme trotz der Covid-19 Einschränkungen zu ermöglichen.

COVID19 Maßnahmen: Maximal 7 Teilnehmer pro Termin. Da der Mindestabstand von 1.5m nicht unter allen Umständen eingehalten werden kann, müssen Sie während der Veranstaltung wie der Dozent einen Mund-Nasen Schutz tragen. Die Raumlüftung ist während der Veranstaltung eingeschaltet. Dadurch ist der Raum relativ kühl. Regelmäßiges Lüften tut ein Übriges dazu. Denken Sie also an warme Kleidung!
Sie sitzen regelmäßig am selben Arbeitsplatz. Zu Beginn der Veranstaltung wird ein Kontaktbogen an Sie verschickt, den Sie bitte ausgefüllt mitbringen. Da Ihre Teilnahme ohnehin per Liste kontrolliert wird, ist das Ausfüllen nur anfangs einmalig notwendig. Halten Sie sich vor Beginn außerhalb des Gebäudes auf und kommen Sie zu Beginn in den Raum. Der Betreuer ist ca. 5 Minuten vorher da, damit sich keine Wartegruppe im Gang bildet. Eine Toilette mit Möglichkeit, die Hände zu waschen befindet sich in unmittelbarer Nähe auf dem Stockwerk. Tragen Sie im Gebäude, insbesondere in den Aufzügen auch die Maske. Um eine Durchmischung gering zu halten, werden Sie bei der Platzwahl vorzugsweise in Lerngruppen zusammen gesetzt. Die Arbeitsplätze werden nach jedem Termin vom Betreuer desinfiziert, um eine sichere Desinfektion bei gleichzeitigem Werterhalt der Geräte zu gewährleisten.