MEIN µC MACHT WAS ICH WILL - Science on Stage Deutschland

KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE
PROJEKTUNTERLAGEN
BLINKBILD MIT 5 LEDS
Fassung vom 17. 2. 2014
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
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]
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
INHALTSVERZEICHNIS
MIKROCONTROLLER AN SCHULEN I
MIKROCONTROLLER AN SCHULEN II
INFORMATIONEN ZUM PROJEKT
Blinkbild mit 5LEDs I
Blinkbild mit 5LEDs II / Materialliste
Auswahl des Projektes
Gruppenarbeitsregeln
Die Schaltung BLINKBILD MIT 5 LEDS
Absprachen Hardware / Software
SOFTWARE- AB
Die Programmierung : Die Ablaufplanung
Die Programmierung: Das Programm
Die Programmierung: Die Eingabe in BASCOM
Die Programmierung des Mikrocontrollers
Programmablaufplanung
HARDWARE- AB
Projekt: Blinkbild mit 5 LEDs Kontrollbogen
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE I
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE II
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE III
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE IV
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE V
Projekt Blinkbild mit 5 LEDS Bohrvorlage
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE I Experimentierplatine
Projekt Blinkbild mit 5 LEDs ARBEITSKARTE II Experimentierplatine
Programmier Platine Blinkbild 5 LEDs
Projekt Blinkbild 5 LEDs Zusammenbau
INFO- AB
INFO: Leuchtdioden
INFO: Der Programmablauf
LEHRERINFO: Lauffähiges BASCOM Programm
GLOSSAR
GLOSSAR Mikrocontrollerprojekt I
GLOSSAR Mikrocontrollerprojekt II
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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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 Arbeitsund 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.
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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:
Projektentscheidung
BASCOM
Programmierung
Hardware
Zusammenbau
Protokoll
Test
Präsentation
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.
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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.
R1
LED1
R2
LED2
R3
LED3
R6 10k
R4
LED4
R5
LED5
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.
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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
1
Platine
1
IC Fassung
2
Lötstifte
1
Batteriehalter
5
R1 – R5
1
5
1
R6
LED1 – LED5
µC
Wert
40 mm x 50mm
8 polig
330 Ω
Bemerkung
Für 3 Mignon- oder Micro- Zellen
Der Wert kann verändert werden. Je nach
Betriebsspannung und Leuchtdiode muss
er berechnet werden.
10000 Ω
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!
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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
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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.
Projektentscheidung
BASCOM
Programmierung
Hardware
Zusammenbau
Protokoll
Test
Präsentation
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.
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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
R1
LED1
R2
LED2
R3
LED3
R6 10k
R4
LED4
R5
LED5
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.
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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.
R1
LED1
R2
LED2
R3
LED3
R6 10k
Bauteil Funktion
Betriebsspannung
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
LED Farben
R1
R2
R3
R4
R5
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R4
LED4
R5
LED5
Anschluss / Besonderheit
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Unterschrift
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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
o
o
o
o
o
o
Einschalten von bestimmten Leitungen
Warten
Einschalten von bestimmten Leitungen
Warten
Einschalten von bestimmten Leitungen
Warten
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
$regfile = "attiny13.dat“
$crystal = 1000000
Ddrb = &B11111
Do
Initialisierung
Loop
AUFGABE: Erstellt eine Ablaufplanung für ein Blinkbild mit 5 LEDs.
Benutzt das AB „Projekt: Ablaufplanung Blinkbild mit 5LEDs“
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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
$regfile = "attiny13.dat”
$crystal = 1000000
DDRB = &11111
Do
Portb = &B00001
Waitms 3000
Portb = &B00011
Waitms 3000
Portb =
Waitms
Portb =
Waitms
Loop
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
Erläuterung
Hier wird BASCOM mitgeeilt, welcher MC programmiert werden
soll
Das ist die Frequenz, mit der der MC arbeiten soll, in diesem Fall
1MHz, da der interne Taktgenerator benutzt werden soll.
Datenrichtungsregister PortB, an dem die fünf Leitungen sind,
wird als Ausgangsleitung eingerichtet.
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 wird so geschaltet: Die unterste Leitung wird eingeschaltet
(=1), alle anderen sind ausgeschaltet (=0).
Warte 3000ms = 3 Sekunden
Portb wird so geschaltet: Die zweite Leitung kommt dazu, alle
anderen sind ausgeschaltet (=0).
Warte 3000ms = 3 Sekunden
Es ist jetzt deinen Aufgabe
die Befehle zu ergänzen
und das Programm fertig zu schreiben.
Halte dich an die Ablaufplanung
Springe zu Do
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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.
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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.
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KARSTEN BOLTE
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SOFTWARE
PROGRAMMABLAUFPLANUNG Blinkbild mit 5LEDs
Zeit
Portleitungen Pb
LED5
PB4
LED4
PB3
LED3
PB2
LED2
PB1
Programmcode
LED1
PB0
$regfile = "attiny13.dat“
$crystal = 1000000
Ddrb = &B11111
Initialisierung
Do
Loop
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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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)
Verbindungs-/Isolationsmessung
Fassung einlöten
Widerstände R1-R6 einlöten
Lötnägel / Batterieclip einlöten
Leuchtdioden einlöten
Kontrolle der Lötungen
Spannungsmessungen
gegen Minus bei 5V
Messpunkt
Fassung PIN 1
Fassung PIN 2
Fassung PIN 3
Fassung PIN 4
Fassung PIN 5
Fassung PIN 6
Fassung PIN 7
Soll- Wert
5V
0V
0V
0V
0V
0V
0V
Fassung PIN 8
5V
Gemessen
gegen Plus bei 5V
Messpunkt
Fassung PIN 1
Fassung PIN 2
Fassung PIN 3
Fassung PIN 4
Fassung PIN 5
Fassung PIN 6
Fassung PIN 7
Soll- Wert
0V
3,8V
3,8V
5V
3,8V
3,8V
3,8V
Fassung PIN 8
0V
Gemessen
Testen der LEDs
Einsetzen des ATTINY13
Die Platine arbeitet korrekt
Endzensur der Platine 5 LEDs:
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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Zensur
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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.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
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.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen
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HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
R5 R4 R3 R2 R1
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.
R6
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.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen
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.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen
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HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
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 WiderstandMessbereich zu schalten.


Die nebeneinander liegenden IC- Anschlüsse
(Pins) sind zu messen.
Die Kurzschlussmessung zwischen + und – ist
durchzuführen.
LED5 LED4 LED3 LED2 LED1
R6
1
8
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.
Messpunkt
IC PIN 1
IC PIN 2
IC PIN 3
IC PIN 4
IC PIN 5
IC PIN 6
IC PIN 7
IC PIN 8
Spannungsmessungen
Gemessen (bei 5V Betriebsspannung):
gegen Minus
gegen Plus
Soll- Wert
Gemessen
Soll- Wert
Gemessen
5V
0V
0V
3,8V
0V
3,8V
0V
5V
0V
3,8V
0V
3,8V
0V
3,8V
5V
0V
Liegt die Betriebsspannung unter 5V so verringern sich die Messwerte entsprechend.
Bestätige die Messwerte auf dem Kontrollbogen
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
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.
LED5 LED4 LED3 LED2 LED1
Bringe den Plus nacheinander an:
IC Fassung
PIN 2
PIN 3
PIN 5
PIN 6
PIN 7
Ergebnis
LED 4 leuchtet
LED 5 leuchtet
LED 1 leuchtet
LED 2 leuchtet
LED 3 leuchtet
Getestet
R6
1
8
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.
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 22 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
Bohrvorlage
Platine 40mm x 50mm
Bestückungsseite
Leiterbahnseite / Bohrvorlage
R5 R4 R3 R2 R1
R6
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- 23 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
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.
8
7
6
5
1
2
3
4
+
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
R5
R4 R3
Die Drahtbrücken sind wie eingezeichnet zu
verlegen. Isolierten Draht benutzen.
Arbeitsschritt kontrollieren.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen
bestätigen
R6
Widerstände R1 – R6 einlöten
Die Widerstände R1 – R6 sind wie eingezeichnet
zu verlegen.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen
bestätigen
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 24 -
R2 R1
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
HARDWARE
PROJEKT: BLINKBILD MIT 5 LEDS
LED1 LED2 LED3 LED4 LED5
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.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen
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.
Arbeitsschritt auf dem Kontrollbogen bestätigen
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 25 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
HARDWARE
Programmier- Platine Blinkbild 5 LEDs
Platine 40mm x 70mm
Leiterbahnseite
Bestückungsseite
Einfache Platine
R5 R4 R3 R2 R1
R6
Gestrichelte Linien = Drahtbrücken
2 x 5 poliger Wannenstecker, gerade Prog. Platine Zittertester 6 LEDs
Leiterbahnseite
+
MOSI
-
Die Belegung dieses Steckers entspricht der
Belegung des Programmiergerätes
Leiterbahnseite
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 26 -
NC
RESET
SCK
MISO
+
MISO
SCK
RESET
NC
MOSI
Bestückungsseite
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
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.
-
+ -
+
Platine
Batteriehalter
3 x 1,5 V
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.
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 27 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
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!
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- 28 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
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.
Dauer
PB4
PB3
PB2
PB1
PB0
Programmcode
Initialisierung
$regfile = "attiny13.dat"
$crystal = 1000000
Ddrb = &B11111
Do
PORTB =&B00001
Waitms 2000
PORTB =&B00010
Waitms 2000
PORTB =&B00001
Waitms 2000
PORTB =&B00011
Waitms 2000
2s
2s
2s
2s
Loop
Kurze Erklärung der Befehle
$regfile = "attiny13.dat"
$crystal = 1000000
Ddrb = &B11111
Hinweis auf den µC Typ. BASCOM Programm ruft
das Unterprogramm zum Kompilieren "attiny13.dat"
auf.
Frequenz des ATTINY13 in Hz ohne Quarz
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
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- 29 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
LEHRERINFO: LAUFFÄHIGES BASCOM PROGRAMM
$REGFILE = "ATTINY13A.DAT"
$CRYSTAL = 1000000
Ddrb = &B11111
'Steuerdatei für ATTINY13 aufrufen
'Frequenz 1000000Hz
'Portleitungen als Ausgang
DO
PORTB = &B00001
WAITMS 500
'Pb0 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 0,5 Sekunden fest
PORTB = &B00010
WAITMS 500
'Pb1 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 0,5 Sekunden fest
PORTB = &B00100
WAITMS 500
'Pb2 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 0,5 Sekunden fest
PORTB = &B01000
WAITMS 500
'Pb3 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 0,5 Sekunden fest
PORTB = &B10000
WAITMS 500
'Pb4 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 0,5 Sekunden fest
PORTB = &B11111
WAITMS 2500
'Pb0 – PB4 erhalten
'Zustand 2,5 Sekunden fest
PORTB = &B00000
WAITMS 2500
'Keine Leitung erhält Plus
'Zustand 2,5 Sekunden fest
PORTB = &B10000
WAITMS 1500
'Pb4 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 1,5 Sekunden fest
PORTB = &B01000
WAITMS 1500
'Pb3 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 1,5 Sekunden fest
PORTB = &B00100
WAITMS 1500
'P2 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 1,5 Sekunden fest
PORTB = &B00010
WAITMS 1500
'Pb1 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 1,5 Sekunden fest
PORTB = &B00001
WAITMS 1500
'Pb0 erhält Plus alle anderen Minus
'Zustand 1,5 Sekunden fest
PORTB = &B11111
WAITMS 5000
'Pb0 – PB4 erhalten
'Zustand 5 Sekunden fest
PORTB = &B00000
WAITMS 5000
'Keine Leitung erhält Plus
'Zustand 5 Sekunden fest
LOOP
'Sprunganweisung zum Programmanfang
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- 30 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
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.
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- 31 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
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.
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 32 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
Mein Mikrocontroller macht was ich will
Projektunterlagen RobOTTO
Ahlen Gelsenkirchen 2013
Kontakt:
Ulrich Jucknische Overbergschule Ahlen
[email protected]
Karsten Bolte
Evang. Gesamtschule Gelsenkirchen
[email protected]
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 33 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
Mein Mikrocontroller macht
was ich will
Projektunterlagen
Liebestester
Ahlen, Gelsenkirchen 2013
Kontakt:
Ulrich Jucknische
[email protected]
Karsten Bolte
[email protected]
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 34 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
Mein Mikrocontroller macht
was ich will
Projektunterlagen
Thermometer mit KTY 81 /
Beleuchtungsmesser
Ahlen Gelsenkirchen 2013
Kontakt:
Ulrich Jucknische
Overbergschule Ahlen
[email protected]
Karsten Bolte
Evang. Gesamtschule Gelsenkirchen
[email protected]
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
- 35 -
KARSTEN BOLTE
ULRICH JUCKNISCHKE:
MEIN µC MACHT WAS ICH WILL
Kontakt:
Ulrich Jucknische
[email protected]
Karsten Bolte
[email protected]
AB Lauf 5LED 4 Erweitert
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