Microcontroller und Kleincomputer für Lehramtstudierende

Veranstaltung: NWT-MNWT11M

Lernziel

Lehrbeispiele und Anwendungen anhand von Mikrocontroller (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 Mikrocontroller 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 (Flipped Classroom). In der Vorlesung gehen wir recht schnell über den Stoff und klären nur noch die verbleibenden offenen Fragen, damit Sie möglichst viel Zeit für die praktische Umsetzung haben.

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. Es dürfen auch eigene Arduino Kits verwendet werden.

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 Mikrocontroller 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. Sie erhalten zur Wiederholung eine Kurzzusammenstellung der wichtigsten Elemente der Programmiersprache C.

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 dafür im Gegensatz zur allgemeinen Programmierung 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)
• NEU! Internet of Things - das MQTT Protokoll an Beispielen mit dem Raspberry Pi

Termine und Anmeldung

Die Veranstaltung findet regelmäßig jedes Semester statt.

Der bisherige Kurs am Anfang des Wintersemesters entfällt ab WiSe 2023/24 wegen Kollision mit dem Praxissemester.

Es gibt einen Kurs im Januar/Februar als Block mit 2 Terminen/Woche Do und Fr. 9:00 - 11:30
WiSe 2024/2025: Start am 09.01.2025

Anmeldung in Alma möglich ab 1.8.2024 bis  22.12.2024. Danach e-Mail mit Name und Mtr Nr an den Dozenten.

Ein Kurs wird seit SoSe 2023 immer am Anfang des Semesters im Wochenturnus angeboten am Di.13:45 - 16:15
 

(Es sind 14 Arbeitsplätze vorhanden, daher ist die maximale Gruppengröße 14. Mindestteilnehmerzahl ist 5.)
Anmeldungen WiSe 2025: 11/14

Melden Sie sich bitte frühzeitig an. Anmeldung für das WiSe 2024/25 ist ab 1.8. möglich. Falls Sie sich nicht in Alma anmelden können, e-mail mit Matrikelnummer an den Dozenten zur manuellen Erfassung. Melden Sie sich bitte auch ab, wenn Sie angemeldet sind und feststellen, dass Sie doch nicht teilnehmen können.

Anmeldung der Prüfungsleistung:

melden Sie sich für die Prüfungsleistung “(Studienleistung) 116 Mikroprozessoren in der Schule” vor Ende der Veranstaltung an, damit ich SIe verbuchen kann.

Sonderveranstaltung "Internet of Things - das MQTT Protokoll"

Bei genügend Interesse (findet ab 5 Teilnehmer statt) am Do. 06.02.2025 09:00 Uhr Raum C9A19. Es können alle bisherigen Teilnehmer der Microcontroller-Veranstaltung teilnehmen. NEU: auch interessierte Mitarbeiter der Institute. Anmeldung per e-Mail an den Dozenten.