Der Kosmos-Mikrocontroller

KOSMOS-Experimentierkasten microcontroller electronic


Dieser Experimentierkasten eignet sich für Kinder ab 12 Jahren, ist aber auch für Ältere und Erwachsene interessant. Der Umgang mit der Computer-Technologie gehört heute zur technischen Grundbildung, die vielfach anwendbar und nützlich ist. Der Mikrocontroller ist ein vollständiger kleiner Computer, der für spezielle Anwendungen eingesetzt werden kann. Mit dem Mikrocontroller kann jeder Aufgaben lösen, die weit über das Handbuch hinausgehen. Es ist z.B. möglich spezielle Messgeräte oder Steuerungen zu entwickeln.

Jeder Mikrocontroller ist ein vollständiges kleines Computersystem mit Recheneinheit und Speicher, der selbständig komplexe Aufgaben erledigen kann. Viele moderne Waschmaschinen enthalten so einen kleinen Helfer, der die einzelnen Waschprogramme ablaufen lässt und dafür sorgt, dass Ventile, Heizung, Motor und Pumpe zur richten Zeit das richtige tun. Ebenso kommt kein Auto, kein Videorekorder und kein Fahrkartenautomat mehr ohne einen Mikrocontroller aus. Wenn beim nächsten Mal die aktuelle DVD aus den DVD Charts nicht richtig läuft, dann ist das ein Anlass, entweder die Optik zu entstauben oder den DVD-Player auseinanderzunehmen. Wertvolle Bauteile lassen sich auch noch für andere kreative Zwecke bis hin zum Laser-Mikroskop einsetzen, natürlich ebenfalls mit einem Mikrocontroller.

Bei der Entwicklung elektronischer Geräte treten zwei Aufgabenbereiche in den Vordergrund. Die Ingenieure müssen die Hardware und die Software entwickeln. Beides kann man mit dem Kosmos-Mikrocontroller lernen. Für jede Aufgabe baut man zuerst die passende Schaltung auf. Dann schreibt man ein Programm oder lädt ein vorbereitetes Beispiel und überträgt es in den Controller.

Der Kosmos-Mikrocontroller besitzt eine eigene, vereinfachte Programmiersprache mit nur wenigen, leicht verständlichen Befehlen. Man kann viele Aufgaben lösen, die sonst mit größeren Programmiersprachen bearbeitet werden. Zugleich lernt man auch schon wichtige Grundbegriffe und programmtechnische Abläufe, die später einmal nützlich seinen können, wenn man einmal mit einem anderen Mikrocontroller arbeitet.

Eine Besonderheit dieses Mikrocontroller-Bausteins ist die Infrarotschnittstelle. Ohne direkte Berührung oder elektrische Verbindung werden Daten und Programme mit Hilfe unsichtbarer Lichtimpulse übertragen. Ein einmal geladenes Programm bleibt auch nach dem Ausschalten erhalten und kann beliebig oft gestartet werden.

Inhaltsverzeichnis:

Einleitung - bevor es los geht 12
Montageanleitung - Zusammenbau leicht gemacht 13
Der Mikrocontroller - einmal rundherum 17

Die ersten Schritte
1 Der erste Test - noch ohne PC 21
2 Mal heller, mal dunkler - Der Lichtsensor steuert die LED 24
3 Start, Stop und Piep - Der Taster macht's möglich 24
4 Halt! - Im richtigen Moment 24
5 Reset, Start & Co - Zwei Taster steuern alles 25

Direkte Messungen und Kommandos
6 Empfangsbereit? - Bereit sein ist alles 27
Installation der Software 27
Die Verbindung wird hergestellt - PC bitte melden 28
7 Messwerte am Bildschirm- alles auf einen Blick 29
8 Beep Beep Beep - Piep Piep Piep 30
9 Der Reichweitentest - Darf's etwas weiter sein? 30
10 LEDs ein und aus - Handgesteuert 31
11 Der PWM-Dimmer - Helligkeit digital gesteuert 32
12 Der digitale Eingang - er kennt nur 1 oder 0 32
13 Ports als Digitaleingänge - Einfach umschalten 33

Aufgezeichnete Messwerte
14 Helligkeiten messen - Grafisch abbilden mit dem Zeitschreiber 34
15 Das Oszilloskop - wenn's schnell gehen muss 35
16 Automatische Dauermessung - Immer wieder von vorn 36
17 Messungen ohne den PC - Externe Messung 37
18 Extern messen - diesmal digital 38
19 Verzögerter Start - erst vor Ort geht's los 39
20 24-Stunden-Messung - rund um die Uhr 39
21 Das erste Programm - klein aber fein 40
22 Der LED-Blinker - mal an, mal aus 42
23 Ein Wechselblinker - eine ist immer an 42
24 LED-Lauflicht - wo laufen sie denn hin? 43
25 Rechenkünste - Das Einmaleins des Microcontrollers 43
26 Not, And und Or - logisch, oder? 44
27 Streng abgezählt - Bei Null ist Schluss 46
28 Hin und Zurück - Elektronische Schiebereien 46
29 Unterprogramme - Mehrfach verwendbar 47
30 Nur auf Kommando! - Mit Taste gesteuert 48
31 Ampelsteuerung 49
32 Elektronischer Würfel - Der Zufall macht's 51
33 Ei ei ei - Der Fünf-Minuten-Timer 52
34 Software-Dimmer - Programm steuert Helligkeit 53
35 Der sanfte Blinker - Weiche Übergänge 54
36 Lichtsensor-Helligkeitssteuerung - An die Umgebung angepasst 55
37 RAM - Das Zahlengedächtnis 56
38 Zahlen speichern - 100 Plätze frei 57
39 Der Helligkeitsrecorder - Lichtwerte laufend speichern 59
40 Zeitlupe - Schnell speichern aber langsam lesen 59
41 Eine Lichtschranke - Berührungslos erkennen 61
42 Balkenanzeige - LEDs leuchten am Stück 63
43 Ein Zufallsgenerator - Genau berechnet 64

Versuche mit dem Anzeigemodul
44 Leuchtende Ziffern - Endlich klare Zahlen 66
45 Die Helligkeit anpassen - Bitte abdunkeln 68
46 Countdown - aber ohne Rakete 68
47 Multiplexanzeige - Schneller als das Auge: 69
48 Zweistellig - 00 bis 99 69
49 Digitalzähler - Jeder Tastendruck zählt 71
50 Lichtmessgerät - Wo ist es am hellsten? 71
51 Digitaluhr - bis 99 Minuten 72
52 Stoppuhr - bis 9,9 Sekunden 72
53 Reaktionstest - Wer ist am schnellsten? 73

Elektrische Messtechnik
54 Das Digitalvoltmeter - vielseitig verwendbar 74
55 Diodenspannungen - Volt je nach Farbe 76
56 Transistortester - Transistoren auf den Zahn gefühlt 77
57 Anders gepolt - der PNP-Transistor 79
58 Der Elko im Test - Wir laden und entladen einen Kondensator 80
59 Abnehmende Energie - e-Kurven 82
60 Einstellbare Spannung - Das Potentiometer 83
61 Das Treppenspiel - Zeichnen mit dem Poti 84
62 PWM geglättet - Elektronischer Wellenbrecher 84
63 Motor als Generator - Elektrizität selbst gemacht 87
64 Wir erzeugen Wechselstrom - Die LEDs zeigen an 89
65 Der NTC - ein Temperatursensor 89
66 Digitalthermometer - selbst gebaut 91
67 Feuchtemessung - Nur ein Tropfen 91
68 Trockene Blumen? - Bitte gießen! 93
69 Schwingungsmessung - Der Piezo-Kristall zittert 94
70 Klopfzeichen am Mikrofon - ist da jemand? 96
71 Spitze Ohren - Der Vorverstärker 98
72 Lärmpegelmessung - Krach mit Niveau 100
73 Knall und Peng - nicht erschrecken 102
74 Dezibel-Messung - Logarithmisch über alle Bereiche 102

Motor-Steuerungen
75 Klatschschalter - Mit Applaus Ein und Aus 104
76 Drehzahlsteuerung - jetzt geht's rund! 106
77 PWM-Motorsteuerung - mit Ein/Aus weniger Verluste 107
78 PWM high Speed - beim Ausschalten gefährlich 109
79 Programmierter Motor - Ein/Aus nach Plan 111
80 Motor - mal rechts, mal links 112
81 Scheibenwischer - hin und her gesteuert 113
82 Scheibenwischer mit Regensensor - läuft nur bei Nässe 114
83 Lüftersteuerung - immer cool bleiben 115
84 Stabile Drehzahl - optisch geregelt 117
85 Frequenzmesser - Wieviel Hertz hast du? 118
86 Motorfrequenz - optisch gemessen 120
87 Drehzahlmesser - Wieviel Umdrehungen macht der Motor? 122
88 Stoboskopeffekt - Flackern im Gleichschritt 123
89 Das LED-Stroboskop - Licht von unten 123
90 Motorregler II - Drehzahl fest im Griff 125
91 Motorregler III - noch wirkungsvoller 126
92 Stop and Go - der Motor steuert sich selbst 126

Dies und Das
93 Der Hardware-Test - Zurück zum Anfang 128
94 SOS auf der Titanic - automatischer Notruf 129
95 Digitale Aufnahme - Vokale mit Modulation 131
96 Töne aus dem Microcontroller - selbst erzeugt 132
97 Melodien - nach eigener Komposition 134
98 Tresorschloss - Fort Knox für zuhause 134
99 Optische Alarmanlage - nicht bewegen 136
100Batterietester - Voltmeter bis 9,9 Volt 137

Anhang
Übersicht aller Befehle des Microcontrollers 140
Stromversorgung 142
Allgemeines 143


Hinweise zum Weiterarbeiten:

Wer die Versuche des Experimentierkastens durchgearbeitet hat und auch schon eigene Programme entwickelt hat, ist fit für die weitere Arbeit auch mit anderen Mikrocontrollern und anderen Programmiersprachen. Hier einige Links zu weiter führenden Themen:

Grundwissen Elektronik
Lernpaket Elektronik
Basiskurs Mikrocontroller
Der Mikrocontroller R8C/13

Tipps und Hilfen zum Kosmos-Mikrocontroller
Lichtmessung mit einer LED als Fotodiode
Der Kosmos-Mikrocontroller in der USA-Ausgabe
Zusatzversuche von Clemens Poblotzki