Spiel und Wissen im Elektronik-Labor
Die
große Baubox für kleine Hacker: Spiel und Wissen im Elektroniklabor.
Jedes Modul enthält ein elektronisches Bauteil, das mit einem kleinen
aber leistungsstarken Computer im Mikrocontroller-Modul zusammenarbeiten kann.
Der Controller enthält 40 unterschiedliche Programme, die durch
unterschiedliche Verdrahtung gestartet werden.
Im
Mittelpunkt stehen Spiel und Spaß. Die Kinder müssen nichts selbst
programmieren, sondern nur die einzelnen Spiele korrekt verdrahten. So wird die
Motivation aufrechterhalten und jede Überforderung vermieden. Und trotzdem
stellt sich so ganz nebenbei ein Lerneffekt ein. Die Kinder lernen, Schaltungen
genau nach den Plänen aufzubauen. Die ersten zehn Experimente behandeln die
Grundlagen des elektrischen Stromkreises. Danach geht es um den Mikrocontroller
und die vielen Spiele. Der Controller selbst ist dabei zwar eine Black Box,
aber viele Details kommen ganz nebenbei zur Sprache. Eingänge und Ausgänge, PWM
und analoge Messungen, Arbeitsgeschwindigkeit und Verzögerungszeiten,
Entscheidungen und Verzweigungen, all diese Dinge werden an passender Stelle
kurz und knapp besprochen
Viele Kinder
werden einfach mit Freude die Spiele verwenden und vielleicht am Ende bei einem
oder zwei Spielen bleiben. Aber dazu kommt der Stolz etwas selbst aufgebaut zu
haben. Und der eine oder die andere wird vielleicht anfangen zu überlegen, wie
es denn wäre, wenn man so etwas selbst programmieren könnte. Das könnte
der Anlass werden, sich als nächstes auch mal an Micro:bit, Calliope und
Arduino zu wagen.
Inhalt
1 Ein LED-Licht 4
2 Zwei oder mehr LEDs 6
3 Leitfähigkeits-Testgerät 7
4 LED falsch herum 8
5 Dreifarben-LED 10
6 Ein Schalter 11
7 Zwei Schalter in Reihe 12
8 Zwei Schalter parallel 12
9 Heller und dunkler 13
10 Der Neigungsschalter 14
11 Ein Ton aus dem Mikrocontroller 15
12 Martinshorn 16
13 Einstellbare Pieps-Geschwindigkeit 17
14 Regenbogen-Farben 19
15 Rote Luftstriche 20
16 Die Sound-Box 21
17 Fest verdrahtete Sound-Box 22
18 Disco-Playback 23
19 Motorrad-Geräusche 24
20 Ein Stroboskop 25
21 Kikeriki am Morgen 26
22 Optisches Theremin 27
23 Automatisches Nachtlicht 28
24 Infratotlicht-Detektor 29
25 Ganz schnelles Kino 30
26 Disco Light Show 31
27 Drag Race Beschleunigungsrennen 32
28 Fang das Blau! 33
29 Der Dirigent 34
30 Elektronisches Schlagzeug 35
31 Horror, Lachen oder Furz 36
32 Bewegungsmelder 37
33 Kopf oder Zahl 38
34 Elektrische Leitfähigkeit messen 39
35 Licht im Kühlschrank? 40
36 Quiz-Show 41
37 Fang den Blitz! 42
38 Pong – das elektronische Pingpong 43
39 Zauberstab-Geheimnachricht 44
40 Die Ding-Dong-Türklingel 45
41 Sound-Reaktionsspiel 46
42 Elektronischer Würfel 47
43 Helligkeits-Messgerät 48
44 Regenbogen in der Dunkelheit 49
45 Der Fernseh-Freund 50
46 Laser-Alarm 51
47 Baseball 52
48 Die Bleistift-Orgel 53
49 Schüttelrekord 54
50 Das Furz-Rennen 55
Beispielkapitel:
11 11 Ein Ton aus dem Mikrocontroller
Herzlichen Glückwunsch! Die ersten zehn Versuche hast du
erfolgreich durchgeführt. Jetzt kennst du schon die Grundlagen des elektrischen
Stromkreises. Und deshalb bist du jetzt bereit, ein viel komplizierteres
Bauteil zu verwenden: den Mikrocontroller. Er hat sehr viel mehr Anschlüsse.
Und deshalb musst du noch sorgfältiger darauf achten, alles richtig zu
verbinden. Ganz besonders wichtig: M- ist der Minuspol und gehört an BAT-, und
M+ ist der Pluspol und gehört an BAT+. Und erinnere dich an die wichtige Regel:
Verbinden – Überprüfen – Einschalten! Das Plus-Kabel wird also zuletzt
angeschlossen, erst nachdem alle anderen Verbindungen sogfältig überprüft
wurden.
Der Mikrocontroller ist ein kleiner Computer, der ganz
unterschiedliche Programme ausführen kann. Alle Programme sind schon fertig
eingebaut, du musst nur noch das richtige Programm zum richtigen Versuch
starten. Dazu dienen die Anschlüsse A bis H. Um das erste Programm zu starten,
musst du den Anschluss A mit dem Anschluss B verbinden. Außerdem muss der
Lautsprecher angeschlossen werden. Er hat zwei Anschlüsse, SP1 und Sp2, die mit
den Anschlüssen MS13 und MS14 des Mikrocontrollers verbunden werden müssen. Die
Abkürzung SP steht für Speaker (Lautsprecher) Sobald du die Batterie
angeschlossen hast, ertönt ein heller Ton.
Der Mikrocontroller
Wenn du das Mikrocontroller-Modul umdrehst, siehst du auf
der Rückseite der Platine einen schwarzen Kecks, der den eigentlichen
Mikrocontroller schützt. Er besteht aus einer kleinen Scheibe aus Silizium, die
man auch als Chip bezeichnet. Darauf befinden sich sehr viele winzig kleine
Bauteile. Es sind hauptsächlich Transistoren, die zu komplexen Schaltungen mit
unterschiedlichen Aufgaben verbunden sind. Einige davon sind für die Erzeugung
von Tönen zuständig und sind mit den Anschlüssen MS13 und MS14 verbunden, wo
der Lautsprecher angeschlossen wird. Immer wenn du in einem Aufbau den
Lautsprecher verwendest, wird er genau hier angeschlossen. So ist das auch mit andern
Modulen, die immer wieder genau an dieselben Anschlüsse gehören. Nach einigen
Versuchen kennst du diese Anschlüsse ganz genau. Du weißt dann, wo eine LED
angeschlossen werden kann, wo ein Schalter und wo ein Potentiometer.
Auf der Platine findest du noch viele andere Bauteile. Die
meisten sind Widerstände (R1, R2…). Sie dienen dem Schutz des Mikrocontrollers,
indem sie die Stromstärke begrenzen. Wenn du mal einen Fehler machst, geht
nicht gleich alles kaputt. Außerdem gibt es einige Silizium-Dioden (D2, D3…),
die genau wie Leuchtdioden den Strom nur in einer Richtung leiten. Auch sie
helfen, bestimmte Fehler zu verhindern und den Mikrocontroller zu schützen. Und
außerdem findet man viele Kondensatoren (C4, C5…), die für die Störsicherheit
wichtig sind und unterschiedliche weitere Aufgaben erfüllen.
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