Workshop Elektronischer Würfel

Diese Seite befindet sich noch im Aufbau

Elektronischer Würfel
Allgemeine Informationen
Klassenstufe	ab Klasse 8
Zeitumfang	4 x 2 Unterrichtsstunden
Schwierigkeitsgrad	mittel bis hoch (anpassbar)
Equipment	Microprozessoren, PC

Zurück zu den Projekten.

Die Idee

Wir bauen einen elektronischen Würfel, der zufällig Zahlen von Eins bis Sechs erzeugen und diese auf LEDs in der üblichen Form anzeigen kann. Realisiert wird dieses Projekt mit Hilfe von Mikroprozessoren vom AtTiny bis zum, ESP8266/ESP32 und die Programmierung reicht vom Assemblercode für den AtTiny über C++ in der Arduino-Umgebung bis hin zum visuellen Blockly-Script.

Am Ende verstehst du, wie man zufällige Ereignisse mit Mikroprozessoren generieren kann und welche Unterschiede es zwischen physikalischem und deterministischem Zufall gibt. Du lernst auch etwas über elektrische Grundschaltungen und - falls du dich für die AtTiny-Variante entscheidest - wie ein Mikroprozessor arbeitet. Einfache Programmiererfahrungen sind hilfreich aber keine Voraussetzung für diesen Workshop.

Die Idee aus pädagogischer Sicht[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Außerhalb der Alltäglichkeit von Schule kann der Schuler im Workshop folgende Kompetenzen erlernen oder festigen:

• Bau und Test einfacher elektrische Schaltungen
  • LED als Diode, Widerstände, Reichen und Parallelschaltungen
  • Erstellen und Lesen von Schaltplänen
• Programmierung auf unterschiedlichem Abstraktions- und Hardware-Niveau
  • Zusammenhang von Schaltung und Programm
• Optional: Übertragung des Aufbaus der Schaltung in ein Platinen-Layout
• Notwendigkeit und Realisierung von Zufallsgeneratoren
  • physikalischer Zufall
  • Nutzung und Bewertung eingebaute Funktionen
  • eigene Versuche (AtTiny)

Was kann das Fraunhofer IMWS leisten?

Neben dem technischen Wissen und dem Erfahrungsschatz unserer Mitarbeiter auch in Form von Weiterbildungen und Einführungsveranstaltungen für interessierte Pädagogen und Erfahrungen vergangener Projekte zur Programmierung von Mikroprozessoren, verfügen wir über einen Schülersatz von PCs Mikroprozessoren für erste Versuche.

Tipps

für den Schüler

Unser kleinstes Arduino-Programm

 1 /* Reduziertes Würfelprogramm ohne Random-Funktion
 2 -----------------------------------------------------------------------------------------*/
 3 byte ledPin[3]  = {D1, D2, D3};     // D1: eine LED, D2: 2 LEDS, D3: 4LEDS
 4 
 5 void showDice(byte dice) {
 6   for (byte i=0; i<=2; i++)
 7     digitalWrite(ledPin[i], (dice>>i)&B1); 
 8 }
 9 
10 void setup() {
11   for(byte i=0; i<=2; i++)
12     pinMode(ledPin[i], OUTPUT);
13 }
14 
15 void loop() {
16   showDice(micros()%6 + 1);         // alt: random(6)
17   delay(1999);
18 }

Die Randomfunktion erfolgt in Zeile 16 zeitgesteuert über den lokalen Zeitstempel (micros() oder nanos()) . Alternativ könnte auch ein Taster verwendet werden.

Warum erzeugt dies in der Realität trotzdem zufällige Werte?

Schaltung der LEDs für den Würfel

Es werden drei Pins benötigt, an denen eine, zwei und vier LEDs angeschlossen sind.

Zahl	Binärzahl (8 bit)	LEDs
1	0000 0001	Hallo!
2	0000 0010
3	0000 0011
4	0000 0100
5	0000 0101
6	0000 0110

für den Lehrer

• Die Voraussetzung im Umgang mit Computern streuen bei den Kindern sehr stark. Unterschiedliche Anspruchsniveaus können ein Gleichgewicht schaffen.
• Alle Tücken, die Computer aufweisen können, möglichst vor der Benutzung durch den Schülern eliminieren.

weiterführende Links

• G. Schmidt: AVR-Assembler-Tutorial. Zufallszahlen mit ATtiny13.