T9 M - Mikrocontroller für technische Systeme
T9 M - Mikrocontroller für technische Systeme
T9 M - Mikrocontroller für technische Systeme
Bildlegende: Ein micro:bit ist eine kleine Mikrocontroller-Platine. Du erkennst unter anderem LED-Matrix, Taster und Anschlussflächen.
Medienauftrag – Beobachten: Suche auf dem Bild drei Stellen, an denen Informationen in das System gelangen oder aus dem System herauswirken können. Ordne sie anschließend als Eingang oder Ausgang ein.
Dieser aiMOOC führt Dich in Mikrocontroller für technische Systeme ein. Du arbeitest zuerst im Simulator. Das sichere Mini-System ist ein Dämmerungs-Warnlicht: Ein Lichtsensor liefert einen Messwert. Ein Programm vergleicht ihn mit einer Grenze. Die LED-Matrix zeigt bei Dunkelheit ein Warnsymbol.
Einleitung
Ein Mikrocontroller kann technische Abläufe steuern. Entscheidend ist die Kette Eingang – Verarbeitung – Ausgang.
| Fachbegriff | Direkt erklärt | Beispiel im Mini-System |
|---|---|---|
| Mikrocontroller | Kleines programmierbares elektronisches System, das Eingaben verarbeitet und Ausgaben festlegt. | micro:bit |
| Eingang | Information, die in das System gelangt. | Lichtwert |
| Ausgang | Signal oder Wirkung, die das System erzeugt. | Warnsymbol auf der LED-Matrix |
| Programm | Geordnete Anweisungen, nach denen der Mikrocontroller arbeitet. | Lichtwert lesen, vergleichen, Anzeige schalten |
| Schwellwert | Vergleichsgrenze für eine Entscheidung. | Beispiel: unter 80 gilt als dunkel |
| Variable | Benannter Speicherplatz für einen Wert. Sie wird hier nur verwendet, wenn ein Messwert gespeichert oder angezeigt werden soll. | Variable „Lichtwert“ |
Merksatz: Ein technisches Mikrocontroller-System erfasst etwas, verarbeitet die Information nach einem Programm und erzeugt eine passende Ausgabe.
Was Du am Ende kannst
- Eingang – Verarbeitung – Ausgang: Du erklärst die technische Funktion eines einfachen Mikrocontroller-Systems.
- Blockprogrammierung: Du ordnest Programmblöcke sinnvoll und begründest ihre Reihenfolge.
- Sensor und Aktor: Du unterscheidest, welches Bauteil erfasst und welches eine Wirkung erzeugt.
- Simulation: Du testest ein Programm, veränderst Messwerte und findest Fehler.
- Technische Entscheidung: Du begründest einen Schwellwert und die Wahl eines geeigneten Ausgangs.
Bildungsplanbezug Baden-Württemberg
Der aiMOOC ist für Technik Klasse 9, M-Niveau in Baden-Württemberg ausgelegt. Besonders passend sind Kompetenzen des Bildungsplans 2016 für die Klassen 7/8/9: Sensoren erfassen physikalische Größen, Aktoren wie LED oder Motor erzeugen Wirkungen, Steuerungen mit Sensoren und Aktoren werden realisiert, Fehler werden erkannt und behoben, Simulationen werden genutzt und technische Funktionen mit Blockdiagrammen beschrieben.
Die 2026 überarbeitete Fassung des Bildungsplans Technik führt vergleichbare Schwerpunkte zu Sensoren, Aktoren, Simulation sowie Steuerungs- und Regelungsstrukturen fort. Sie wird jahrgangsweise eingeführt. Für eine Klasse 9 ist deshalb die schulische Zuordnung zum jeweils geltenden Bildungsplan durch die Lehrkraft zu beachten.
Prüfungsnah wichtig: Du musst nicht möglichst viele Befehle kennen. Wichtiger ist, dass Du die technische Funktion erklären, Programmblöcke sinnvoll ordnen, einen Fehler erkennen und eine Entscheidung fachlich begründen kannst.
Sicherheit zuerst
| Regel | Begründung |
|---|---|
| Praxis nur nach schulischer Unterweisung und unter Aufsicht. | Die Lehrkraft legt Aufbau, Material und Arbeitsweise fest. |
| Nur freigegebene Komponenten und sichere Kleinspannung verwenden. | Dadurch werden elektrische Gefährdungen vermindert. |
| Keine eigenständige Arbeit an Netzspannung. | Netzspannung gehört nicht in selbstständige Schülerexperimente. |
| Keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen. | Mechanische Gefährdungen erfordern Unterweisung, Aufsicht und gegebenenfalls Schutzausrüstung. |
| Erst simulieren, dann einen freigegebenen Realaufbau prüfen. | Simulation ermöglicht gefahrloses Testen und Fehlersuchen. |
Sicherheitsregel für diesen aiMOOC: Alle Aufgaben funktionieren als Simulation. Ein echter Aufbau ist nur eine von der Lehrkraft freigegebene Erweiterung.
Mikrocontroller als technisches System
Bildlegende: Rückseite eines micro:bit V2. Auf der Platine sitzen viele Bauteile, die zusammen ein programmierbares technisches System bilden.
Medienauftrag – Markieren: Zeige auf dem Bild gedanklich auf den Bereich der Anschlussflächen. Formuliere dann einen Satz: „Über Anschlüsse können ... in den Mikrocontroller gelangen oder ... ausgegeben werden.“
Ein Mikrocontroller arbeitet nicht „von selbst“. Er benötigt ein Programm. Das Programm legt fest, was mit einem Eingangssignal geschieht und welcher Ausgang reagieren soll.
| Systemteil | Frage | Beispiel |
|---|---|---|
| Eingang | Was wird erfasst? | Lichtstärke, Tastendruck, Pin-Signal |
| Verarbeitung | Welche Entscheidung trifft das Programm? | Ist der Lichtwert kleiner als der Schwellwert? |
| Ausgang | Was soll geschehen? | Warnsymbol anzeigen |
Selbstkontrolle: Wenn Du bei einem System Eingang, Verarbeitung und Ausgang benennen kannst, hast Du seine Grundfunktion bereits strukturiert.
Sensor und Aktor unterscheiden
Bildlegende: Ein LDR ist ein lichtabhängiger Widerstand. Er kann in einer geeigneten Schaltung zur Erfassung von Helligkeit eingesetzt werden.
Bildlegende: Eine LED erzeugt Licht. Sie ist damit ein typisches Beispiel für einen Aktor beziehungsweise eine Ausgabe.
Medienauftrag – Vergleichen: Der LDR erfasst, die LED wirkt. Ordne deshalb LDR und LED den Begriffen Sensor und Aktor zu. Begründe jeweils mit einem Verb.
| Begriff | Kurzdefinition | Passendes Verb |
|---|---|---|
| Sensor | Bauteil oder integrierte Funktion, die eine Größe erfasst. | messen, erfassen |
| Aktor | Bauteil oder integrierte Funktion, die eine technische Wirkung erzeugt. | leuchten, bewegen, schalten |
Sensoranimation untersuchen
Bildlegende: Animation eines Näherungssensors. Das Beispiel zeigt anschaulich: Ein Sensor reagiert auf eine Größe aus seiner Umgebung und liefert daraus ein Signal.
Medienauftrag – Beobachten: Beschreibe in drei kurzen Schritten: Was verändert sich in der Umgebung? Was erfasst der Sensor? Welche Information könnte anschließend ein Mikrocontroller verarbeiten?
Transfer: Ein Näherungssensor misst etwas anderes als ein Lichtsensor. Das EVA-Prinzip bleibt trotzdem gleich.
Blockprogrammierung verstehen
Bei der Blockprogrammierung werden Befehle als Bausteine zusammengesetzt. Form und Position der Blöcke helfen, die Programmstruktur zu erkennen.
Bildlegende: Beispiel einer visuellen MakeCode-Programmierung für den micro:bit.
Medienauftrag – Beobachten: Suche einen Block, der eine Ausgabe erzeugt. Erkläre, woran Du erkennst, dass der Mikrocontroller etwas anzeigen soll.
Bildlegende: Eine Blockprogrammierung lässt eine LED-Anzeige abwechselnd ein- und ausschalten.
Bildlegende: Animation der sichtbaren Wirkung: Die LED blinkt. Programm und technische Wirkung gehören zusammen.
Medienauftrag – Vergleichen: Vergleiche Blockbild und Animation. Welche Programmanweisung ist vermutlich für das Einschalten verantwortlich? Welche für das Ausschalten?
Videoauftrag – aktiv untersuchen: Beobachte nur die Abschnitte zur Blockoberfläche und zum Simulator. Notiere zwei Stellen, an denen eine Änderung im Programm sofort eine Änderung in der Simulation bewirkt. Halte das Video bei einem Block an und erkläre seine Funktion mit einem vollständigen Satz.
Reihenfolge ist Funktion
Ein Programm ist nicht nur eine Sammlung von Blöcken. Die Reihenfolge und die Bedingung bestimmen die technische Funktion.
| Blockkarte | Technische Bedeutung |
|---|---|
| dauerhaft wiederholen | Der Mikrocontroller prüft die Situation immer wieder. |
| Lichtstärke lesen | Der aktuelle Eingangswert wird erfasst. |
| wenn Lichtstärke kleiner als Schwellwert | Das Programm trifft eine Entscheidung. |
| Warnsymbol anzeigen | Bei Dunkelheit wird die Ausgabe aktiviert. |
| sonst Anzeige löschen | Bei ausreichender Helligkeit wird die Warnung beendet. |
Prüfungsstrategie: Frage bei jedem Block: Gehört er zum Eingang, zur Verarbeitung oder zum Ausgang?
Das sichere Mini-System: Dämmerungs-Warnlicht
Aufgabe des Systems: Bei geringer Helligkeit zeigt die LED-Matrix ein Warnsymbol. Bei ausreichender Helligkeit bleibt die Anzeige leer.
Sicherheitsentscheidung: Für den Grundversuch werden der integrierte Lichtsensor des micro:bit-Simulators und die integrierte LED-Matrix genutzt. Es ist keine Netzspannung und keine gefährliche Maschine nötig.
Funktionskette
| Eingang | Verarbeitung | Ausgang |
|---|---|---|
| Lichtwert des Sensors | Lichtwert mit Schwellwert vergleichen | Warnsymbol anzeigen oder Anzeige löschen |
Technische Funktion in einem Satz: Der Sensor liefert den Lichtwert, das Programm vergleicht ihn mit einer Grenze und die LED-Matrix zeigt bei Dunkelheit eine Warnung.
Lichtwerte im Simulator messen
In MakeCode kann der simulierte Lichtwert verändert werden. Der Lichtwert liegt beim micro:bit typischerweise zwischen 0 für sehr dunkel und 255 für sehr hell.
| Simulationssituation | Beispielwert | Beobachtung |
|---|---|---|
| sehr dunkel | 30 | Warnsymbol soll erscheinen |
| Übergangsbereich | 75 | Entscheidung hängt vom gewählten Schwellwert ab |
| hell | 190 | Anzeige soll leer bleiben |
Messauftrag: Öffne den MakeCode-Simulator. Verändere die simulierte Helligkeit mindestens dreimal. Notiere Deine drei Werte und die jeweilige Ausgabe.
Hilfe: Wenn sich die Ausgabe nicht ändert, prüfe zuerst die Bedingung und dann, ob die Anzeige im „sonst“-Zweig wieder gelöscht wird.
Einen Schwellwert begründen
Ein Schwellwert ist keine magische Zahl. Er ist eine begründete Vergleichsgrenze.
Beispiel: Schwellwert 80. Dann gilt im Programm:
| Bedingung | Bedeutung | Ausgabe |
|---|---|---|
| Lichtwert kleiner als 80 | dunkel | Warnsymbol |
| Lichtwert 80 oder größer | ausreichend hell | Anzeige leer |
Entscheidungsauftrag: Du misst im Simulator 42, 68, 93 und 170. Wähle einen Schwellwert, wenn die Warnung bei den beiden dunkleren Situationen erscheinen soll, aber bei den beiden helleren nicht. Begründe Deine Grenze mit den Messwerten.
Programmblöcke ordnen
Prüfungsnahe Aufgabe: Bringe die folgenden Blockkarten in eine sinnvolle Reihenfolge.
| Blockkarte | Deine Prüf-Frage |
|---|---|
| Warnsymbol anzeigen | Wann darf diese Ausgabe aktiv werden? |
| Lichtstärke lesen | Woher kommt der Eingangswert? |
| dauerhaft wiederholen | Muss das System nur einmal oder fortlaufend reagieren? |
| wenn Lichtstärke kleiner als Schwellwert | Wo wird entschieden? |
| sonst Anzeige löschen | Was passiert, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist? |
Variable nur wenn nötig
Du kannst den Lichtwert direkt vergleichen. Eine Variable ist erst dann hilfreich, wenn Du den Wert zwischenspeichern, mehrfach verwenden oder sichtbar ausgeben möchtest.
| Ohne Variable | Mit Variable |
|---|---|
| „wenn Lichtstärke kleiner als 80“ | „setze Lichtwert auf Lichtstärke“ und vergleiche danach „Lichtwert“ mit 80 |
| kürzer | leichter zu beobachten und zu erklären |
Merke: Verwende eine Variable nicht nur, weil sie möglich ist. Verwende sie, wenn sie die Funktion verständlicher oder die Fehlersuche einfacher macht.
Simulierte Pins verstehen
Ein Pin ist ein elektrischer Anschluss des Mikrocontrollers. Im MakeCode-Simulator können unterstützte Pin-Funktionen virtuell erprobt werden. Beim echten Aufbau dürfen nur freigegebene Komponenten unter Aufsicht angeschlossen werden.
| Pin-Beispiel | Rolle | Blockidee | Technische Aussage |
|---|---|---|---|
| P0 | Eingang | digitalen Pin lesen | Das Programm liest einen Zustand ein. |
| P1 | Ausgang | digitalen Pin schreiben | Das Programm gibt einen Zustand aus. |
Bei digitalen Pins werden häufig die Zustände 0 und 1 verwendet. Vereinfacht bedeutet das: zwei unterscheidbare logische Zustände. Die genaue elektrische Bedeutung hängt vom Aufbau ab und wird im Unterricht festgelegt.
Bildlegende: Beispiel einer simulierten LED-Schaltung. Eine Simulation macht Anschlüsse und Zustände sichtbar, ohne sofort einen realen Aufbau zu benötigen.
Medienauftrag – Fehler finden: Prüfe bei einer simulierten Pin-Aufgabe zuerst drei Punkte: Ist der richtige Pin gewählt? Wird er als Eingang oder Ausgang verwendet? Passt der ausgegebene Zustand zur gewünschten Wirkung?
Pin-Mini-Simulation
Auftrag: Entwirf im Simulator eine einfache Logik: Ein virtuelles Eingangssignal an P0 wird gelesen. Ist es aktiv, soll P1 auf den aktiven Ausgangszustand gesetzt werden. Ist es nicht aktiv, soll P1 zurückgesetzt werden.
Hilfe: Denke in der Reihenfolge lesen – entscheiden – schreiben.
Sensor- und Aktorwirkung vergleichen
Bildlegende: Ein Servomotor ist ein Aktor. Er kann eine mechanische Bewegung erzeugen.
Bildlegende: Eine LED ist ebenfalls ein Aktor. Ihre Wirkung ist Licht statt Bewegung.
Medienauftrag – technische Entscheidung: Vergleiche LED und Servomotor für ein Warnsystem. Nutze die Kriterien Sicherheit, Eindeutigkeit der Warnung, Aufwand und Energiebedarf.
| Kriterium | Integrierte LED-Matrix | Externer Servomotor |
|---|---|---|
| Sicherheitsaufwand | gering im Simulator und am Board | höher wegen mechanischer Bewegung und externer Verbindung |
| Warnwirkung | sichtbar | Bewegung sichtbar |
| Aufbau | kein zusätzlicher Aktor nötig | zusätzliche freigegebene Komponenten erforderlich |
| Entscheidung für das Mini-System | gut geeignet | nur als spätere betreute Erweiterung |
Begründung: Für das schulisch sichere Grundsystem ist die integrierte LED-Matrix sinnvoll, weil sie die geforderte Warnfunktion erfüllt und keine mechanische Bewegung oder zusätzliche Verdrahtung benötigt.
Praxisvideo zu Ein- und Ausgängen
Datei:Robotik- Schalten elektrischer Verbraucher und Sensorerfassung-1280x720.webm Bildlegende: Das Commons-Video zeigt Beispiele für Ein- und Ausgänge in der Robotik, darunter Sensorerfassung sowie das Schalten von Aktoren.
Medienauftrag – untersuchen: Wähle eine kurze Szene. Stoppe das Video. Benenne dort Eingang, Verarbeitung und Ausgang. Wenn ein Teil nicht sichtbar ist, erkläre, welcher Teil im Mikrocontroller „unsichtbar“ abläuft.
Fehler finden und begründen
Fehlersuche ist ein wichtiger Teil technischer Arbeit. Prüfe das System schrittweise statt zufällig Blöcke zu verändern.
| Fehlerbild | Mögliche Ursache | Prüfschritt |
|---|---|---|
| Warnung erscheint bei Helligkeit | Vergleichszeichen vertauscht | Bedingung lesen und mit der gewünschten Funktion vergleichen |
| Warnung bleibt immer sichtbar | „sonst“-Zweig fehlt oder löscht die Anzeige nicht | Ausgang bei heller Situation prüfen |
| System reagiert gar nicht | Eingang wird nicht gelesen oder Schleife fehlt | Eingangswert anzeigen und Wiederholung prüfen |
| Falscher Pin reagiert | Pin-Nummer verwechselt | Eingangs- und Ausgangspin mit dem Plan vergleichen |
| Warnung reagiert zu früh | Schwellwert zu hoch | Messwerte erheben und Grenzwert neu begründen |
Fehlersuch-Regel: Prüfe zuerst den Eingang, dann die Verarbeitung, dann den Ausgang.
Fehlerfall A: Vergleichszeichen vertauscht
Geplant ist: Bei Dunkelheit Warnsymbol anzeigen.
Fehlerhaft steht im Programm sinngemäß: wenn Lichtwert größer als 80, dann Warnsymbol anzeigen.
Auftrag – Fehler markieren: Markiere gedanklich das Wort „größer“. Ersetze es durch die passende Beziehung und erkläre die Wirkung der Korrektur.
Fehlerfall B: Warnung bleibt hängen
Im Programm gibt es nur den Dann-Zweig „Warnsymbol anzeigen“. Ein „sonst“-Zweig fehlt.
Auftrag – erklären: Warum kann die Anzeige nach dem Wechsel von dunkel zu hell sichtbar bleiben?
Prüfungsnah trainieren
Prüfungsaufgabe 1: Blöcke ordnen
Ordne die Funktionsschritte eines Dämmerungs-Warnlichts: Ausgabe zurücksetzen – Eingang lesen – Entscheidung treffen – Warnung ausgeben – fortlaufend wiederholen.
Hilfe: Beginne mit der Frage, ob das System nur einmal oder dauerhaft reagieren soll.
Prüfungsaufgabe 2: Technische Funktion erklären
Erkläre die Funktion in drei Sätzen. Satz 1 beschreibt den Eingang. Satz 2 beschreibt die Verarbeitung. Satz 3 beschreibt den Ausgang.
Prüfungsaufgabe 3: Entscheidung begründen
Du misst 25, 55, 120 und 210. Das System soll bei 25 und 55 warnen, bei 120 und 210 nicht. Wähle einen geeigneten Schwellwert und begründe ihn.
Prüfungsaufgabe 4: Aktor auswählen
Für eine reine optische Warnung stehen LED-Matrix und Servomotor zur Auswahl. Entscheide Dich für eine Lösung und begründe fachlich mit Funktion, Aufwand und Sicherheit.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Was ist ein Mikrocontroller? (Ein programmierbares elektronisches Steuersystem) (!Ein reiner mechanischer Schalter) (!Ein Bildschirm ohne Programm) (!Eine Netzspannungsquelle)
Was ist beim Dämmerungs-Warnlicht der Eingang? (Der gemessene Lichtwert) (!Das Warnsymbol) (!Die Programmschleife) (!Die Gehäusefarbe)
Was ist beim Dämmerungs-Warnlicht der Ausgang? (Die LED-Anzeige) (!Der Lichtwert) (!Der Schwellwert) (!Die Programmiersprache)
Welche Aufgabe hat das Programm? (Es verarbeitet Eingaben und legt Ausgaben fest) (!Es erzeugt Netzspannung) (!Es ersetzt jeden Sensor) (!Es verhindert jede Fehlbedienung automatisch)
Was macht ein Sensor? (Er erfasst eine physikalische Größe) (!Er bewegt immer einen Motor) (!Er speichert nur Bilder) (!Er ersetzt die Stromversorgung)
Was macht ein Aktor? (Er erzeugt eine technische Wirkung) (!Er misst immer die Helligkeit) (!Er schreibt automatisch ein Programm) (!Er bestimmt den Schwellwert ohne Programm)
Was bedeutet beim micro:bit-Lichtwert der Wert 0 ungefähr? (Sehr dunkel) (!Sehr hell) (!Motor läuft schnell) (!Pin ist defekt)
Was ist ein Schwellwert? (Eine Vergleichsgrenze für eine Entscheidung) (!Ein zusätzlicher Mikrocontroller) (!Eine Art Schraube) (!Ein Netzspannungswert)
Welcher Schritt folgt sinnvoll auf das Erfassen des Lichtwerts? (Den Lichtwert mit dem Schwellwert vergleichen) (!Die Sicherheitseinweisung überspringen) (!Die Netzspannung einschalten) (!Den Sensor aus dem Programm entfernen)
Welche Aussage beschreibt die technische Funktion richtig? (Der Sensor erfasst das Programm entscheidet und die Anzeige reagiert) (!Die Anzeige misst und der Sensor leuchtet) (!Der Schwellwert ist der Ausgang und die LED der Eingang) (!Der Mikrocontroller arbeitet ohne Programm)
Memory
| Mikrocontroller | verarbeitet Signale nach einem Programm |
| Sensor | erfasst eine physikalische Größe |
| Aktor | setzt ein Ausgangssignal in eine Wirkung um |
| Eingang | führt eine Information in das System |
| Ausgang | gibt ein Signal oder eine Wirkung aus dem System |
| Schwellwert | bildet eine Vergleichsgrenze |
| Simulation | erprobt ein System virtuell |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Sensorwert lesen | Eingang erfassen |
| Schwellwert vergleichen | Verarbeitung prüfen |
| Bedingung erfüllt | Dann-Zweig wählen |
| Warnsymbol anzeigen | Ausgang aktivieren |
| Anzeige löschen | Ausgang zurücksetzen |
Selbstkontrolle: Lies die rechte Spalte von oben nach unten. Daraus sollte eine technisch sinnvolle Funktionskette entstehen.
Kreuzworträtsel
| Mikrocontroller | Welches programmierbare elektronische System verarbeitet Eingänge und steuert Ausgänge? |
| Sensor | Welches Bauteil erfasst eine physikalische Größe? |
| Aktor | Welches Bauteil erzeugt eine technische Wirkung? |
| Programm | Wie heißt die geordnete Folge von Anweisungen für den Mikrocontroller? |
| Eingang | Wie heißt die Seite des Systems an der Informationen hineingelangen? |
| Ausgang | Wie heißt die Seite des Systems an der eine Wirkung ausgegeben wird? |
LearningApps
Lückentext
Wiederholung und Selbstkontrolle
| Ich kann ... | Selbstcheck | Wenn noch unsicher ... |
|---|---|---|
| Eingang, Verarbeitung und Ausgang nennen. | ja / teilweise / noch nicht | Gehe zur Funktionskette zurück. |
| Sensor und Aktor unterscheiden. | ja / teilweise / noch nicht | Vergleiche LDR, LED und Servo erneut. |
| Programmblöcke sinnvoll ordnen. | ja / teilweise / noch nicht | Nutze die Prüf-Fragen zu jedem Block. |
| einen Schwellwert mit Messwerten begründen. | ja / teilweise / noch nicht | Suche eine Grenze zwischen den Gruppen „warnen“ und „nicht warnen“. |
| einen Fehler nach EVA suchen. | ja / teilweise / noch nicht | Prüfe Eingang, Verarbeitung und Ausgang nacheinander. |
Wiederholungsroutine: Erkläre das Dämmerungs-Warnlicht zuerst in 30 Sekunden. Zeichne danach die EVA-Kette. Ordne zum Schluss die fünf Programmblöcke. Wenn alle drei Darstellungen dieselbe Funktion beschreiben, hast Du die Struktur verstanden.
Offene Aufgaben
Leicht
- Mikrocontroller erkunden: Markiere auf einer ausgedruckten oder digitalen micro:bit-Abbildung zwei mögliche Eingänge und zwei mögliche Ausgänge. Schreibe zu jeder Markierung ein Verb wie „erfasst“ oder „zeigt“.
- Sensor und Aktor vergleichen: Vergleiche die Bilder von LDR und LED. Formuliere je einen Satz zur technischen Funktion und ordne beide dem EVA-Prinzip zu.
- Lichtwerte messen: Verändere im Simulator die Helligkeit in mindestens drei Stufen. Notiere Wert und Reaktion der Anzeige. Reale Messungen nur nach Unterweisung und mit freigegebenen Komponenten.
- Programmblöcke ordnen: Schreibe die fünf Funktionsblöcke des Dämmerungs-Warnlichts auf Karten und ordne sie. Begründe jede Position mit einem kurzen Satz.
Standard
- Schwellwert bestimmen: Erzeuge im Simulator mehrere helle und dunkle Situationen. Wähle daraus einen Schwellwert und begründe ihn anhand Deiner Messwerte.
- Programmfehler analysieren: Verändere in einer Kopie des Programms absichtlich das Vergleichszeichen. Beobachte die Wirkung und dokumentiere Fehlerbild, Ursache und Korrektur.
- EVA-Blockdiagramm erstellen: Zeichne ein Blockdiagramm mit Eingang, Verarbeitung und Ausgang für das Dämmerungs-Warnlicht. Ergänze an jedem Pfeil, welche Information weitergegeben wird.
- Aktor auswählen: Vergleiche LED-Matrix und Servomotor als Warn-Ausgabe. Entscheide für eine konkrete schulische Aufgabe und begründe mit Funktion, Aufwand und Sicherheit. Ein realer Servo darf nur in einem freigegebenen Aufbau unter Aufsicht verwendet werden.
Schwer
- Steuerung übertragen: Übertrage die Programmidee auf ein Temperatur-Warnsystem in einer geeigneten Simulation. Formuliere Eingang, Schwellwertentscheidung und Ausgang, ohne einen gefährlichen Realaufbau zu verwenden.
- Pin-Logik simulieren: Plane eine virtuelle Steuerung mit P0 als Eingang und P1 als Ausgang. Beschreibe die Zustände und begründe, warum ein Rücksetz-Zweig nötig ist. Ein echter Anschluss erfolgt nur nach Freigabe der Lehrkraft.
- Fehlerdiagnose entwickeln: Erzeuge drei unterschiedliche Programmfehler. Tausche Deine Fehlerbeschreibungen mit einer Partnerperson und lasse jeweils Eingang, Verarbeitung oder Ausgang als Fehlerort bestimmen.
- Erklärvideo gestalten: Erstelle einen kurzen Screencast des Simulators. Zeige eine Messwertänderung, die Programmentscheidung und die Ausgabe. Nutze keine personenbezogenen Daten und beginne mit einem Sicherheitshinweis für reale Aufbauten.
|
|
Lernkontrolle
- Funktionsanalyse: In einem Modell soll eine Warnanzeige bei Dunkelheit einschalten. Erstelle eine EVA-Kette und erkläre, welche Information zwischen den drei Stufen weitergegeben wird.
- Blockfolge begründen: Ordne „Ausgang zurücksetzen“, „Sensorwert lesen“, „Bedingung prüfen“, „Warnung anzeigen“ und „fortlaufend wiederholen“. Begründe zwei Positionen mit der technischen Funktion.
- Messdaten auswerten: Gegeben sind die Lichtwerte 35, 62, 108 und 180. Die ersten beiden sollen warnen, die letzten beiden nicht. Gib einen möglichen Schwellwertbereich an und begründe ihn.
- Fehler übertragen: Ein System warnt bei Helligkeit statt bei Dunkelheit. Nenne zwei mögliche Fehlerursachen und beschreibe einen systematischen Prüfschritt für jede Ursache.
- Technische Entscheidung begründen: Vergleiche LED-Matrix und Motor als Ausgabe für eine reine Warnfunktion. Begründe die technisch passendere Wahl mit mindestens drei Kriterien, ohne eine gefährliche Maschine einzusetzen.
- Transferaufgabe: Entwirf auf Papier oder im Simulator eine einfache Steuerung für eine andere Messgröße. Beschreibe Eingang, Verarbeitung, Ausgang, Schwellwert und einen möglichen Fehlerfall.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig:
- EVA-Prinzip: Du kannst Eingang, Verarbeitung und Ausgang eines Mikrocontroller-Systems sicher zuordnen und erklären.
- Programmstruktur: Du kannst Programmblöcke funktional ordnen und ihre Reihenfolge begründen.
- Sensor und Aktor: Du kannst beide Rollen unterscheiden und passende Beispiele nennen.
- Schwellwert: Du kannst aus Messwerten eine sinnvolle Vergleichsgrenze ableiten und begründen.
- Fehlersuche: Du kannst einen Fehler systematisch in Eingang, Verarbeitung oder Ausgang suchen.
- Sicheres Arbeiten: Du kennst die Grenzen selbstständiger Praxis und beschreibst Unterweisung, Aufsicht, freigegebene Komponenten und sichere Kleinspannung als Voraussetzungen.
- Technische Begründung: Du kannst eine Entscheidung zu Sensor, Aktor oder Programmlogik mit Funktion, Aufwand und Sicherheit begründen.
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