User manual

Minecraft
TM
ist eines der beliebtesten Computerspiele weltweit – und das,
obwohl es kein wirkliches Spielziel hat. Gerade die offene Spielwelt, in der
jeder für sich Landschaften bauen und eigene Träume verwirklichen kann,
fasziniert über 100 Millionen Spieler weltweit. Der Spieltitel setzt sich üb-
rigens aus den beiden englischen Begriffen Mine (= Bergbau, Rohstoffab-
bau) und craft (= verarbeiten) zusammen. Und genau darum geht es auch
in Minecraft
TM
: Es gilt, Rohstoffe aus der Landschaft abzubauen und sie zu
neuen Landschaften oder Objekten zu verarbeiten.
Neben den bekannten Versionen für PC und verschiedene Spielkonsolen
gibt es Minecraft
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auch auf dem Raspberry Pi – und sogar kostenlos vor-
installiert. Die Raspberry-Pi-Version bietet einen großen Vorteil, sie ist über
eine eigens entwickelte Schnittstelle in der Programmiersprache Python
programmierbar. Python ist ebenfalls auf dem Raspberry Pi vorinstalliert
und ermöglicht unter anderem die Ansteuerung externer Hardware. So ist
es auf dem Raspberry Pi möglich, mit Minecraft
TM
LEDs zum Blinken zu brin-
gen oder mit Hardwaretasten und Sensorkontakten die Spielfigur „Steve“ in
Minecraft
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zu steuern.
Dieser Adventskalender enthält jeden Tag ein kleines Hardwareexperiment
für den Raspberry Pi, dazu das passende Python-Programm und Elemen-
te in der Minecraft
TM
-Welt. Alle Experimente funktionieren mit dem Rasp-
berry Pi 2 oder 3 und der aktuellen Version des Betriebssystems Raspbian.
Die wichtigsten Bauteile kurz
erklärt
Steckbrett
Für den schnellen Aufbau elektronischer Schaltungen, ohne löten zu müs-
sen, enthält der Adventskalender ein Steckbrett. Hier können elektronische
Bauteile direkt in ein Lochraster gesteckt werden.
Die Verbindungen auf dem Steckbrett.
Bei diesem Steckbrett sind alle äußeren Längsreihen über Kontakte (X und
Y) miteinander verbunden. Diese Kontaktreihen werden oft als Plus- und
Minuspol zur Stromversorgung der Schaltungen genutzt. In den anderen
Kontaktreihen sind jeweils fünf Kontakte (A bis E und F bis J) quer miteinan-
der verbunden, wobei in der Mitte der Platine eine Lücke ist. So können hier
größere Bauelemente eingesteckt und nach außen hin verdrahtet werden.
LED
LEDs werden in Schaltungen mit einem pfeilförmigen Dreieckssymbol dar-
gestellt, das die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol oder zur Masselei-
tung angibt. Eine LED lässt in der Durchflussrichtung nahezu beliebig viel
Strom durch, sie hat nur einen sehr geringen Widerstand. Um den Durch-
flussstrom zu begrenzen und damit ein Durchbrennen der LED zu verhin-
dern, wird üblicherweise zwischen dem verwendeten GPIO-Pin und der
Anode der LED oder zwischen Kathode und Massepin ein 220-Ohm-Vorwi-
derstand eingebaut. Dieser Vorwiderstand schützt auch den GPIO-Ausgang
des Raspberry Pi vor zu hohen Stromstärken. Die LEDs im Adventskalender
haben den Vorwiderstand bereits eingebaut und können daher direkt an die
GPIO-Pins angeschlossen werden.
Schaltplan einer LED mit Vorwiderstand.
LED in welcher Richtung anschließen?
Die beiden Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der längere
ist der Pluspol, die Anode, der kürzere die Kathode. Einfach zu merken: Das
Pluszeichen hat einen Strich mehr als das Minuszeichen und macht damit
den Draht optisch etwas länger. Außerdem sind die meisten LEDs auf der
Minusseite abgeflacht, vergleichbar mit einem Minuszeichen. Auch leicht zu
merken: Kathode = kurz = Kante.
Widerstand
Widerstände werden zur Strombegrenzung an empfindlichen elektroni-
schen Bauteilen sowie als Vorwiderstände für LEDs verwendet. Die Maß-
einheit für Widerstände ist Ohm. 1.000 Ohm entsprechen einem Kiloohm,
abgekürzt kOhm. 1.000 kOhm entsprechen einem Megaohm, abgekürzt
MOhm. Oft wird für die Einheit Ohm auch das Omega-Zeichen Ω verwendet.
Die farbigen Ringe auf den Widerständen geben den Widerstandswert an.
Mit etwas Übung sind sie deutlich leichter zu erkennen als winzig kleine
Zahlen, die man nur noch auf ganz alten Widerständen findet.
Die meisten Widerstände haben vier solcher Farbringe. Die ersten beiden
Farbringe stehen für die Ziffern, der dritte bezeichnet einen Multiplikator
und der vierte die Toleranz. Dieser Toleranzring ist meistens gold- oder sil-
berfarben – Farben, die auf den ersten Ringen nicht vorkommen. Dadurch
ist die Leserichtung immer eindeutig. Der Toleranzwert selbst spielt in der
Digitalelektronik kaum eine Rolle. Die Tabelle zeigt die Bedeutung der farbi-
gen Ringe auf Widerständen.
Farbe Widerstandswert in Ohm
1. Ring
(Zehner)
2. Ring
(Einer)
3. Ring
(Multiplikator)
4. Ring
(Toleranz)
Silber 10
−2
= 0,01 ±10 %
Gold 10
−1
= 0,1 ±5 %
Schwarz 0 10
0
= 1
Braun 1 1 10
1
= 10 ±1 %
Rot 2 2 10
2
= 100 ±2 %
Orange 3 3 10
3
= 1.000
Gelb 4 4 10
4
= 10.000
Grün 5 5 10
5
= 100.000 ±0,5 %
Blau 6 6 10
6
= 1.000.000 ±0,25 %
Violett 7 7 10
7
= 10.000.000 ±0,1 %
Grau 8 8 10
8
= 100.000.000 ±0,05 %
Weiß 9 9 10
9
= 1.000.000.000
In welcher Richtung ein Widerstand eingebaut wird, ist egal. Bei LEDs dage-
gen spielt die Einbaurichtung eine wichtige Rolle.
GPIO-Verbindungskabel
Alle farbigen Verbindungskabel haben auf der einen Seite einen dünnen
Drahtstecker, mit dem sie sich auf die Steckplatine stecken lassen. Auf der
anderen Seite befindet sich eine Steckbuchse, die auf einen GPIO-Pin des
Raspberry Pi passt.
Pinbelegung der GPIO-Pins.
Sicherheitsmaßnahmen
Auf keinen Fall sollte man irgendwelche GPIO-Pins miteinander verbinden
und abwarten, was passiert.
Nicht alle GPIO-Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die
Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet.
Einige GPIO-Pins sind direkt mit Anschlüssen des Prozessors verbunden, ein
Kurzschluss kann den Raspberry Pi komplett zerstören. Verbindet man über
einen Schalter oder eine LED zwei Pins miteinander, muss immer ein Schutz-
widerstand dazwischengeschaltet werden. Eine Ausnahme bilden die LEDs
mit eingebautem Vorwiderstand.
Für Logiksignale sollte immer Pin 1 verwendet werden, der +3,3 V liefert und
bis 50 mA belastet werden kann. Pin 6 ist die Masseleitung für Logiksignale.
Pin 2 und Pin 4 liefern +5 V zur Stromversorgung externer Hardware. Hier
kann so viel Strom entnommen werden, wie das USB-Netzteil des Rasp-
berry Pi liefert. Diese Pins dürfen aber nicht mit einem GPIO-Eingang ver-
bunden werden.
Adventskalender 2017 für
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