ADVENTSKALENDER ADVENTSKALENDER FÜR FÜR MICRO:BIT MICRO:BIT ER MICRO:BIT ERFÜR FÜR MICRO:BIT ADVENT ADVENT CALENDAR CALENDAR FOR FOR MICRO:BIT MICRO:BIT R FOR AR FORMICRO:BIT MICRO:BIT 24 Experimente, die Spaß machen 24 thrilling experiments
Alle Versuche im Überblick micro:bit-Adventskalender 2019 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. Tag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Heute im Adventskalender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Den micro:bit vorbereiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
micro:bit-Adventskalender 2019 Der micro:bit ist eine Experimentierplatine, die sich sehr einfach programmieren lässt. Sie wurde ursprünglich für den Schulunterricht entwickelt, lässt sich aber auch für viele andere Experimente und Spiele einsetzen. Natürlich ist der micro:bit nicht die erste programmierbare Platine. Bis vor einigen Jahren war die Programmierung von Microcontrollern und Einplatinencomputern nur etwas für Ingenieure.
1. Tag 1. Tag Heute im Adventskalender • Krokodilklemmenkabel Krokodilklemmenkabel Mit diesen Kabeln können Sie Münzen, Löffel oder andere Gegenstände aus Metall als Sensorkontakte benutzen. Klemmen Sie dazu die eine Krokodilklemme an den Gegenstand, die andere an eine der fünf Kontaktflächen mit den Löchern auf dem micro:bit. Achten Sie dabei darauf, keinen Kurzschluss mit einem der benachbarten schmalen Kontakte zu verursachen.
Links oben ist ein micro:bit abgebildet, der das Programm abspielt. Dieser Simulator zeigt jederzeit auch Änderungen im Programm sofort, ohne dass Sie das Programm auf den "echten" micro:bit übertragen müssen. Das Quadrat-Symbol hält den Simulator an, das Dreieck startet ihn danach wieder. Im Makecode-Editor sind die verfügbaren Programmblöcke nach Gruppen geordnet. Ziehen Sie einen Block aus der Blockpalette in den Arbeitsbereich, erscheint er zunächst grau.
Sollte das Programm bei einfacher Berührung des Sensors nicht reagieren, berühren Sie gleichzeitig den GND-Kontakt ganz rechts auf dem micro:bit. Programm auf den micro:bit übertragen Um das Programm nicht nur auf dem Simulator, sondern wirklich auf dem micro:bit abzuspielen, geben Sie ihm in dem Feld ganz unten einen Namen und klicken dann auf den großen Button Herunterladen. Speichern Sie die heruntergeladene Datei direkt auf dem Laufwerk MICROBIT.
2. Tag Heute im Adventskalender • Krokodilklemmenkabel Frohe Weihnachten Benötigte Teile: 1x micro:bit, 2x Krokodilklemmenkabel Klemmen Sie ein Krokodilklemmenkabel am Kontakt 0 des micro:bit und das zweite am GNDKontakt an. Klemmen Sie an die anderen Enden Münzen, Metalllöffel oder andere leitfähige Gegenstände. Durch die beiden Sensorkontakte ist auch bei schwacher Erdung eine Reaktion des Programms sichergestellt, wenn man beide Sensoren gleichzeitig berührt. Das Programm Das Programm microbit-02.
3. Tag 3. Tag Heute im Adventskalender • 2x Drahtelektroden Zahlenwürfel mit Bananen oder Äpfeln Benötigte Teile: 1x micro:bit, 2x Krokodilklemmenkabel, 2x Drahtelektrode Mit den Drahtelektroden können Sie Bananen, Äpfel oder ähnliche Gegenstände als Sensorkontakte nutzen. Stecken Sie eine Elektrode in eine Frucht und klemmen Sie ein Krokodilklemmenkabel daran an. Das Programm Für viele Spiele braucht man einen Würfel, aber oft ist gerade keiner griffbereit. Das Programm microbit-03.
4. Tag Heute im Adventskalender • Knete Aus Knete lassen sich gute Sensorkontakte bauen, da sie den Strom etwa genauso gut leitet wie die menschliche Haut. Ein Stück Knete bietet aber eine größere Kontaktfläche mit der Hand als ein einfacher Draht. Dadurch kommt es beim Anfassen nicht so leicht zu einem Wackelkontakt. Stecken Sie je eine Krokodilklemme jedes der beiden Kabel in ein Stück Knete und klemmen Sie die anderen Enden an den Pins 0 und GND auf dem micro:bit an.
Im Programm folgen sechs verschiedene wenn ... dann ...-Abfragen aus der Gruppe Logik. Die Blöcke innerhalb der Klammer dieser Abfrage werden immer dann ausgeführt, wenn die Bedingung in der Abfrage wahr ist. Alle diese Abfragen verwenden den Block ... = ... aus der Gruppe Logik, um zu prüfen, ob der Wert der Variable wuerfel einer der sechs möglichen Zahlen entspricht. Ist das der Fall, wird das entsprechende Würfelmuster auf der LED-Matrix angezeigt.
5. Tag Heute im Adventskalender • Schaltdraht Heute ist Schaltdraht im Adventskalender enthalten. Damit bauen Sie später verschiedene Drahtverbindungen zwischen Bauteilen. Geschicklichkeitsspiel Biegen Sie aus dem Schaltdraht verschieden geformte Drahtringe. Entfernen Sie dazu vorher mit einem scharfen Messer die Isolierung. Klemmen Sie dann je eine Drahtelektrode in die beiden Krokodilklemmenkabel.
6. Tag 6. Tag Heute im Adventskalender • LED rot mit Vorwiderstand LEDs Schaltplan einer LED mit Vorwiderstand. LEDs (zu Deutsch: Leuchtdioden) leuchten, wenn Strom in Durchflussrichtung durch sie hindurch fließt. LEDs werden in Schaltungen mit einem pfeilförmigen Dreieckssymbol dargestellt, das die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol oder zur Masseleitung angibt. Eine LED lässt in Durchflussrichtung nahezu beliebig viel Strom durch, da sie nur einen sehr geringen Widerstand hat.
7. Tag Heute im Adventskalender 7. Tag • Steckbrett (SYB 46) Steckbrett Für den schnellen Aufbau elektronischer Schaltungen, ohne löten zu müssen, ist ein Steckbrett im Adventskalender. Dort können elektronische Bauteile direkt in ein Lochraster eingesteckt werden. Bei diesem Steckbrett sind die äußeren Längsreihen mit Kontakten (X und Y) alle miteinander verbunden. Diese Kontaktreihen werden oft als Plus- und Minuspol zur Stromversorgung der Schaltungen genutzt.
8. Tag 8. Tag Heute im Adventskalender • Krokodilklemmenkabel LED blinkt auf Berührung Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 3x Krokodilklemmenkabel, 1x LED rot, 2x Drahtbrücke blank, 1x Schaltdraht, 2x Knete Der Knetesensor für den Massekontakt ist mit einem längeren Stück Schaltdraht an der Masseleiste des Steckbretts angeschlossen. Bei diesem Draht brauchen Sie an beiden Enden nur je etwa 1 cm der Isolierung zu entfernen. Das Programm Das Programm microbit-08.
9. Tag Heute im Adventskalender 9. Tag • LED grün mit Vorwiderstand LEDs mit einer Taste abwechselnd umschalten Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 3x Krokodilklemmenkabel, 1x LED rot, 1x LED grün, 3x Drahtbrücke blank Das Programm Das Programm microbit-09.hex schaltet beim Druck auf die Taste A eine der beiden LEDs ein und die andere aus, beim nächsten umgekehrt.
10. Tag 10. Tag Heute im Adventskalender • Krokodilklemmenkabel Mobiles Erdungsmessgerät Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 4x Krokodilklemmenkabel, 1x LED rot, 1x LED grün, 3x Drahtbrücke blank, 1x Schaltdraht, 2x Knete Die Verbindung zur Erde ist nicht immer gleich gut. Wie hoch der Widerstand zwischen der Hand, die den Sensorkontakt berührt, und der Erde ist, hängt von vielen Dingen ab, vor allem, was für Schuhe man trägt und auf welchem Fußboden man steht.
11. Tag Heute im Adventskalender • LED gelb mit Vorwiderstand Ampel mit Fußgängerampel mit Taster schalten Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 4x Krokodilklemmenkabel, 1x LED rot, 1x LED gelb, 1x LED grün, 4x Drahtbrücke blank Drei LEDs stellen eine einfache Ampelschaltung mit Fußgängerampel auf der LED-Matrix des micro:bit dar. Während der Rotphase der Verkehrsampel ändert sich das Fußgängersymbol auf der LED-Matrix.
12. Tag 12. Tag Heute im Adventskalender • Taster Taster Zusätzlich zu den auf dem micro:bit fest verbauten Tastern können an den Pins P0, P1 und P2 externe Taster angeschlossen werden. Der Taster heute im Adventskalender wird direkt auf das Steckbrett gesteckt. Der Taster hat vier Anschlusspins, wobei je zwei gegenüberliegende (großer Abstand) miteinander verbunden sind. Solange die Taste gedrückt ist, sind alle vier Anschlüsse miteinander verbunden.
13. Tag Heute im Adventskalender • 15-kOhm-Potentiometer Potentiometer Das Potentiometer aus dem Adventskalender von heute ist ein einstellbarer Widerstand, der Werte zwischen 0 Ohm und 15 kOhm annehmen kann, indem man den Knopf dreht. Analoge Pegelanzeige auf der LED-Matrix Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 3x Krokodilklemmenkabel, 1x Potentiometer, 3x Drahtbrücke blank Die drei Pins P0, P1 und P2 können anstatt digitaler Eingangswerte auch analoge Werte lesen.
14. Tag 14. Tag Heute im Adventskalender • Widerstand 10 kOhm (braun – schwarz – orange) Widerstände und ihre Farbcodes Widerstände werden unter anderem zur Strombegrenzung an empfindlichen elektronischen Bauteilen sowie als Vorwiderstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit 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.
Das Programm Das Programm microbit-14.hex zeigt den analogen Eingangswert am Pin P0 als Balkengrafik auf der LED-Matrix an. Das Programm entspricht dem Programm von gestern. Drücken sie auf den Taster, wechselt der angezeigte Wert von 0 auf Vollausschlag, was etwa 1023 entspricht. Ziehen Sie einmal den Widerstand heraus, erreicht die Balkengrafik bei nicht gedrücktem Taster nicht mehr den Wert 0.
15. Tag 15. Tag Heute im Adventskalender • Krokodilklemmenkabel Wechselblinklicht mit einstellbarer Geschwindigkeit Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 5x Krokodilklemmenkabel, 1x Potentiometer, 1x LED rot, 1x LED gelb, 6x Drahtbrücke blank Das Programm Das Programm microbit-14.hex lässt zwei LEDs abwechselnd blinken. Die Blinkgeschwindigkeit lässt sich mit dem Potentiometer einstellen.
16. Tag Heute im Adventskalender • LED blau mit Vorwiderstand Bunte Blinkmuster mit vier LEDs Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 3x Krokodilklemmenkabel, 1x Potentiometer, 1x LED rot, 1x LED gelb, 1x LED grün, 1x LED blau, 3x Drahtbrücke blank An den drei Anschlusspins P0, P1 und P2 lassen sich theoretisch nur drei LEDs anschließen, die unterschiedlich blinken. Schaltet man die Anschlüsse jedoch wechselweise als +3 V und 0 V ergeben sich mehrere mögliche Kombinationen.
17. Tag 17. Tag Heute im Adventskalender • Knete blau Reaktionsspiel Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 4x Krokodilklemmenkabel, 4x Knete Das Programm Das Programm microbit-17.hex ist ein Spiel, in dem zwei Spieler möglichst schnell reagieren müssen. Wer zuerst seinen Sensorkontakt berührt, wenn das Herz aufleuchtet, bekommt einen Punkt. Wer fünf Punkte hat, gewinnt das Spiel. Jeder Spieler hat einen Knetekontakt für den Sensor.
Nachdem die Symbole geblinkt haben, beginnt der Zeitpunkt, an dem man durch Berühren des eigenen Sensorkontaktes Punkte machen kann. Dazu wird die Variable Spiel auf wahr gesetzt und das Herz-Symbol angezeigt. Nach einer Wartezeit von einer Sekunde wird die Variable Spiel wieder auf falsch gesetzt. Hat während dieser Zeit keiner der beiden Spieler seinen Sensorkontakt berührt, gibt es in dieser Runde keinen Punkt und die nächste Runde startet.
18. Tag 18. Tag Heute im Adventskalender • 15-kOhm-Potentiometer Spieleprogrammierung mit Sprites Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 4x Krokodilklemmenkabel, 2x Potentiometer, 6x Drahtbrücke blank Die in der Abbildung obere Kontaktleiste des Steckbretts verbindet die beiden Potentiometer mit +3 V, die untere Kontaktleiste mit GND. Das Programm Das Programm microbit-18.
So funktioniert das Programm In jedem Durchlauf der Endlosschleife werden zuerst zwei zufällige Koordinaten x und y generiert und dort das Sprite Ziel erzeugt, das der Spieler einfangen muss. Dazu wird ein Block erzeuge Sprite an Position x ... y ... aus der Gruppe Spiel verwendet. Diese Gruppe ist erst nach einem Klick auf Fortgeschritten in der Liste der Blockgruppen zu finden. Ein Sprite wird in einer Variablen gespeichert und kann darüber später bewegt werden.
19. Tag 19. Tag Heute im Adventskalender • 2x Drahtelektroden Wasserstandssensor Aus Drahtelektroden bauen wir in diesem Experiment einen Sensor, der die Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Glas anzeigt. Die Elektroden werden an einer Brücke über dem Glas aufgehängt. Falten Sie diese Brücke aus der Ausschneidevorlage auf der Rückseite des Adventskalenders. Klemmen Sie drei Drahtelektroden mit den Krokodilklemmenkabeln so an, dass sie unterschiedlich tief in das Glas reichen.
So funktioniert das Programm In der dauerhaft-Schleife wird am Anfang jedes Durchlaufs die Variable Wasser auf 0 gesetzt, um sie dann über die unterschiedlich tief in das Glas reichenden Elektroden neu zu setzen. Nacheinander werden die drei Elektroden an den Pins P0, P1 und P2 abgefragt. Ist die Elektrode am Pin P0 im Wasser, ist sie mit Masse verbunden. Der Pin wird als gedrückt erkannt. In diesem Moment muss das Glas zu mindestens einem Drittel mit Wasser gefüllt sein.
20. Tag 20. Tag Heute im Adventskalender • Fototransistor Fototransistor Ein Fototransistor ist ein lichtempfindliches Bauelement, das auf den ersten Blick wie eine transparente LED aussieht. Je nach Stärke des Lichteinfalls lassen sich mit der abgebildeten Schaltung unterschiedliche Werte an einem analogen Eingang erzielen. Je heller das Licht auf den Fototransistor fällt, desto geringer wird der Wert am analogen Eingang.
So funktioniert das erste Programm Der eingebaute Helligkeitssensor liefert je nach Helligkeit einen analogen Wert, der umso höher ist, je mehr Licht darauf fällt. Liegt dieser Wert unter 100, soll die LED am Pin P0 leuchten. Ist das Umgebungslicht heller, wird sie ausgeschaltet. Der aktuelle Wert des Helligkeitssensors kann jederzeit über den Block Lichtstärke aus der Gruppe Eingabe ausgelesen werden. Das zweite Programm Das Programm microbit-20-02.
21. Tag 21. Tag Heute im Adventskalender • 15-kOhm-Potentiometer Lauflicht auf der LED-Matrix Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 5x Krokodilklemmenkabel, 3x Potentiometer, 9x Drahtbrücke (5 davon blank) Das Programm Das Programm microbit-21.hex erzeugt je nach Einstellung der Potentiometer verschiedene Lauflichteffekte auf der LED-Matrix. So funktioniert das Programm Am Anfang jedes Durchlaufs der dauerhaft-Schleife werden die analogen Werte der drei Potentiometer ausgelesen.
Der Wert des dritten Potentiometers gibt die Geschwindigkeit des Lauflichts an. Dieser Wert wird durch 4 geteilt. Damit ergeben sich zwischen den einzelnen Schaltvorgängen Wartezeiten zwischen 0 und 255 Millisekunden. Dieser Wert wird in der Variablen z gespeichert. Anschließend laufen vier Schleifen, die nacheinander die obere, die rechte, die untere und die linke Seite des Rechtecks auf der LED-Matrix darstellen. Jede Schleife enthält eine wenn ... dann ...
22. Tag 22. Tag Heute im Adventskalender • LED orange mit Vorwiderstand Zahlen raten Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 5x Krokodilklemmenkabel, 1x Potentiometer, 1x LED blau, 1x LED orange, 6x Drahtbrücke blank Das Programm Das Programm microbit-22.hex ist ein einfaches Ratespiel. Dabei soll eine zufällig erzeugte Zahl vom Spieler in möglichst wenigen Schritten erraten werden.
• Zahl speichert die Zahl, die der Spieler einstellt und rät • Zähler speichert die Anzahl der Rateversuche Beim Start des Programms wird eine geheime Zahl zwischen 0 und 25 zufällig ausgewählt und in der Variable Geheim gespeichert. Der Zähler wird auf 0 und die Variable Ende auf falsch gesetzt. Solange die Variable Ende noch nicht wahr ist, wird der Wert des Potentiometers abgefragt, um einen Tipp einzustellen. Der Block verteile ...
23. Tag 23. Tag Heute im Adventskalender LED lila mit Vorwiderstand Space Invaders Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 3x Krokodilklemmenkabel, 1x LED lila, 1x LED orange, 3x Drahtbrücke blank Das Programm Das Programm microbit-23.hex ist eine einfache Variante des Computerspieleklassikers Space Invaders auf der LED-Matrix des micro:bit. Die Spielregeln: • Von oben fallen an zufälligen Positionen zwei LEDs breite feindliche Schiffe herunter.
Das eigentliche Spiel läuft in einer Endlosschleife. Nachdem der x-Wert für den Start des Invaders festgelegt wurde, startet eine Schleife, die den Invader in insgesamt fünf Schritten bis in die unterste Zeile der LED-Matrix bringen soll. Die Variable Invader bezeichnet die Position des Invaders in x-Richtung. Da das Invaderschiff zwei LEDs breit ist, kann die Position seiner linken LED nur auf den ersten vier LEDs einer Zeile sein.
24. Tag Heute im Adventskalender • Blink-LED mit Vorwiderstand Als Überraschung zu Weihnachten ist heute eine LED im Adventskalender, die selbstständig blinkt, ohne dass ein Programm nötig ist. Solche LEDs werden für optische Signale verwendet, wo es darum geht, besondere Aufmerksamkeit zu erregen. Weihnachtsquiz Benötigte Teile: 1x micro:bit, 1x Steckbrett, 4x Krokodilklemmenkabel, 1x LED rot, 1x LED grün, 1x BlinkLED, 4x Drahtbrücke blank Das Programm Das Programm microbit-24.
• test list – Die Texte der Fragen • Tipp – Logikwert, wenn der Spieler eine Antwort abgegeben hat • Zahl – Anzahl der Fragen Beim Start werden eine Textliste mit den zehn Fragen sowie eine weitere Liste mit zehn Logikwerten für die Antworten in der gleichen Reihenfolge angelegt. Der Block Array-Länge ... aus der Gruppe Arrays ermittelt die Länge der Liste mit den Antworten und speichert sie in der Variablen Zahl, die als Schleifenzähler verwendet wird.
Vorsichtsmaßnahmen Auf keinen Fall irgendwelche Pins miteinander verbinden und abwarten, was passiert. Nicht alle Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet. Einige Pins sind direkt mit Anschlüssen des Mikrocontrollers verbunden, ein Kurzschluss kann den micro:bit komplett zerstören. Verbindet man über einen Schalter oder eine LED zwei Pins miteinander, muss immer ein Schutzwiderstand dazwischengeschaltet werden.
