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al-hh-online.de Beratungsstelle "Arbeitslehre/Technik" im Landesinstituts für Lehrerfortbildung (HH)

Mikro-Prozessor

Uwe Deinert

Leitung:

Ein Prozessor ist eine Maschine oder eine elektronische Schaltung, welche gemäß übergebener Befehle andere Maschinen oder elektrische Schaltungen steuert. Am populärsten sind Prozessoren als zentrale Recheneinheiten von Computern , in denen sie Befehle von Software ausführen.
Ein Mikroprozessor ( mikros für „klein“) ist ein Prozessor in sehr kleinem Maßstab, bei dem alle Bausteine des Prozessors auf einem MicroChip vereinigt sind. Der erste Mikroprozessor wurde Anfang der 1970er Jahre von der Firma Texas Instruments auf der Basis der IC`s (Integrierte Schaltkreise) entwickelt.
Als Mikrocontroller (auch µController, µC, MCU) werden Halbleiterchips bezeichnet, die mit dem Prozessor mindestens Peripheriefunktionen auf einem Chip vereinen. In vielen Fällen befindet sich der Arbeits- und Programmspeicher ebenfalls teilweise oder komplett auf dem gleichen Chip. Ein Mikrocontroller ist praktisch ein Ein-Chip-Computersystem. Für manche Mikrocontroller wird auch der Begriff System on a Chip oder SoC verwendet.

Wir verwenden einen Motorola-Mikroprozessor, der als fertiger µController kostengünstig im Handel erhältlich ist.

Mikroprozessor- Anwendungen im Unterricht der Sek1: Was ist darunter zu verstehen ?
Diese Frage ist eigentlich erst zu beantworten, wenn Bedienung, Einsatz und Nutzen dieser kleinen "Helfer" bekannt sind - unser Seminar soll dazu beitragen, in dem es realisierbare Einsatzmöglichkeiten in der Sek1 ausweist und am Beispiel einer Leitaufgabe den spezifischen Kompetenzerwerb erschließt.

Dazu hier nun weitere Informationen:

Didaktische Dimensionen des Themas:

Innovation
1. Aufgrund ständiger Innovation bei der Entwicklung und Gestaltung technischer Objekte darf der Anteil elektronischer Komponenten heute nicht mehr ignoriert werden.

2. Die Innovationsrate bei „Computerprodukten" steigt überproportional gegenüber den „Alt-Technologien" an.

3. Schülerinnen und Schüler (und damit auch deren Eltern) haben einen Anspruch darauf, dass in einer modernen, allgemeinbildenden Schule moderne allgemeinbildende technische Kompetenzen erworben werden.

Vorausetzungen und Motivation
1. Schülerinnen und Schüler bringen in der Regel Werkstatterfahrungen in der Holz-,Metall- und Kunststoff- verarbeitung sowie in der Elektrotechnik mit, die sie in den Klassenstufen 7-8 erfahren haben.

2. Ab Klasse 9 haben sich Schülerinnen und Schüler ggf. bereits in Kursen zur „Technischen Informatik" oder zum Grundlagenwissen in den Bereichen "Technische Kommunikation (CAD)" und „Präsentation" (Bild-Grafik-Text) spezifische Kompetenzen angeeignet.

3. Schülerinnen und Schüler bringen Teambereitschaft mit und haben hinreichende Kenntnisse der Mathematik und der englischen Sprache.

4. In der Regel sind bei den Schülerinnen und Schülern hier erhebliche Motivations-Ressourcen zu erwarten, weil ein aktuelles Thema aus ihrer Lebenswelt thematisiert wird.

Personale Dimensionen des Themas:

1. Mit dem Seminarangebot soll eine "Begegnung" mit dem Thema und seinen Inhalten auf "Augenhöhe" realisiert werden: die Teilnehmer sollen sich in Teamgruppen unter unserer Anleitung forschend, experimentierend und konstruierend die Anwendungspalette eines Mikroprozessors erarbeiten.
2. Dafür stehen mehrere, äußerlich verschieden-, technisch aber gleichartige "Fahr-Roboter"(FROB) zur Verfügung: "Step by Step" erproben Sie zunächst die programierbaren Funktionen des FROB - dabei lernen Sie auch die zugehörige, einfache Programmier-Software mit ihrer spezifischen BASIC- Sprache kennen (jeder FROB besitzt dazu seinen eigenen Programier-PC).
3. Während dieser Erprobung lernen Sie den Einsatz von Sensoren kennen, die per Druck, Licht, Ultraschall oder Infrarot-Reflex funktionieren und den FROB vielfältig auf "Aussenreize" reagieren lassen.

Künftigen Unterricht organisieren ...

Nach Teilnahme an diesem Seminar benötigen Sie für die Planung und Durchführung des Unterrichts weitere Qualifikationen, die sich u.a. auf folgende Bereiche beziehen:

a) Konstrukton und Bau
b) Beschaffung und Ausstattung
c) Jahres-Kursplanung
d) Prototypen-Fertigung

Bei ausreichender Nachfrage organisieren wir diese Qualifizierungs-Seminare in den Schuljahren 2009-10 und 2010-11 - wer vorher beginnen möchte, sollte im Rahmen unseres Didaktischen Forums einen Bedarf zur persönlichen Fortbildung anmelden.

Was bietet Ihnen das Seminar?

Ziel des Seminars ist, "Anfängern" den Einsatz eines Mikroprozessors transparent zu machen - dazu werden mittels PC-Programmierung "kleine Fahrzeuge", die auf Umgebungsreize reagieren können, zum Leben erweckt.

Sie erforschen und erproben am Fahrzeug:

- den konstruktiven Aufbau;
- die Komponenten der Mikroprozessor-Steuerung;
- die Energieversorgung;
- die Bedienungselemente (Schalter und Taster);
- die Sensoren;
- die Aktoren;
- die Programmierung am PC;
- die Übertragung der Programmierung in den
Mikroprozessor;
- die Nutzung der Sensoren für automatisierte Verfahren;

Damit erschließen Sie sich Grundlagen-Kenntnisse und erwerben erste Kompetenzen zum Betrieb eines mikro-
prosessor-gesteuerten Fahrzeuges, das sich autonom unter Berücksichtigung seiner Außenumgebung bewegen kann.

Da es sich bei den verwendeten Fahrzeugen um Unikate handelt, können Sie die mitgelieferte Bau- und Betriebsanleitung für eigene Entwürfe nutzen - Ihrer Entwicklungs-Motivation sind also keine Grenzen gesetzt. Entscheiden Sie dann nachrangig, wie in Ihrer Schule ein solches "hoch-motivierendes Projekt" umgesetzt werden kann. Über mangelnde Teilnehmer-Nachfrage in der Schülerschaft der 10. Klassen sollte keine Befürchtung bestehen.

Lehrerqualifikation
Zur Gewährleistung der Planungs-, Organisations- und Durchführungs- kompetenz für den Unterricht durch die Kolleginnen und Kollegen müssen zunächst bekannte "Vorbehalte" durchbrochen werden: damit sind jene "Ängste" gemeint, die erfahrungsgemäß sowohl im Zusammenhang mit elektronischen wie auch mit informationstechnologischen Komponenten von Unterrichtsinhalten verbunden sind - hier ist immer noch große Skepsis anzutreffen, weil überwiegend ältere Kolleginnen und Kollegen diese Herausforderung scheuen oder auch jüngere Kolleginnen und Kollegen, die keine fachspezifische Ausbildung erfahren haben, sich bislang mangels Fortbildungsangebotes dazu nicht befähigt fühlen - hier ist dringende Unterstützung notwendig!

Zu dieser Unterstützung soll dieses Seminar beitragen !

Was kann man sonst noch mit diesem Mirkroprozessor steuern ?

... eigentlich alles, was funktionell überwacht und geregelt werden soll - dazu einige Beispiele:

a)
die Frischwasser-Zufuhr für einen Gartenteich soll immer dann aus einem Brunnen oder Vorratsspeicher erfolgen, wenn der Teich-Wasserstand zu gering ist - das gelingt vorzüglich und langjährig erprobt mittels zweier Pegelschalter, die in einem Überlaufschacht montiert sind

b)
ein Raum-Überwachungssystem soll unerlaubten Zugang durch optisches und akustisches Signal melden

c)
der Werkstoff-Transport für die Bearbeitung großer Mengen identscher Bauelemente soll gesteuert und geregelt werden

d)
in einem Gewächshaus sollen Raumtemperatur und Feuchtigkeit geregelt werden