Commit e597b17b authored by Raffaele Grosso's avatar Raffaele Grosso
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......@@ -12,7 +12,7 @@
\begin{center}
\vspace*{0.5cm}
\noindent \Huge {{\textbf{Einf\"uhrung in die Elekronik mit dem Rasberry Pi }}} \\
\noindent \Huge {{\textbf{Einführung in die Elekronik mit dem Rasberry Pi }}} \\
\vspace*{0.3cm}
\noindent \large { } \\
\vspace*{0.3cm}
......
......@@ -6,24 +6,24 @@
\section{Was ist ein LED?}
Leuchtdioden wandeln elektrische Energie in Licht um.
Sie funktionieren wie Halbleiterdioden, die in Durchlassrichtung Licht erzeugen.
Die Kurzbezeichnung LED ist die Abk\"urzung f\"ur "Light Emitting Diode",
Die Kurzbezeichnung LED ist die Abkürzung für "Light Emitting Diode",
was auf Deutsch "Licht emittierende Diode" bedeutet. \\
Leuchtdioden gibt es in verschiedenen Farben, Gr\"ossen und Bauformen.
Leuchtdioden gibt es in verschiedenen Farben, Grössen und Bauformen.
Sie werden als Signal und Lichtgeber in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. \\
Die Leuchtdiode schaltet sehr schnell vom leuchtenden in den nichtleuchtenden Zustand.
Der Lichtstrahl kann bis in den MHz-Bereich getaktet werden. Allerdings ist das f\"ur
Der Lichtstrahl kann bis in den MHz-Bereich getaktet werden. Allerdings ist das für
das menschliche Auge nur als Leuchtbrei sichtbar.
Die Helligkeit der LED ist dann geringer, als es beim eingestellte Stromfluss sein m\"usste.\\
Die Helligkeit der LED ist dann geringer, als es beim eingestellte Stromfluss sein müsste.\\
Mit optimal aufeinander abgestimmten Komponenten können Lebensdauern von 50.000 Stunden und mehr erreicht werden.
Im Vergleich zu normalen Lampen ist das sehr lange.
Die gebr\"auchlichsten Bauformen haben einen 3 mm oder 5 mm grossen Durchmesser.
Die gebräuchlichsten Bauformen haben einen 3 mm oder 5 mm grossen Durchmesser.
\section{Polung}
Wie jede andere Diode ist auch die LED polungsabh\"angig ( Abbildung \ref{led:polung} ).
Wie jede andere Diode ist auch die LED polungsabhängig ( Abbildung \ref{led:polung} ).
Die eine Anschlussseite ist die Anode, die andere Seite die Kathode. \\
Wenn man in die Leuchtdiode hineinschaut, dann ist die dickere Seite die Kathode.
\"Ausserlich erkennt man die Kathode am k\"urzeren Anschluss oder an der abgeflachten
Seite des Geh\"auserandes an der Unterseite.
\"Ausserlich erkennt man die Kathode am kürzeren Anschluss oder an der abgeflachten
Seite des Gehäuserandes an der Unterseite.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=4cm, height=4cm]{pics/led_polung.png}
......@@ -33,17 +33,17 @@ Seite des Geh\"auserandes an der Unterseite.
\end{figure}
\section{Farben und Hableitermaterial}
Die klassischen Farben sind rot, gr\"un, gelb und orange.
Die klassischen Farben sind rot, grün, gelb und orange.
Es gibt aber auch noch blau und weiss.
Je nach Farbe besteht der Halbleiterkristall einer Leuchtdiode aus unterschiedlichen Materialien.
Die Farbe des Lichts bzw. die Wellenl\"qnge des Lichts wird vom Halbleiterkristall und von der Dotierung bestimmt.
Die Farbe des Lichts bzw. die Wellenlänge des Lichts wird vom Halbleiterkristall und von der Dotierung bestimmt.
Der Kristall besteht aus einer n- und einer p-Schicht.
Von daher unterscheidet er sich kaum von einer normalen Halbleiterdiode. \\
LEDs unterscheiden sich nicht nur in ihrer Farbe, sondern auch in ihren elektrischen Eigenschaften.
Teilweise kann man die Farben nicht untereinander tauschen.
Die Durchlassspannung ist unterschiedlich und stark vom Halbleitermaterial abh\"angig. \\
Die Durchlassspannung ist unterschiedlich und stark vom Halbleitermaterial abhängig. \\
Rote Leuchtdioden $ ( \lambda = 0.66 \mu m ) $ haben einen besonders guten Wirkungsgrad.
Den h\"ochsten Wirkungsgrad haben Infrarot-Leuchtdioden $ (\lambda = 0.9 bis 0.94 \mu m)$ . \\
Den höchsten Wirkungsgrad haben Infrarot-Leuchtdioden $ (\lambda = 0.9 bis 0.94 \mu m)$ . \\
\\
Die LED ist je nach Farbe aus unterschiedlichen Mischkristallen aufgebaut:
......@@ -51,25 +51,25 @@ Die LED ist je nach Farbe aus unterschiedlichen Mischkristallen aufgebaut:
\item Galliumarsenid (GaAs)
\item Galliumarsenidphosphid (GaAsP)
\item Galliumphosphid (GaP)
\item Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) f\"ur Rot, Rot-Orange, Amber
\item Indium-Gallium-Nitrogen (InGaN) f\"ur Gr\"un, Cyan, Blau, Weiss
\item GalliumNitrid (GaN) f\"ur Blau
\item Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) für Rot, Rot-Orange, Amber
\item Indium-Gallium-Nitrogen (InGaN) für Grün, Cyan, Blau, Weiss
\item GalliumNitrid (GaN) für Blau
\end{itemize}
\section{Funktionweise einer LED}
Eine Leuchtdiode besteht aus einem n-leitenden Grundhalbleiter.
Darauf ist eine sehr d\"unne p-leitende Halbleiterschicht mit grosser L\"ocherdichte aufgebracht.
Wie bei der normalen Diode wird die Grenzschicht mit freien Ladungstr\"agern \"uberschwemmt.
Die Elektronen rekombinieren mit den L\"ochern.
Darauf ist eine sehr dünne p-leitende Halbleiterschicht mit grosser Löcherdichte aufgebracht.
Wie bei der normalen Diode wird die Grenzschicht mit freien Ladungsträgern überschwemmt.
Die Elektronen rekombinieren mit den Löchern.
Dabei geben die Elektronen ihre Energie in Form eines Lichtblitzes frei.
Da die p-Schicht sehr d\"unn ist, kann das Licht entweichen.
Schon bei kleinen Stromst\"arken ist eine Lichtabstrahlung wahrnehmbar.
Die Lichtst\"arke w\"achst proportional mit der Stromst\"arke.\\
Da die p-Schicht sehr dünn ist, kann das Licht entweichen.
Schon bei kleinen Stromstärken ist eine Lichtabstrahlung wahrnehmbar.
Die Lichtstärke wächst proportional mit der Stromstärke.\\
Da von dem Halbleiterkristall nur eine geringe Lichtstrahlung ausgeht,
ist das Metall unter dem Kristall halbkugelf\"ormig.
ist das Metall unter dem Kristall halbkugelförmig.
Dadurch wird das Licht gestreut.
Durch das linsenf\"ormige Geh\"ause wird das Licht geb\"undelt.
So k\"onnen Leuchtdioden schon mit wenigen Milliampere Strom sehr hell leuchten.
Durch das linsenförmige Gehäuse wird das Licht gebündelt.
So können Leuchtdioden schon mit wenigen Milliampere Strom sehr hell leuchten.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -90,14 +90,14 @@ So k\"onnen Leuchtdioden schon mit wenigen Milliampere Strom sehr hell leuchten.
\end{figure}
\section{Standard-LEDs}
Standard-Leuchtdioden haben einen Durchmesser von 5 mm. Sie sind die h\"aufigsten
Standard-Leuchtdioden haben einen Durchmesser von 5 mm. Sie sind die häufigsten
verwendeten Leuchtdioden in elektronischen Schaltungen.
Sie beginnen bei 8 bis 12 mA zu leuchten.
Erh\"oht man den Strom leuchten Sie heller.
Erhöht man den Strom leuchten Sie heller.
Bei 20 mA ist die maximale Leuchtkraft erreicht.
Der Unterschied zu 15 mA ist aber nur minimal.
Meist ist ein Strom von 10 mA schon ausreichend, um sie ausreichend zum Leuchten zu bringen. \\
Die folgende Tabelle gibt Auskunft \"uber die Durchflussspannung $U_F$.
Die folgende Tabelle gibt Auskunft über die Durchflussspannung $U_F$.
Die genaue Durchflussspannung $U_F$ und Durchflussstrom $I_F$ gibt nur das Datenblatt
der Leuchtdiode Auskunft (Abbildung \ref{led:leds}). \\
Vorsicht, je nach Hersteller kann es hier Unterschiede geben.
......@@ -114,13 +114,13 @@ Vorsicht, je nach Hersteller kann es hier Unterschiede geben.
\section{Low-Current-LEDs}
Low-Current-Leuchtdioden haben einen Durchmesser von 3 oder 5 mm.
Sie leuchten bereits bei 2 mA mit bis zu 5 mcd.
Erh\"oht man den Strom leuchten Sie heller.
Erhöht man den Strom leuchten Sie heller.
Bei 20 mA ist die maximale Leuchtkraft erreicht. \\
Low-Current-LEDs haben die Eigenschaft, dass sie bei 2 mA noch leuchten, was Standard-LEDs nicht tun.
Die h\"oren (je nach Hersteller) schon bei 8 bis 10 mA auf zu leuchten. \\
Die hören (je nach Hersteller) schon bei 8 bis 10 mA auf zu leuchten. \\
Low-Current bedeutet nicht, dass eine LED bei 2 mA genauso hell leuchtet wie bei 20mA,
sondern dass diese LED bis hinter zu 2 mA betrieben werden kann und zumindest schwach leuchtet. \\
Die folgende Tabelle gibt Auskunft \"uber die Durchflussspannung $U_F$.
Die folgende Tabelle gibt Auskunft über die Durchflussspannung $U_F$.
Die genaue Durchflussspannung $U_F$ und Durchflussstrom $I_F$ gibt nur das Datenblatt der Leuchtdiode Auskunft.\\
Vorsicht, je nach Hersteller kann es hier Unterschiede geben.
\begin{figure}[!htbp]
......@@ -152,40 +152,40 @@ Eine Leuchtdiode muss immer mit einem Vorwiderstand oder einem strombegrenzenden
\label{led:u}
\end{figure}
Mit einem Vorwiderstand wird der Durchlassstrom IF, der durch die Leuchtdiode fliesst, begrenzt.
Bei der Widerstandsbestimmung muss die jeweilige Durchlassspannung UF ber\"ucksichtigt werden.
Bei der Widerstandsbestimmung muss die jeweilige Durchlassspannung UF berücksichtigt werden.
\vspace{1cm}
$R_V =\frac{U_{ges}-U_F}{I_F}$
\vspace{1cm}
Die Formel berechnet den Vorwiderstand $R_V$ \"uber die Gesamtspannung Uges abz\"uglich der Durchlassspannung
Die Formel berechnet den Vorwiderstand $R_V$ über die Gesamtspannung Uges abzüglich der Durchlassspannung
$U_F$ durch den Durchlassstrom $I_F$.
Eine Leuchtdiode brennt schon bei einem Bruchteil des maximalen Durchlassstroms.
Ausserdem m\"ussen Leuchtdioden nicht zwingend mit ihrer vollen Leuchtst\"arke strahlen.
Ausserdem müssen Leuchtdioden nicht zwingend mit ihrer vollen Leuchtstärke strahlen.
Meist reichen schon wenige mA aus um eine ausreichende Helligkeit zu erzeugen.
\section{Warum wird ein Vorwiderstand ben\"otigt?}
LEDs m\"ussen immer mit einem Vorwiderstand betrieben werden.
Das gilt auch dann, wenn eine Betriebsspannung zur Verf\"ugung steht,
\section{Warum wird ein Vorwiderstand benötigt?}
LEDs müssen immer mit einem Vorwiderstand betrieben werden.
Das gilt auch dann, wenn eine Betriebsspannung zur Verfügung steht,
die der LED-Durchflussspannung entspricht.
Der Vorwiderstand dient zum einen zum Begrenzen der Spannung,
in dem sich die Betriebsspannung zwischen Vorwiderstand und LED aufteilt.
An der LED stellt sich ein fester vorher bekannter Spannungsabfall ein.
Das ist die Durchlassspannung der Leuchtdiode, die allerdings nicht allzu konstant und unter Exemplarstreuung leidet.
Am Vorwiderstand f\"allt dann noch der Rest der Betriebsspannung ab.
Am Vorwiderstand fällt dann noch der Rest der Betriebsspannung ab.
Was aber noch viel wichtiger ist, der Vorwiderstand begrenzt den Strom, der durch die LED fliesst.
Der Grund, warum eine Strombegrenzung notwendig ist, ist schnell erk\"art. \\
Der Grund, warum eine Strombegrenzung notwendig ist, ist schnell erkärt. \\
Eine Leuchtdiode ist kein ohmscher Verbraucher, dessen Widerstand immer gleich ist.
Eine Leuchtdiode ist ein Halbleiter, dessen Widerstand nach Anlegen einer Spannung gegen Null sinkt.
Das bedeutet, der Strom steigt rein theoretisch unendlich an! \\
Das bedeutet, die Leuchtdiode ist ein sehr stromhungriger Halbleiter.
Doch zu viel Strom vertr\"agt die Leuchtdiode nicht. Zu viel Strom zerst\"ort die Leuchtdiode.
Vor der Zerst\"orung tritt erst ein Temperaturanstieg ein.
Die Leuchtdiode wird w\"armer. Bekanntlich leiten warme Halbleiter besser als kalte.
Es folgt also ein weiterer Stromanstieg, der dazu f\"uhrt, dass die LED heiss und letztendlich zerst\"ort wird.
Dieser Effekt muss nicht zwangsl\"aufig und auch nicht sofort eintreten.
Er ist in gewisserweise davon abh\"angig, was f\"ur eine Spannungsquelle
Doch zu viel Strom verträgt die Leuchtdiode nicht. Zu viel Strom zerstört die Leuchtdiode.
Vor der Zerstörung tritt erst ein Temperaturanstieg ein.
Die Leuchtdiode wird wärmer. Bekanntlich leiten warme Halbleiter besser als kalte.
Es folgt also ein weiterer Stromanstieg, der dazu führt, dass die LED heiss und letztendlich zerstört wird.
Dieser Effekt muss nicht zwangsläufig und auch nicht sofort eintreten.
Er ist in gewisserweise davon abhängig, was für eine Spannungsquelle
verwendet wird und wie lange die Leuchtdiode daran betrieben wird.
So mancher unbedarfte Anwender wird also nie mit diesem Problem konfrontiert sein.
Wer nur mal kurz eine Leuchtdiode ohne Vorwiderstand betreibt,
der wird sie dabei nicht gleich zerst\"oren. Es kann auch sein, dass das mehrere Stunden gut geht.
der wird sie dabei nicht gleich zerstören. Es kann auch sein, dass das mehrere Stunden gut geht.
......@@ -4,9 +4,9 @@
\minitoc
\section{Was ist der Raspberry Pi}
Der Raspberry Pi (abgek\"urzt: RPi oder RasPi) ist ein Kreditkarten grosser und g\"unstiger Einplatinencomputer, der von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde.
Die Raspberry Pi Foundation ist eine Stiftung und in Gro\"sbritannien als Wohlt\"atigkeitsorganisation eingetragen. \\
Sie hat sich zum Ziel gesetzt, das Studium der Informatik und verwand- ten Themen zu f\"ordern, insbesondere im Schulbereich. \\
Der Raspberry Pi (abgekürzt: RPi oder RasPi) ist ein Kreditkarten grosser und günstiger Einplatinencomputer, der von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde.
Die Raspberry Pi Foundation ist eine Stiftung und in Großbritannien als Wohltätigkeitsorganisation eingetragen. \\
Sie hat sich zum Ziel gesetzt, das Studium der Informatik und verwand- ten Themen zu fördern, insbesondere im Schulbereich. \\
\section{Wie ist der Raspberry Pi ausgebaut?}
......@@ -14,10 +14,10 @@ Sie hat sich zum Ziel gesetzt, das Studium der Informatik und verwand- ten Theme
Der Raspberry Pi existiert in mehrere Varianten. \\
Die Modelle A und B unterscheiden sich dadurch, dass das Modell B 512 MByte Arbeitsspeicher,
einen Ethernet-Port und zwei USB-Anschl\"usse hat.
einen Ethernet-Port und zwei USB-Anschlüsse hat.
Das Modell A ist mit nur einem USB-Anschluss und 256 MByte Arbeitsspeicher eher als Steuerungscomputer geeignet,
bei dem es auf geringen Stromverbrauch ankommt. \\
Das Modell B eignet sich am ehesten noch, um damit an einer grafischen Oberfl\"ache zu arbeiten. \\
Das Modell B eignet sich am ehesten noch, um damit an einer grafischen Oberfläche zu arbeiten. \\
Die Spezifikationen der beiden Varianten A und B des Raspberry Pi lauten wie in der Abbildung \ref{rpi:modelab}. \\
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -28,24 +28,24 @@ Die Spezifikationen der beiden Varianten A und B des Raspberry Pi lauten wie in
\end{figure}
\section{Ger\"ate liste}
\section{Geräte liste}
\label{gerate}
\subsection {Rasberry Pi 3 Modell B}
Im Rahmen dieses Praktikum, wird mit dem Modell B des Raspberry 3 gearbeitet. \\
Das Modell Raspberry Pi 3 ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung zum Vorg\"angermodell Raspberry Pi 2. \\
Der Raspberry Pi 3 enth\"alt einen Quad-Core-Prozessor mit 1,2 GHz von Broadcom und einen SDRAM-Arbeitsspeicher mit 1 GByte.\\
Das Modell Raspberry Pi 3 ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung zum Vorgängermodell Raspberry Pi 2. \\
Der Raspberry Pi 3 enthält einen Quad-Core-Prozessor mit 1,2 GHz von Broadcom und einen SDRAM-Arbeitsspeicher mit 1 GByte.\\
{\bf{WLAN und Bluetooth onboard}} \\
Die Besonderheit des Raspberry Pi 3 ist, dass WLAN nach IEEE 802.11 b/g/n im 2,4 GHz-Bereich mit 150 MBit/s und Bluetooth Low Energie
onboard sind und nicht durch externe USB-Adapter nachger\"ustet werden m\"ussen. \\
onboard sind und nicht durch externe USB-Adapter nachgerüstet werden müssen. \\
{\bf{64-Bit-Unterst\"utzung}} \\
Beworben wird der Raspberry Pi 3 mit seiner 64-Bit-Unterst\"utzung. \\
Das ist heute bei modernen CPUs ganz normal. 64 Bit auf der Hardware-Seite muss allerdings vom Betriebssystem und der Software auch unterst\"utzt werden. \\
{\bf{64-Bit-Unterstützung}} \\
Beworben wird der Raspberry Pi 3 mit seiner 64-Bit-Unterstützung. \\
Das ist heute bei modernen CPUs ganz normal. 64 Bit auf der Hardware-Seite muss allerdings vom Betriebssystem und der Software auch unterstützt werden. \\
\vspace{2cm}
Hier das Modell B des Raspberry Pi 3 (Abbildung \ref{rpi:model3} ), mit der Beschriftung der Anschl\"usse ( Abbildung \ref{rpi:model3b}).
Hier das Modell B des Raspberry Pi 3 (Abbildung \ref{rpi:model3} ), mit der Beschriftung der Anschlüsse ( Abbildung \ref{rpi:model3b}).
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -59,7 +59,7 @@ Hier das Modell B des Raspberry Pi 3 (Abbildung \ref{rpi:model3} ), mit der Besc
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/rpi_3.png}
\end{center}
\caption{Rasberry Pi 3 Modell B, mit der Beschriftung der Ansch\"usse.}
\caption{Rasberry Pi 3 Modell B, mit der Beschriftung der Anschüsse.}
\label{rpi:model3b}
\end{figure}
......@@ -71,7 +71,7 @@ Hier das Modell B des Raspberry Pi 3 (Abbildung \ref{rpi:model3} ), mit der Besc
\subsection {T-Cobbler}
Mit Hilfe des T-Cobblers ( Abbildung \ref{rpi:tcobbler} ), sind die GPIOs (General Purpose Input-Output) einfacher zugreifbar. \\
Die GPIOs sind die universellen digitalen Ein-Ausgabe Kan\"ale.
Die GPIOs sind die universellen digitalen Ein-Ausgabe Kanäle.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -93,7 +93,7 @@ In der Abbildung \ref{rpi:tgpio} die Anordnung der GPIOs
\subsection {Steckplatine (Breadboard)}
Auf der Steckplatine ( Abbildung \ref{rpi:platine} ) , werden fast alle Schaltungen aufgebaut. Neben der kleine Steckplatine,
auf der den T-Cobbler steckt, gibt es eine gr\"ossere Platine f\"ur anspruchsvolle Schaltungen.
auf der den T-Cobbler steckt, gibt es eine grössere Platine für anspruchsvolle Schaltungen.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -104,7 +104,7 @@ auf der den T-Cobbler steckt, gibt es eine gr\"ossere Platine f\"ur anspruchsvol
\end{figure}
Die Steckplatine ist im Inneren folgendermassen verbunden ( Abbildung \ref{rpi:platine2} ).
(gilt auch f\"ur die kleine Steckplatine auf der, der T-Cobbler steckt)
(gilt auch für die kleine Steckplatine auf der, der T-Cobbler steckt)
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -117,26 +117,26 @@ Die Steckplatine ist im Inneren folgendermassen verbunden ( Abbildung \ref{rpi:
\section{Raspberry Pi in Betrieb nehmen}
\label{rpi_betrieb}
\"Uberpr\"ufen Sie vor dem Ausf\"uhren Folgendes:
\"Uberprüfen Sie vor dem Ausführen Folgendes:
\begin{itemize}
\item SD-Karte in den SD-Kartenanschluss einstecken.
\item Tastatur und Maus an den USB Anschl\"usse des RasPis anschliessen.
\item Tastatur und Maus an den USB Anschlüsse des RasPis anschliessen.
\item Den HDMI-DVI Adapter an das VDI Kabel des Bildschirms anschliessen und dann an den
HDMI Anschluss des RasPis.
\item Das Netzwerkkabel an den Netzwerkanschluss des RasPis anschliessen, soweit es vorhanden ist.
\item Das Flachbandkabel des T-Cobblers an die GPIOs Anschl\"usse einstecken.
\item Das Flachbandkabel des T-Cobblers an die GPIOs Anschlüsse einstecken.
\item Als letztes kommt die Stromversorgung an den Power Anschluss des RasPis.
\item Status-LEDs sollten am RasPi angehen. Falls der RasPi nicht startet, den RasPi von der Stromversorgung trennen,
die Verkabelung \"uberpr\"ufen, und das Stromversorgungskabel wieder einstecken.
die Verkabelung überprüfen, und das Stromversorgungskabel wieder einstecken.
\end{itemize}
Um mit RasPi zu interagieren, wir werden die graphische Oberfl\"ache ( Abbildung \ref{rpi:terminal} ) verwenden.
Um mit RasPi zu interagieren, wir werden die graphische Oberfläche ( Abbildung \ref{rpi:terminal} ) verwenden.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/terminal.png}
\end{center}
\caption{Graphische Oberf\"ache}
\caption{Graphische Oberfäche}
\label{rpi:terminal}
\end{figure}
......@@ -155,9 +155,9 @@ Und jetzt, kann mit den Versuchen losgehen!
\section{LED richtig anschliessen}
\label{led}
Der RasPi stellt zwei Spannungen zur Verf\"ugung, 5V und 3,3V. Mit Hilfe der roten Strichen auf der Steckplatine auf der,
Der RasPi stellt zwei Spannungen zur Verfügung, 5V und 3,3V. Mit Hilfe der roten Strichen auf der Steckplatine auf der,
den T-Cobbler steckt, kannst du die zwei Spannungen am T-Cobbler erkennen. \\
%Bevor mit den GPIOs gearbeitet wird, bringen wir die LEDs einfach \"uber die 5V und dann die 3,3V zum Leuchten.
%Bevor mit den GPIOs gearbeitet wird, bringen wir die LEDs einfach über die 5V und dann die 3,3V zum Leuchten.
\subsection {Komponentenliste}
\begin{itemize}
......@@ -172,18 +172,18 @@ den T-Cobbler steckt, kannst du die zwei Spannungen am T-Cobbler erkennen. \\
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/komponent.png}
\end{center}
% \caption{Graphische Oberf\"ache}
% \caption{Graphische Oberfäche}
%\label{rpi:terminal}
\end{figure}
\subsection{Einfarbige Leuchtdiode (LED)}
Leuchtdioden (LEDs) fangen an zu leuchten, wenn sie von elektrischem Strom durchflossen werden.
Die LEDs leuchten aber nur dann, wenn sie richtig gepolt sind, also der Strom in der f\"ur sie richtigen Richtung fliesst. \\
Die Anschl\"usse einer Leuchtdiode nennt man Anode und Kathode.\\
Die LEDs leuchten aber nur dann, wenn sie richtig gepolt sind, also der Strom in der für sie richtigen Richtung fliesst. \\
Die Anschlüsse einer Leuchtdiode nennt man Anode und Kathode.\\
\begin{itemize}
\item[-] Der k\"urzere Draht (Kathode) wird mit dem Minuspol (GND) der Stromquelle verbunden, und der l\"angere (Anode) mit dem Pluspol (5V oder 3,3V). \\
\item[-] Das runde Plastikgeh\"ause ist an der Kathode Seite abgeflacht, was du am besten beim Blick von unten auf die LED erkennen kannst. \\
\item[-] Die LEDs d\"urfen aber nicht direkt an die Stromquelle angeschlossen werden.
\item[-] Der kürzere Draht (Kathode) wird mit dem Minuspol (GND) der Stromquelle verbunden, und der längere (Anode) mit dem Pluspol (5V oder 3,3V). \\
\item[-] Das runde Plastikgehäuse ist an der Kathode Seite abgeflacht, was du am besten beim Blick von unten auf die LED erkennen kannst. \\
\item[-] Die LEDs dürfen aber nicht direkt an die Stromquelle angeschlossen werden.
\end{itemize}
Der Strom wird durch einen Vorwiderstand begrenzt.
Dieser Vorwiderstand befindet sich entweder in der Verbindung zur Masse oder zum Pluspol.
......@@ -191,28 +191,28 @@ Dieser Vorwiderstand befindet sich entweder in der Verbindung zur Masse oder zum
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/diode.png}
\end{center}
% \caption{Graphische Oberf\"ache}
% \caption{Graphische Oberfäche}
%\label{rpi:terminal}
\end{figure}
\subsection {Vorwiderstandsberechnung}
Die LEDs haben eine Durchlassspannung von 2 bis 2,2 V und eine Stromst\"arke vom 20 bis 30 mA.
Die LEDs haben eine Durchlassspannung von 2 bis 2,2 V und eine Stromstärke vom 20 bis 30 mA.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/resistor.png}
\end{center}
% \caption{Graphische Oberf\"ache}
% \caption{Graphische Oberfäche}
%\label{rpi:terminal}
\end{figure}
\section {LED Ein und Ausschalten mit GPIOs}
\subsection{Schaltung}
Trennen Sie zuerst das RasPi vom GPIO Extension Shield.
Bauen Sie dann die Schaltung gem\"ass Schaltplan und Hardware-Anschlussplan auf ( Abbildung \ref{rpi:schaltung} ). \\
Nachdem die Schaltung aufgebaut und best\"atigt wurde, verbinden Sie das RPi mit
dem GPIO Extension Shield. Dar\"uber hinaus sollte ein Kurzschluss
Bauen Sie dann die Schaltung gemäss Schaltplan und Hardware-Anschlussplan auf ( Abbildung \ref{rpi:schaltung} ). \\
Nachdem die Schaltung aufgebaut und bestätigt wurde, verbinden Sie das RPi mit
dem GPIO Extension Shield. Darüber hinaus sollte ein Kurzschluss
(insbesondere 5 V und GND, 3,3 V und GND) vermieden werden, da ein Kurzschluss
abnormale Schaltungsarbeiten oder sogar eine Besch\"adigung des RaspPi verursachen kann..
abnormale Schaltungsarbeiten oder sogar eine Beschädigung des RaspPi verursachen kann..
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -222,21 +222,21 @@ abnormale Schaltungsarbeiten oder sogar eine Besch\"adigung des RaspPi verursach
\label{rpi:schaltung}
\end{figure}
{\color{blue}{\bf{Die GPIOs liefern nur eine Spannung von 3,3V und eine Stromst\"arke von ca 0,016A}}}
{\color{blue}{\bf{Die GPIOs liefern nur eine Spannung von 3,3V und eine Stromstärke von ca 0,016A}}}
\subsection{Kodierung}
Auf dem Desktop \"offne das Terminal.\\
Auf dem Desktop öffne das Terminal.\\
In das Terminalfenster, gibt folgendes ein:\\
{\color{blue}{\tt{sudo idle3}}}\\
{\color{blue}{\bf{sudo}}} bedeutet, dass du das Programm als Administrator ausf\"uhrst, somit stehen dir alle Rechte zu.\\
{\color{blue}{\bf{idle3}}} \"offnet die Entwicklungsumgebung von Python. \\
{\color{blue}{\bf{sudo}}} bedeutet, dass du das Programm als Administrator ausführst, somit stehen dir alle Rechte zu.\\
{\color{blue}{\bf{idle3}}} öffnet die Entwicklungsumgebung von Python. \\
Die hier enthaltenen Programme, sind in der Programmiersprache Python geschrieben. \\
IDLE ist eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) f\"ur Python und enth\"alt auch ein eigenes Editor. Und 3 steht f\"ur die 3. Version.
IDLE ist eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) für Python und enthält auch ein eigenes Editor. Und 3 steht für die 3. Version.
\begin{itemize}
\item[-] Das Editorfenster \"offnest du indem du entweder mit der Linke Maustaste auf File dann New Window klickst, oder die Tastenkombination Strg+N (Ctrl+N) dr\"uckst,
\item[-] und speicherst entweder \"uber File, dann Save As, oder durch die Tastenkombination Strg+S (Ctrl+S).
\item[-] Das Editorfenster öffnest du indem du entweder mit der Linke Maustaste auf File dann New Window klickst, oder die Tastenkombination Strg+N (Ctrl+N) drückst,
\item[-] und speicherst entweder über File, dann Save As, oder durch die Tastenkombination Strg+S (Ctrl+S).
\end{itemize}
\subsection{Anleitung Einschalten}
......@@ -254,7 +254,7 @@ ledPin = 11 \# {\color{blue} Dem Pin 11 wird einen Namen zugewiesen. Siehe Abbil
\end{minipage}}}
\vskip 2.5mm
\noindent
Dann dr\"uckst du strg+S um zu speichern und mit der Taste F5 l\"asst du das Programm laufen.
Dann drückst du strg+S um zu speichern und mit der Taste F5 lässt du das Programm laufen.
{\color{blue}(Editorfenster nicht schliessen)} \\
\\
Die LED sollte jetzt leuchten.
......@@ -273,7 +273,7 @@ einfach den Zeilencode
\end{minipage}}}
\vskip 2.5mm
\noindent
in dem Programm erg\"anzen.
in dem Programm ergänzen.
\vskip 2.5mm
\noindent
......@@ -303,7 +303,7 @@ Deine Aufgabe ist jetzt die LED auszuschalten. \\
In Python schreibt man GPIO.HIGH (Grosschreibung beachten) oder 1 um einen Pin einzuschalten und GPIO.LOW oder 0 um es auszuschalten. \\
HiGH oder 1 bedeutet dass der Pin eine Spannung von 3,3v hat. \\
LOW oder 0 bedeutet dass der Pin eine Spannung von 0v hat. \\
Das ist alles was du f\"ur die Aufgabe brauchst. \\
Das ist alles was du für die Aufgabe brauchst. \\
Nach jeder \"Anderung des Codes, denk dran dein Programm zu speichern, damit die \"Anderung vorgenommen wird. \\
\\
{\bf{Die LED ist jetzt aus!}} \\
......@@ -337,18 +337,18 @@ time.sleep(seconds) \# {\color{blue} hier kommt die Zeit in Sekunden } \\
\noindent
Du hast in deinem Programmcode schon eine erste Bibliothek importiert. \\
Importiere die Time Bibliothek direkt danach damit es schon am Anfang erkannt wird. \\
Das ist alles was du f\"ur die Aufgabe brauchst. \\
Das ist alles was du für die Aufgabe brauchst. \\
\\
{\bf{Aufgabe 4}} \\
Die LED geht zwar an und wieder aus, muss aber jedes Mal neu gestartet werden. \\
Jetzt soll die LED 5 Mal an und aus gehen, also blinken. \\
\\
{\bf{Anleitung:}} \\
Es gibt viele M\"oglichkeiten dies zu realisieren. Hier werden zwei davon vorgestellt. \\
Es gibt viele Möglichkeiten dies zu realisieren. Hier werden zwei davon vorgestellt. \\
Die For Schleife und die While Schleife
Hier lernst du zuerst einen neuen Begriff kennen. {\tt{Variable}}
Eine Variable ist einfach ausgedr\"uckt ein Beh\"alter, oder Wertespeicher,
der einen beliebigen Name annehmen kann, ausser f\"ur den Compiler spezifische Namen. \\
Eine Variable ist einfach ausgedrückt ein Behälter, oder Wertespeicher,
der einen beliebigen Name annehmen kann, ausser für den Compiler spezifische Namen. \\
\\
Eine Variablendefinition sieht in Python so aus:
\vskip 2.5mm
......@@ -381,7 +381,7 @@ probe = 1.5
\end{minipage}}}
\vskip 2.5mm
\noindent
im Datentyp String (Charakter. Sie werden immer in Anf\"uhrungszeichen eingeschlossen)
im Datentyp String (Charakter. Sie werden immer in Anführungszeichen eingeschlossen)
\vskip 2.5mm
\noindent
{\colorbox{hellgrau}{\begin{minipage}{\linewidth}
......@@ -401,7 +401,7 @@ print("Hello World")
\end{minipage}}}
\vskip 2.5mm
\noindent
Hier k\"onnen wir auch 2 Nachrichten ausgeben lassen. Die werden einfach durch Komma voneinander getrennt. \\
Hier können wir auch 2 Nachrichten ausgeben lassen. Die werden einfach durch Komma voneinander getrennt. \\
\vskip 2.5mm
\noindent
{\colorbox{hellgrau}{\begin{minipage}{\linewidth}
......@@ -413,8 +413,8 @@ Print(probe, ``Wie alle andere!'')
\vskip 2.5mm
\noindent
Dieser Programmcode gibt aus: Ich bin ein Programm Wie alle andere!
In Datentyp bool (Dieser Datentyp repr\"asentiert Wahrheitswerte aus der Menge True und False.
Werte dieses Datentyps werden zumeist bei Anfragen zur\"uckgegeben)
In Datentyp bool (Dieser Datentyp repräsentiert Wahrheitswerte aus der Menge True und False.
Werte dieses Datentyps werden zumeist bei Anfragen zurückgegeben)
\vskip 2.5mm
\noindent
{\colorbox{hellgrau}{\begin{minipage}{\linewidth}
......@@ -426,7 +426,7 @@ probe = False oder probe = True
\noindent
\\
{\bf{Die {\tt{if}} Anweisung }} \\
F\"uhrt einen Befehl aus wenn die Bedingung zutrifft \\
Führt einen Befehl aus wenn die Bedingung zutrifft \\
\vskip 2.5mm
\noindent
{\colorbox{hellgrau}{\begin{minipage}{\linewidth}
......@@ -457,26 +457,26 @@ else: \\
{\colorbox{hellgrau}{\begin{minipage}{\linewidth}
{\tt{
for x in range(0, 3): \\
print("Wir sind p\"unktlich")
print("Wir sind pünktlich")
}}
\end{minipage}}}
\vskip 2.5mm
\noindent
{\bf{Erkl\"arung:}} \\
{\bf{Erklärung:}} \\
{\tt{X}} ist eine beliebige Variable
{\tt{range(Anfang, Ende, Abstand)}}: ist eine Python vordefinierte Funktion, womit man Zahlen in vorgegebene Abstand darstellen kann. \\
Die Funktion {\tt{range()}} wird dir helfen, die Schleifendurchl\"aufe in deinem Programm festzulegen.\\
Die Funktion {\tt{range()}} wird dir helfen, die Schleifendurchläufe in deinem Programm festzulegen.\\
{\bf{Beispiel:}} \\
{\tt{range(0, 10):}} die Schleife wird hier 10 mal durchgef\"uhrt. In dem Fall brauchen wir den Abstand nicht anzugeben.\\
{\tt{range(0, 10):}} die Schleife wird hier 10 mal durchgeführt. In dem Fall brauchen wir den Abstand nicht anzugeben.\\
\\
{\tt{print()}} gibt eine Nachricht auf den Bildschirm aus. \\
\\
Normalerweise ist ein Programm aus Anweisungsbl\"ocken aufgebaut.
Je nach Programmiersprache wird ein Block durch Schl\"usselw\"orter wie begin und end eingeschlossen,
durch geschweifte Klammer {} oder durch gemeinsame Einr\"uckung des Programmtextes gekennzeichnet. \\
In Python sind die Bl\"ocke durch gemeinsame Einr\"uckung des Programmtextes dargestellt. \\
Das Einr\"ucken passiert normalerweise automatisch, wenn man nach dem Doppelpunkt auf enter dr\"uckt. \\
Die erste Einr\"uckung ist gleich 4 mal das Leerzeichen, die zweite 8 mal und so weiter.
Normalerweise ist ein Programm aus Anweisungsblöcken aufgebaut.
Je nach Programmiersprache wird ein Block durch Schlüsselwörter wie begin und end eingeschlossen,
durch geschweifte Klammer {} oder durch gemeinsame Einrückung des Programmtextes gekennzeichnet. \\
In Python sind die Blöcke durch gemeinsame Einrückung des Programmtextes dargestellt. \\
Das Einrücken passiert normalerweise automatisch, wenn man nach dem Doppelpunkt auf enter drückt. \\
Die erste Einrückung ist gleich 4 mal das Leerzeichen, die zweite 8 mal und so weiter.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/python.png}
......@@ -484,7 +484,7 @@ Die erste Einr\"uckung ist gleich 4 mal das Leerzeichen, die zweite 8 mal und so
% \caption{Schaltplan}
% \label{rpi:schaltung}
\end{figure}
Jetzt hast du alles, was du brauchst um die Aufgabe mit der for-Schleife zu l\"osen. \\
Jetzt hast du alles, was du brauchst um die Aufgabe mit der for-Schleife zu lösen. \\
\\
{\bf{Die {\tt{while}} Schleife:}} \\
{\bf{Syntax:}} \\
......@@ -498,9 +498,9 @@ while Bedingung: \\
\end{minipage}}}
\vskip 2.5mm
\noindent
{\bf{Erkl\"arung:}} \\
Solange die Bedingung zutrifft, wird die Anweisung ausgef\"uhrt, und sobald
die Bedingung nicht mehr erf\"ullt ist, wird die Schleife verlassen.\\
{\bf{Erklärung:}} \\
Solange die Bedingung zutrifft, wird die Anweisung ausgeführt, und sobald
die Bedingung nicht mehr erfüllt ist, wird die Schleife verlassen.\\
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/operator.png}
......@@ -533,38 +533,38 @@ while True: \\
\noindent
\\
Du stellst hier fest, dass die LED endlos an und aus geht.
Die while-Schleife l\"auft einfach unendlich. Zum Stoppen des Programms, muss du Strg-C dr\"ucken.
Die while-Schleife läuft einfach unendlich. Zum Stoppen des Programms, muss du Strg-C drücken.
Es kann passieren dass beim beenden des Programms, die LED an bleibt. Es passiert deswegen weil
der Pin nicht freigegeben wurde. Es gibt in Python Ausdr\"ucke, die Ausnahme F\"alle oder Fehler behandeln.
der Pin nicht freigegeben wurde. Es gibt in Python Ausdrücke, die Ausnahme Fälle oder Fehler behandeln.
ein davon ist die {\color{blue}{\tt{try und except}}}. \\
\\
{\bf{Beispiel:}} \\
{\tt{try:}} \\
Um es zu vermeiden gibst du einfach am Ende des Programms alle verwendeten Pins wie der frei indem du
diese Zeile am Ende des Codes hinzuf\"ugt.\\
diese Zeile am Ende des Codes hinzufügt.\\
{\tt{GPIO.cleanup()}}\\
\\
Die LED sollte aber nur 5 Mal an und aus gehen. Mit Hilfe einer Variable kannst du deine Bedingung festlegen, denk daran die Variable vor dem Verwenden zu deklarieren, und am Ende jeder Durchlauf inkrementierst du die Variable (um 1 erh\"ohen) in dem du dazu 1 addierst. \\
Das ist alles was du f\"ur diese Aufgabe brauchst. \\
Die LED sollte aber nur 5 Mal an und aus gehen. Mit Hilfe einer Variable kannst du deine Bedingung festlegen, denk daran die Variable vor dem Verwenden zu deklarieren, und am Ende jeder Durchlauf inkrementierst du die Variable (um 1 erhöhen) in dem du dazu 1 addierst. \\
Das ist alles was du für diese Aufgabe brauchst. \\
\\
{\bf{Jetzt blinkt die LED.}} \\
\\
{\bf{Aufgabe 4}} \\
Um die Aufgabe noch klarer zu gestalten, soll am Anfang jeden Durchlaufs, die Nummer des Durchlaufes
angezeigt werden z.B. ( 1. Durchlauf ). Wenn die LED an geht soll die Nachricht {\color{red}\tt{Die LED ist an...}},
wenn die LED aus geht soll die Nachricht {\color{red}\tt{Die LED ist aus...}} angezeigt werden und am Ende alle Durchl\"aufe
wenn die LED aus geht soll die Nachricht {\color{red}\tt{Die LED ist aus...}} angezeigt werden und am Ende alle Durchläufe
die Nachricht Auf Wiedersehen... angezeigt werden. \\
Kleiner Tipp: Schau dir die Anleitung der Aufgabe 3 auf der Seite 12 noch einmal an. \\
Du hast jetzt alles was du f\"ur diese Aufgabe brauchst. \\
Du hast jetzt alles was du für diese Aufgabe brauchst. \\
\section{Mit dem Mikrotaster die LED ein und ausschalten}
Normalerweise besteht eine vollst\"andige automatische Steuerung aus drei wesentlichen Teilen:
Normalerweise besteht eine vollständige automatische Steuerung aus drei wesentlichen Teilen:
INPUT (EINGANG), OUTPUT (AUSGANG) und CONTROL(STEUERUNG). \\
Im letzten Abschnitt ist das LED-Modul der Ausgangsteil und der RaspPI ist der Steuerteil.
In praktischen Anwendungen lassen wir nicht nur die LED-Lichter blinken, sondern lassen das Ger\"at die Umgebung erkennen,
In praktischen Anwendungen lassen wir nicht nur die LED-Lichter blinken, sondern lassen das Gerät die Umgebung erkennen,
erhalten Anweisungen und ergreifen dann die entsprechenden Massnahmen, wie z. B. die LED leuchten,
einen Piepton ert\"onen lassen und so weiter.
einen Piepton ertönen lassen und so weiter.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
......@@ -575,9 +575,9 @@ einen Piepton ert\"onen lassen und so weiter.
\end{figure}
\subsection{Mikrotaster}
Mikrotaster schliessen einen Stromkreis, solange sie gedr\"uckt werden und \"offnen ihn wieder wenn sie losgelassen werden,
so wie z.B. die Tasten einer Tastatur oder die Kn\"opfe einer Computer maus. \\
Die Taster k\"onnen direkt in die Steckplatine eingesetzt werden.\\
Mikrotaster schliessen einen Stromkreis, solange sie gedrückt werden und öffnen ihn wieder wenn sie losgelassen werden,
so wie z.B. die Tasten einer Tastatur oder die Knöpfe einer Computer maus. \\
Die Taster können direkt in die Steckplatine eingesetzt werden.\\
Sie haben vier Beinchen, je zwei davon sind aber direkt verbunden,
daher musst du darauf achten, den Taster richtig gedreht in die Schaltung einzusetzen ( Abbildung \ref{rpi:taster} ).
......@@ -590,7 +590,7 @@ daher musst du darauf achten, den Taster richtig gedreht in die Schaltung einzus
\end{figure}
\subsection{Komponentliste}
In der Abbildung \ref{rpi:komps} sieht man die relevanten Komponenten f\"ur diese Aufgabe.
In der Abbildung \ref{rpi:komps} sieht man die relevanten Komponenten für diese Aufgabe.
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/taster_comps.png}
......@@ -601,7 +601,7 @@ In der Abbildung \ref{rpi:komps} sieht man die relevanten Komponenten f\"ur dies
\subsection{Aufgabe}
Baue die Schaltung wie in der Abbildung \ref{rpi:schaltung_taster} auf. \\
Mache dir Gedanken dar\"uber, wie du die LED beim dr\"ucken des Tasters an und ausschalten kannst.\\
Mache dir Gedanken darüber, wie du die LED beim drücken des Tasters an und ausschalten kannst.\\
\begin{figure}[!htbp]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{pics/schaltung_2.png}
......@@ -610,7 +610,7 @@ Mache dir Gedanken dar\"uber, wie du die LED beim dr\"ucken des Tasters an und a
\label{rpi:schaltung_taster}
\end{figure}
{\bf{Anleitung}} \\
Was du gebrauchen k\"onntest: \\
Was du gebrauchen könntest: \\