Python exemplarisch - RPi Tutorial
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1. EINFÜHRUNG

 

 

Mikroprozessoren überall

 

Im Alltag wird eine zunehmende Anzahl von Maschinen durch Mikroprozessoren (auch Mikrocontroller genannt) gesteuert. Sie erhöhen die Flexibilität, reduzieren die Anzahl elektrischer und mechanischer Komponenten und geben den Maschinen eine gewisse Intelligenz. Die grundlegende Architektur der Mikroprozessoren ist die gleiche wie bei allen Rechenmaschinen, von kleinen eingebetteten Prozessorsytemen bis zu den Kommunikationsgeräten und Desktopcomputern. Sie alle werden unter Verwendung einer bestimmten Programmiersprache programmiert, wobei die Programme in den meisten Fällen nicht automatisch, sondern von Menschen konzipiert und verfasst sind. Daher sind Kenntnisse der Programmierkonzepte grundlegend, um moderne Maschinen zu entwickeln, aber auch um zu verstehen, wie sie funktionieren.

 

 

Mikroprozessor-Programmierung ist cool

 

Die Programmierung von Mikroprozessoren ist sehr motivierend und macht Spass. Diese kleinen und billigen Systeme sehen zwar wie Spielzeuge aus, verhalten sich aber wie echte Computer. Mit Hilfe von Sensoren reagieren sie auf die reale Welt und können physikalische Grössen wie Helligkeit, Farbe, Druck, Temperatur, usw. erfassen und Aktoren wie Motoren, Lampen, Ventile usw. ansteuern. Es ist interessanter und spannender zu beobachten, wie die reale Umgebung das Verhalten eines Systems beeinflusst, als vor einem Computerbildschirm zu sitzen und Tastatur und Maus zu bedienen.

Seit einigen Jahren hat sich die Programmierung von Mikroprozessoren zu einem Hobby für viele Menschen auf der ganzen Welt entwickelt. Der Grund sind zwei weit verbreitete Systeme: der Arduino und der Raspberry Pi.

 

 

Mikroprozessoren zum Lernen der Grundkonzepte der Informatik

 

Mit dem Arduino und dem Raspberry Pi ist es gleichermassen möglich, grundlegenden Konzepte der Programmierung und elektronischen Schnittstellen zu erlernen. Aber mit dem Arduino stehen dazu nur C/C ++ (und einige symbolorientierte Sprachen wie Scratch) zur Verfügung. Mit dem Raspberry Pi steht hingegen die Welt für alle Arten von Informatikaktivitäten offen, einschliesslich der Installation und Handhabung des Linux-Betriebssystems. Zudem ist die Implementierung von C++ auf dem Arduino aufgrund der eingeschränkten Computerressourcen schlecht und es besteht daher die Gefahr, sich einen schlechten, altmodischen Programmierstil anzueignen. Auf der anderen Seite wird auf dem Raspberry Pi überwiegend Python eingesetzt, die wegen ihrer Interaktivität und Einfachheit für den Einstieg in das Programmieren sehr geschätzt wird. Da es nicht unser Ziel ist, nur mit elektronischen Geräten zu spielen, sondern die grundlegenden Konzepte der Informatik zu vermitteln, lässt der Raspberry Pi die Tür weit offen für moderne technologische Einsichten und die persönliche Weiterbildung.

 

 

Mikroprozessoren im Lehrplan

 

In vielen Anwendungen erfasst ein Mikroprozessor mit Hilfe von Sensoren die Daten aus der Aussenwelt. Es gibt viele verschieden konstruierte Sensoren für alle Arten von physikalischen Grössen. Das Verständnis ihrer Funktionsweise ist ein Bestandteil des Physikunterrichts und ein interessantes Thema für die Naturwissenschaften. Die Sensordaten werden als elektrisches Signal (üblicherweise eine Spannung) unter Verwendung von elektronischen Komponenten an den Mikroprozessor übertragen. Um zu verstehen, wie Sensoren funktionieren und wie man sie anschliessen muss, erfordert auch bestimmte Grundkenntnisse der Elektronik. Da schliesslich das gesamte System mit einem Programm gesteuert wird, sind aber auch Grundkenntnisse der Programmierung notwendig. Der Umgang mit Mikroprozessorsystemen ist daher wirklich ein interdisziplinäres Abenteuer.

 

 

Lernen mit Kopf, Herz und Hand

 

(Johann Heinrich Pestalozzi, Schweizer Pädagoge und Bildungsreformer)

Um ein Mikroprozessorsystem zum Laufen zu bringen, müssen Sie einen klaren Kopf haben, aber auch Herzblut und Energie einsetzen, um alle Hürden zu überwinden - und schliesslich müssen Sie ein geschickter Handwerker sein, um die elektronischen und mechanischen Komponenten zu montieren und zu verdrahten.

 

 

One-Click-Ausführung, Remote Development

 

Um die Mikroprozessor-Programmierung so weit wie möglich zu vereinfachen, bieten wir die Programmierumgebung TigerJython mit einer modernen IDE an, mit der auf jedem PC / Mac / Linux und mit einem Klick ein Programm auf dem Raspberry Pi ausgeführt werden kann. Beim Klick auf das schwarze Taskleistensymbol wird in einem Schritt das Programm über TCP/IP auf den Raspberry Pi hinuntergeladen und dort mit dem Python-Interpreter ausgeführt. Die Ausgaben von print-Anweisungen und Fehlermeldungen werden an die IDE zurückgesendet und im Ausgabe-Fenster angezeigt.

(Weitere Informationen im Kapitel Entwicklungstools.)


Durch Integration unseres Tools RaspiRemoteManager kann auch in der freien Entwicklungsumgebung Geany ein Programm mit einem Klick auf den Raspberry Pi hinuntergeladen und dort ausgeführt werden, wobei hier die print-Anweisungen und Fehler-meldungen in einem separaten Fenster erscheinen.

(Weitere Informationen im Kapitel Entwicklungstools.)