Stundenplan 3000 (Germany language)
Der Stundenplan 3000 ist eine
Mikrocontroller Applikation und erfühlt die Aufgabe eines elektronischen
Stundenplanes. Dieser Stundenplan kann für sechs Wochentage bis zu 14
Unterrichtsstunden pro Tag speichern und anzeigen. Alle Eingaben werden in dem Mikrocontroller dauerhaft gespeichert und
gehen auch bei einem Batteriewechsel nicht verloren. Die Unterrichtsfächer
können in einer Wochenübersicht oder in einer Tagesreihenfolge abgerufen
werden. Zudem ist der Stundenplan mit einer automaischen Abschaltfunktion
versehen, die aktiviert wird wenn er für ca. 3min nicht benutzt wird.
Konzept:
Dieses Elektronikprojekt ist für Schüler, Azubis und Elektronikeinsteiger konzipiert worden.
Es wurde als ein einfache und leicht
verständliche Mikrocontroller Applikation entwickelt, die als Grundlage für
folgende Themen dienen soll:
- Bauteile
o Transitoren
o Widerstände
o LEDs
o Tasten
o Mikrocontroller
- Bestückung von Platinen
- Löten
- Einführung BASCOM AVR IDE
- Mikrocontroller Programmtechnik
o Initialisierung
o Interrupts
o Multitasking
o Multiplex Anzeige
o Tastatur
o Sleepmodus / Reset
o EEprom
-Relevanter
Anwendungsbereich
Bedienung:
Der Stundenplan
wird über die Taste „EIN“ aktiviert. Es stehen zwei Anzeigemodi zu Verfügung.
Der erste ist die Wochenübersicht. Hierbei werden die die Tage und die entsprechenden Fächer im Rotationverfahren („Mo“ bis „Sa“) für eine
Sekunde angezeigt. Es spielt dabei keine Rolle ob ein Tag mit
Unterrichtsfächern programmiert ist. Der Wochenmodus ist nach einem Tastendruck
der Taste „EIN“ aktiviert.
Der zweite
Anzeigemodus ist die Tagesansicht. Sie wird durch eine direkt Anwahl eines
Tages („Mo“-„Sa“)
aktiviert. In der Tagesansicht wird nur der angewählte Tag und die
entsprechenden Fächer angezeigt. Die Besonderheit ist jedoch, dass die
Unterrichtstunden nun rotierend in der Reihenfolge in ihrer Programmierung angezeigt
werden. Somit kann bei der Programmierung der Fächer auch die chronologische
Reihenfolge der Unterrichtsstunden festgelegt werden.
Um die Unterrichtsstunden
für einen Tag zu programmieren, muss der Stundenplan sich in der Tagesansicht
befinden und der gewünschte Tag angewählt sein.
Über die Taste „Prog./Speichern“ wird der
Programmiermodus aktiviert. Mit der Taste „Fach“
wird das gewünschte Fach ausgewählt. Die LED des entsprechenden Faches blinkt
nun auf. Dabei spielt die Blinkweise der
LED eine wichtige Rolle. Blink die LED nur kurz auf, ist dieses Fach nicht für die Tag gespeichert. Blinkt
die LED lange auf mit einer kleinen Pause, ist dieses Fach für diesen Tag
gespeichert. Um ein Fach zu speichern oder wieder zu löschen, wird die Taste „Setzen/Löschen“ benutzt.
Der
Mikrocontroller merkt sich bei der Programmierung, in welcher Reihenfolge die
Unterrichtsstunden angewählt werden und gibt diese Reihenfolge später bei der
Tagesansicht wieder. Ein erneuter Tastendruck „Prog./Speichern“ schließt die
Programmierung ab.
Wird die
Programmierung ohne eine Anwahl
abgeschlossen, wird der entsprechende Tag gelöscht.
Der Stundenplan
verfügt über eine „Auto off“ – Funktion. Das heißt, er schaltet sich ca. 3min
nach dem letzten Tastendruck aus.
Schaltungsbeschreibung:
Das Herz der
Schaltung ist der Mikrocontroller IC1. Er steuert alle Funktionen, wie LED
–Anzeige, Tastaturabfrage und die Speicherverwaltung.
Die Anzeige der
Unterrichtsstunden, die Anzeige der Wochentage und die Tastaturabfrage sind in drei Blöcke
geteilt und werden im Multiplexverfahren verarbeitet. Das heißt, es teilen sich mehre
LEDs und Taster
ein Port vom Mikrocontroller. Damit der Mikrocontroller zwischen den LEDs und
Tastern unterscheiden kann, benötigt er die Transistoren T1, T2 und T3. Diese
Transistoren arbeiten wie ein Schalter. Wenn der Mikrocontroller z.B. den
Transistor T2 aktiviert, werden die LEDs für die Wochentage (D15 - D20) mit der
Masse verbunden. Bekommen nun die LED ein EIN-Signal vom Mikrocontroller,
leuchten diese auf. Deaktiviert der Mikrocontroller wiederum den Transistor wird die Verbindung zum Masse
unterbrochen, worauf die LEDs nicht mehr leuchten können.
Dabei wird für
alle 10ms immer nur eine LED Gruppe eingeschaltet, entweder die Unterrichtsstunden (D1-14) oder die
Wochentage (D15-D20). Dadurch werden die LEDs mit einer Frequenz von 50Hz
geschaltet. Also wird jede leuchtende
LED 50mal in der Sekunde ein- und
ausgeschaltet. Da unsere Augen sehr träge sind, können wir dieses Ein- und
Ausschalten nicht mehr erkennen und sehen nur noch ein dauerhaftes Leuchten der
LEDs.
Bei den Tastern
ist es etwas anders. Mit dem Transistor
T1 aktiviert der Mikrocontroller die Tasten. Wird eine Taste gedrückt, wird der entsprechende Port
des Mikrocontrollers gegen Masse
gezogen. Dieses Low-Signal detektiert der Mikrocontroller als Tastendruck.
Damit der
Mikrocontroller alle Funktionen und Aufgaben bewältigen kann, ist das
Programm als Multitasking Funktion
aufgebaut. Zwar ist dieses Multitasking aufgrund der Übersichtlichkeit sehr
einfach gehalten worden, aber es zeigt die Grundzüge einer Multitasking
Programmstruktur auf.
Es laufen also
mehrere Programmprozesse
gleichzeitig unabhängig
voneinander. Wie zum Beispiel die
Tastaturabfrage, LED Anzeige oder Zeitfunktionen.
Die Widerstände
R1 –R14 sind Vorwiderstände für die LEDs. Sie tragen dafür Sorge, dass die LEDs
nicht zu viel Spannung bekommen und ihr Betriebsstrom begrenzt wird. Da gerade
bei einer batteriebetriebenen Schaltung das Strommanagement eine wichtige Rolle
spielt, sind die Dioden als LOW-Current Dioden ausgelegt. Diese Sorte
Leuchtdioden benötigen nur 2mA Betriebsstrom.
Ein weiterer
Trick ist um bei den Leuchtdioden noch mehr Strom zu sparen, ist sie gepulst
(hier mit 50Hz) zu betreiben.
Die Formel für
ein LED Vorwiderstand ist recht einfach.
Eine wichtige Rolle hat der Taster „EIN“
(S10). Der Stundenplan ist eigentlich nie aus, er ist immer an und der Taster
„EIN“ ist eigentlich auch kein richtiger EIN –Schalter. Mit dem Taster S10 wird
an dem Mikrocontroller ein Reset ausgelöst. Das heißt, egal was der
Mikrocontroller auch macht, bei einem RESET fängt der Mikrocontroller immer
wieder mit allem neu an.
Zuerst sortiert sich der Mikrocontroller
neu. Er bringt alle Ports in einem definierten Zustand, löscht Speicher und
Register. Da fängt er mit dem ersten Programmschritt an.
Bei einem Auto Off wird der Stundenplan wie bereits angedeutet nicht richtig
ausgeschaltet. Zuerst schaltet der Mikrocontroller alle LEDs und die Tasten ab.
Dann versetzt sich der Mikrocontroller in einem Sleep –Modus. In diesem Sleep
–Modus verbraucht der Mikrocontroller (also auch der Stundenplan) nur 3µA
Strom, also 0.000003 Ampere. Es würde Jahre dauern bis in diesem Modus die
Batterien aufgebraucht wären. Ist der Stundenplan aktiv, beträgt die
Stromausnahmen auch nur maximal 15mA.
Durch einen RESET mit der Taste „EIN“ (S10) wird der
Mikrocontroller „aufgeweckt“ und somit der Stundenplan aktiviert.
Bauteile:
Menge Artikel Pos
20 Stk. Low
Current LED 5mm D1 – D20
3 Stk. BC547 T1,
T2, T3
14 Stk.
470Ω, 1/4W R1
– R14
4 Stk. 100kΩ,
1/4W R15,
R17, R19, R21
3 Stk. 10kΩ,
1/4W R16,
R18, R20
1 Stk. ATMEGA8 IC1
1 Stk. 100nF C1
1 Stk. Stiftleiste
1x6 K1
+ K2
10 Stk. Miniaturtaster S1 – S10
2 Stk. Mignon
AA 1,5V Bat
1, Bat 2
[c] Achim Tüchter , Nordhorn
:nomit - Nordhorner Mikrocontroller Technik
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