Conrad 15000 Operation Manual [de]

POWERED BY
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Speziell für Kinder konzipierte Programmiersprache
Selber programmieren hat noch nie so viel Spaß gemacht …
… wie mit den Arduino-Projekten für Young Makers. Denn mit diesem Paket geht es gleich ans Eingemachte: Schon bald blinkt die erste LED, und kurz darauf hast du eine ganze Ampelanlage aufgebaut und programmiert. Oder hast du schon mal einen elektronischen Würfel mit einem Knete-Controller gesteuert? Nein? Dann leg gleich los!
Projekte, die Spaß machen
Mit Arduino-kompatibler Platine
einfache Programmierung mit Snap!
kein Löten erforderlich
inkl. aller Bauteile
Arduino-Projekte für Young Makers
Das Handbuch in englischer Sprache ist als Download unter www.conrad.de erhältlich.
The English version of the handbook can be
!
downloaded at www.conrad.de
Für Kinder unter 14 Jahren nicht geeignet. This is not a toy! Not suitable for children under 14 years.
2017/01
Diese Teile sind enthalten:
Arduino-kompatible Nano-Platine, LEDs,
Widerstände und weitere elektronische Bauteile, Steckbrett und Knete.
Diese Projekte setzt du um:
Wechselblinklicht, Fußgängerampel,
LED-Würfel, LED-Dimmer, Pegelanzeige
.
© 2017 Franzis Verlag, Richard-Reitzner-Allee 2, D-85540 Haar,
Innovationen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten. Subject to innovation, errors and printing errors.
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Arduino-Projekte für Young Makers
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POWERED BY
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Liebe Kunden!
Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben.
Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird. Das Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden.
Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose Annahmestelle finden, sagt Ihnen Ihre kommunale Verwaltung.
Achtung! Augenschutz und LEDs:
Blicken Sie nicht aus geringer Entfernung direkt in eine LED, denn ein direkter Blick kann Netzhautschäden verursachen! Dies gilt besonders für helle LEDs im klaren Gehäuse sowie in besonderem Maße für Power-LEDs. Bei weißen, blauen, violetten und ultravioletten LEDs gibt die scheinbare Helligkeit einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Gefahr für
Ihre Augen. Besondere Vorsicht ist bei der Verwendung von Sammellinsen geboten. Betreiben Sie die LEDs so wie in der Anleitung vorgesehen, nicht aber mit größeren Strömen.
Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträgern oder im Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt.
Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.
Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor haften in Fällen des Vorsatzes oder der groben Fahrlässigkeit nach den gesetzlichen Bestimmungen. Im Übrigen haften Verlag und Autor nur nach dem Produkthaftungsgesetz wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspflichten. Der Schadens- ersatzanspruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz gegeben ist.
Autor: Christian Immler Art & Design: www.ideehoch2.de Satz: DTP-Satz A. Kugge, München
© 2017 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar
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Inhaltsverzeichnis
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1 Nano-Platine und PC vorbereiten ..................................................6
Arduino und kompatible Platinen ............................................................. 7
as du sonst noch brauchst
oftware installieren.................................................................................
2 Die Teile im Paket ..........................................................................12
teckbretter .............................................................................................
Knete, Draht und Krokod
Widerstände .............................................................................................
Potenziometer LEDs
3 Wechselblinklicht ............................................................................26
Programmieren mit Snap4Arduino
o funktioniert das Programm ................................................................1
4 Fußgängerampel ............................................................................36
s geht los
o funktioniert das Programm
l klemmenkabel ..............................................
20 22
4
4
7
5 LED-Würfel .....................................................................................50
o funktioniert das Programm ...............................................................
LED-Würfel mit echtem Würfeleffekt ......................................................6
6 LED dimmen ....................................................................................62
o funktioniert das Programm ................................................................6
7 Pegelanzeige .................................................................................68
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................................................................7
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Der kleine Hacker
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Nano-Platine
und PC vorbereiten
Das Programmieren von Mi kr
ntrollern war früher nur etwas für Ingenieure und Informatiker. Arduino ermög licht dank übersichtlicher Hardware und einfach zu ver
tehender Software auf ein
mal jedem den Einstieg in
ie Mikrocontrollertechnik.
Die Arduino-Plattform, eine
erie kleiner, kostengüns
iger Platinen auf der Basis von Atmel-Mikrocontrollern wurde ursprünglich für Bast ler und Künstler entwickelt
ie damit interaktive elektro nische Objekte schufen. Die Pl
ttform ist inzwischen in
DER NAME „ARDUINO“
Der Arduino kommt aus Italien und wurde nach dem italienischen König
rduino benannt, der bis ins Jahr 1005 in Ivrea, dem Firmensitz des
rduino-Herstellers herrschte. Nach diesem König ist dort auch die Lieblingsbar der Ardui­no-Entwickler Massimo Banzi und David Cuarti­elles benannt
WAS IST EIN MIKROCONTROLLER?
Ein Mikrocontroller ist ein kleiner (mikro = winzig) pro­grammierbarer Elektronikchip, der zur Steuerung (to control = steuern) von unterschiedlichster Hardware
erwendet wird. Mikrocontroller sind heute in den meis-
en Geräten eingebaut, die eine elektronische Steuerung haben, wie unter anderem Küchengeräte, Elektronik­spielzeug, Alarmanlagen, Heizungsanlagen oder Fahr­radtachos. Im Gegensatz zu einem „echten“ Computer haben sie kein Betriebssystem und auch keine Festplat-
e. Prozessor, Programmspeicher und Datenspeicher befinden sich alle auf dem gleichen Chip, der zusätzlich
uch Anschlüsse zur Steuerung externer Hardware wie
LEDs, LCD-Anzeigen, Tastern und Sensoren hat
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er Maker-Szene zum allgemeinen
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auch die
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tandard für mikrocontrollergesteu
erte Hardwareprojekte geworden
ARDUINO UND
hat gegenüber dem klassischen UNO eine kleinere Bauform und kann
irekt, d. h. ohne zusätzliche Kabel uf ein Steckbrett gesteckt werden
KOMPATIBLE PLATINEN
Die Arduino-Plattform bietet mittler weile eine große Vielfalt von Platinen für unterschiedliche Anwendungs
weck
Neben dem Original-Arduino gibt es
ede Menge kompatibler Platinen,
ie nicht nur fast gleich aussehen,
ndern funktionieren. Für die Experimente ist in diesem Paket eine kompatible
h wie der echte Arduin
WAS DU SONST NOCH BRAUCHST
In unserem Paket sind bereits alle Bauteile enthalten, die du zum Auf bau der Experimente benötigst
Zur Programmierung des Arduino verwenden wir in den Experimen
en einen Windows-PC. Die Ardui no-Software wie Programmiersprache Snap4Arduino werden außer für Windows auch für
interaktiv
Nano und UNO im Größenvergleic
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Der kleine Hacker
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Nano-Platine
und PC vorbereiten
Linux und Mac OS angeboten. Eine App für Chromebooks befindet sich noch in der Experimentierphase, funktioniert aber schon ziemlich
uverlässig
USB-KABEL
Die Verbindung zwischen PC und Nano erfolgt über ein USB-Kabel mit einem Micr einer Seite. Du brauchst dir ein sol ches Kabel nicht extra zu besorgen, fast alle modernen Smartphones verwenden diesen Steckertyp. Die
es USB-Kabel wird gleichzeitig zur
Programmierung und zur Stromver
orgung der Platine verwendet. Der Nano braucht also für unsere Experi mente kein eigenes Netzteil
f
SOFTWARE INSTALLIEREN
Zur Programmierung des Nano sind ein paar Programme auf dem PC erforderlich, die alle kostenlos her
ntergeladen werden können
Alle notwendige Software und auch
ie Beispielprogramme aus diesem
Paket findest Du auf www.buch.cd.
ib dort den Code 15000-4 ein und
ade dir die Zip-Datei herunter. Ent
acke diese anschließend in ein Ver
eichnis auf der Festplatte
TREIBER INSTALLIEREN
Der Nano braucht zur Verbindun mit dem PC über das USB-Kabel einen speziellen Treiber.
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chließe den Nano über das
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aus dem entpackten
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1
USB-Kabel am PC an. Ver
wende nach Möglichkeit einen USB
2.0-Anschluss, da es an USB-3.0 Anschlüssen eher zu Verbindungs problemen kommen kann
ensteuerung bestätigt werden. Soll est du nicht mit Administratorrech en angemeldet sein, muss ein
Administrator diese Anfra
.
e bestäti
Installiere den Treiber mit
2
einem Doppelklick auf die Datei
CH341SER.EXE
Downl
4
. Zur Installation m
Danach kannst du das Fenster
r Treiberinstallation schli
ßen
Klicke im Installationsdialog
3
Bestätigung erscheint, dass der Trei
f Install und warte, bis eine
r installiert wur
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Nano-Platine
und PC vorbereiten
DIE PROGRAMMIERSPRACHE SNAP4ARDUINO
Für die Projekte im Paket verwenden wir die besonders einfach zu erler nende Programmiersprache Snap 4Ar
on beisnap4arduino.org herunter
oder verwende einfach die Datei
Snap4Arduino.exe aus den Down
loads zum Paket
nap4Arduino verwendet wie viele
ndere interaktive Programme die
tandardFirmata als Grundlage
. L
ur Kommunikation zwischen P
nd Arduino. Auf der Nano-Platine in di mata bereits vorinstalliert. Darum brauchst du dich also nicht zu küm
Klicke in Snap4Arduino oben links
wähle im Menü Language in der Liste Deutsch aus
Bevor du mit dem Programmieren beginnen kannst, muss eine Verbin
m Paket ist StandardFir
uf das Einstellungen-Symbol und
Wähle dort
ung zum Nano hergestellt werden.
he dazu
n links auf die Block
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alette Arduino
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klicke auf Mit Arduino
verbinden. Wähle
ann den vom Nano
v
n Port us. Snap4Arduino nterstützt mehrer
Arduinos an einem P
. Wenn mehrer
Ports angezeigt wer
en, ist meistens er mit der höheren
Nummer der richtige. Probiere es einfach
us. Bestätige die
erfolgreiche Verbin
ung mit einem Klick uf OK
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Der kleine Hacker
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Die Teile im Paket
In diesem Kapitel erhältst du das nötige Exper
enwissen, um mit den Bauteilen in diesem
Paket perfekt umgehen zu können.
Arduino-kompatible
N
-Platin
Steckbrett
2 LEDs
2 LEDs rot
2 LEDs gelb
20-MOhm-Widerstand
rün
(mit Vorwiderstand)
mit Vorwiderstand
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Potenziometer 15 kOh
m
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2 Krokodilklemmenkabe
Knete in verschi
Farben (die Farben der Knete können abweichen
Schaltdraht
isoliert
blanker Schaltdraht
n
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Der kleine Hacker
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Die Teile im Paket
STECKBRETTER
Für den schnellen Aufbau elektro nischer Schaltungen, ohne löten
u müssen, ist im Paket ein Steck
brett enthalten. Elektronische Bau
le können direkt in ein Lochraster
esteckt werden
Bei diesen Steckbrettern sind die
ußeren Längsreihen alle mit Kon
akten (X und Y) miteinander ver
bunden. Diese Kontaktreihen wer
en oft als Plus- und Minuspol zur tromversorgung der Schaltungen
enutzt. In den anderen Kontaktrei hen sind jeweils fünf Kontakte (A bis E und F bis J)
uer miteinander ver
bunden, wobei in der Mitte der Pla
ine eine Lücke ist. So können in di
Mitte größere Bauelemente, wie z. B.
ie Nano-Platine, gesteckt und nach ußen hin verdrahtet werden
KNETE, DRAHT UND KROKODIL­KLEMMENKABEL
Im Paket befinden sich Knete, Draht
nd Krokodilklemmenkabel. Damit bauen wir Kontaktschalter, um die Elektronikexperimente zu steuern. Knete kann so die sonst üblichen Tasten ersetzen
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Das Bild zeigt, welche Löcher auf
m Steckbrett mit bunden sind.
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Der Nano auf
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einem Steck-
außen
WARUM EIGENTLICH KNETE?
Knete leitet den Strom etwa so gut wie deine Haut. Sie lässt sich leicht in jede beliebige Form bringen, und ein Knetekontakt fasst sich viel besser an als ein einfaches Stück Draht. Die Fläche, mit der deine Hand den Kontakt berührt, ist deutlich größer. So kommt es nicht so leicht zu einem „Wackelkontakt“. Natürlich kannst du auch andere leitfähige Dinge,
ie zum Beispiel einen Löffel oder eine Münze, an
ein Krokodilklemmenkabel klemmen und als Kon-
akt nutzen. Die neuartige, leichte „Kugelknete“ mit ihren eingebauten Styroporkügelchen eignet sich nicht. Sie leitet den Strom nicht gut genu
rett – links
er
SB-Anschluss
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Der kleine Hacker
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Die Teile im Paket
KNETEKONTAKTE BAUEN
Für einen Knetekontakt
1
brauchst du als Erstes ein tück Knete. Forme aus einem Stück er Knete eine etwa 2 bis 3 cm große
Kugel oder eine andere Form, die gut
n der Hand liegt
KROKODILKLEMME
Warum die Krokodilklemmenkabel so heißen, kann sich jeder leicht vorstellen. Wir haben uns diesen Namen übrigens nicht
usgedacht. Es ist wirklich die unter Elektrikern gebräuchliche
Bezeichnung für diese Art von Kabel
chneide mit einer Zange ein
2
etwa 4 bis 5 cm langes Stück vom blanken Draht ab, biege es zu einem „U“ und stecke die beiden Enden so weit in die Kneteku
der Draht nicht mehr von allein
her
3
tehen. Klemme hier eines der
Krokodilklemmenk
ht.
m Ende sollte der Draht noc
etwa 0,5 cm aus der Knete her
el,
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Das andere Ende des Krokodil
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eses da
das Steckbre
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4
klemmenkabels soll mit der Elektronik auf dem Steckbrett ver bunden werden. Schneide dazu noch ein kürzeres, nur etwa 2 cm langes
tück vom blanken Draht ab und
biege daraus ebenfalls ein „U“. Ste
ke di
nn in
tt. Auf den Zeichnungen sind diese Kabelanschlüsse in Grau dar
estellt,
DRAHT SCHRÄG ABSCHNEIDEN
Der mitgelieferte Draht ist relativ dick, damit er sich nicht zu leicht verbiegt und mit den Kro­kodilklemmen gut greifen lässt. Dafür kann es passieren, dass er sich besonders am Anfang,
enn die Steckbretter noch neu sind, schwer in die Kontaktlöcher stecken lässt. Schneide des­halb den Draht für die Anschlüsse am Steckbrett mit der Zange schräg ab. Dann entsteht eine leichte Spitze, die sich einfacher in das Steck-
rett stecken lässt
en isolierten Verbindungskabeln zu nterscheiden. Die farbigen Draht
brücken in den Zeichnungen kannst
u aus kurzen Stücken des isolierten chaltdrahts bauen. Du musst nur an
iden Enden mit einem scharfen
Messer etwa 0,5 cm der Isolierung
ntfernen
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Der kleine Hacker
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Die Teile im Paket
Klemme zuletzt
5
lemmenk
akts an den gerade gebauten
Anschluss auf dem Steckbrett
Da du jetzt weißt, was ein Knetekon
kt ist und wie man
Dinge bastelt, werden wir das be
en einzelnen Experimenten nicht
mehr jedes Mal erklären
MERKLISTE – FÜR JEDEN KNETEKONTAKT BRAUCHST DU:
1 Stück Knete 1 U-förmig gebogener
blanker Draht, etwa 4 bis 5 cm, für den Anschluss der Krokodilklemme an die Knete
1 U-förmig gebogener
blanker Draht, etwa 2 bis
cm, für den Anschluss der Krokodilklemme am Steckbrett
1 Krokodilklemmenkabe
Krokodil
Knetekon
tzlichen
WENN DIE KNETE HART WIRD ...
Die Knete ist so weich, weil sie ein bisschen Wasser enthält. Bei trocke ner Luft, wenn die Knete zum Bei
piel in geheizten Räumen gelagert wird, kann sie, nachdem sie ein paar Ta
e offen herumgelegen hat, aus
rocknen und lässt sich dann nicht
mehr so gut kneten. Außerdem kann
ie Leitfähigkeit nachlassen, und die Knetekontakte funktionieren dann nicht mehr so
enn du die Knete ein paar Stun
en nicht brauchst, packe sie immer
n eine geschlossene Plastikdose.
ut wie am ersten Ta
Die Dosen, die man zum Lagern von Lebensmitteln im K
et, eignen sich gut. Du kannst auch einfach den Plastikbeutel verwenden, in Bauteile in di ver
ackt sind
Wenn die Knete doch ein mal zu hart geworden ist, hilft der folgende Trick
nk verwen
ktronischen
m Paket
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KNETE WIEDER WEICH MACHEN
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Nimm ein Stofftuch, das nicht fusselt (sonst hast du die Fusseln später an der Knete kleben) und mache es mit Wasser nass. Drücke es dann so weit aus, dass es sich nur noch ganz leicht feucht anfühlt. Wickle die Knete in das Tuch ein und lass sie über Nacht darin liegen. Am nächsten Morgen wird sich die Oberfläche leicht glit­schig anfühlen. Knete die Masse dann gut durch. Da­durch verteilt sich die Feuchtigkeit gleichmäßig, und die Knete kann wieder ganz normal benutzt werden Damit die Feuchtigkeit besser in die Knete hineinge­langt, forme keine Kugeln, sondern drücke die Knete platt, bevor du sie in das Tuch packst. Die Kugel ist die Form, die im Verhältnis zum Volumen die geringste
berfläche hat, es kann also wenig Feuchtigkeit ein-
dringen. Umgekehrt kommt über die geringe Oberfläche
uch kaum Feuchtigkeit heraus. Deshalb sind die meis-
en Früchte annähernd kugelförmig – damit sie im Som-
mer nicht so schnell austrocknen
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Der kleine Hacker
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Die Teile im Paket
VORSICHTSMASSNAHMEN
erbinde auf keinen Fall irgendwelche Pins des Nano
iteinander und warte ab, was passiert
Einige Pins sind direkt mit Anschlüssen des Mikrocont-
ollers verbunden, ein Kurzschluss kann den Nano kom-
lett zerstören – zumindest theoretisch. Die Platinen sind erstaunlich stabil gegen Schaltungsfehler. Nicht alle Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet Für Logiksignale immer den 3,3-V-Pin (in den Zeichnun-
:
V3 verwenden. Der 5-V-Pin (in den Zeichnungen:
ann (fast) so viel Strom entnommen werden, wie das ngeschlossene Netzteil liefert. Dieser Pin darf aber
icht mit einem digitalen Eingang verbunden werden
WIDERSTÄNDE
Ein Widerstand begrenzt den Strom,
er durch eine Leitung fließt. Man
k
nn ihn sich vorstellen wie ein dün nes Stück Gartenschlauch, das in ein Wasserrohr eingebaut wird. Durch
ie Rohrleitung fließt dann im Gan
en weniger Wasser, nämlich nur
noch so viel, wie durch den Schlauch
elangt.
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Widerstände werden zur Strombe
renzung an empfindlichen elek
ronischen Bauteilen sowie als Vor widerstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit für Widerstände ist
hm. 1.000 Ohm entsprechen einem Kiloohm, abgekürzt kOhm. 1.000 kOhm entsprechen einem Megaohm,
bgekürzt MOhm. Oft wird für die Einheit Ohm das Omega-Zeichen Ò v
t.
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Die farbigen Ringe auf den Wider
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tänden geben den Widerstandswert
n. Mit etwas Übung sind sie deut lich leichter zu erkennen als winzig kleine Zahlen
die man nur noch auf
anz alten Widerständen findet
Die meisten Widerstände haben vier
olcher Farbringe. Die ersten bei
en Farbringe bezeichnen die Ziffern,
vierte die Toleranz. Dieser Toleranz ring ist meistens gold oder silbern – Farben, die auf den ersten Rin
en nicht vorkommen. Dadurch ist
e Leserichtung immer eindeutig. Der Toleranzwert selbst spielt in der Digitalelektronik kaum eine Rolle. Die Tabelle zei
t die Bedeutung der
farbigen Ringe auf Widerständen
ar
ilber
Gold
Schwarz
Braun Rot Orange
Widerstandswert in Oh
. Rin
(Zehner)
. Rin
Einer)
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Blau
Violett
Grau
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Im Paket ist nur ein Widerstand enthalten
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0 MOh
. Ring
(Zehner)
2. Ring (Einer)
ot Schwarz
. Ring
Multipl.)
au Gold
. Rin
(Multiplikator)
é
= 0,01 ±10
é
= 0,1 ±5
= 1
0
= 10 ±1 % = 1 = 1.
= 10.
= 100. = 1. = 10. = 100. = 1.
4. Ring (Toleranz)
Knete kontakt
4. Rin (Toleranz)
±2
±0,5 % ±0,25 ±0,1 % ±0,05
erwendung
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Die Teile im Paket
In welcher Richtung ein Widerstand eingebaut wird, ist egal. Bei LEDs
agegen spielt die Einbaurichtung
eine wichtige Rolle
POTENZIOMETER
Ein Potenziometer ist ein einstellba rer Widerstand. Der Widerstand zwi
chen den beiden äußeren Anschlüs en ist immer gleich. Durch Drehen
es Knopfs lässt sich der Widerstand
wischen dem mittleren Anschluss
nd den äußeren einstellen
LEDS
LED ist die Abkürzung für das en lische Wort „light emmitting diode“, was wörtlich übersetzt
b strahlende Diode“ oder einfach
Leuchtdiode bedeutet. LEDs können
chön bunt leuchten, wenn Strom in
Licht
einer Richtung durch sie fließt. In der
nderen Richtung lassen sie nichts urch und leuchten auch nicht
LEDs werden in Schaltungen mit einem pfeilförmigen Dreiecksymbol
argestellt, das die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol oder zur Masseleitun
Eine LED l richtung nahezu beliebig viel Strom
urch, sie hat nur einen sehr gerin
en Widerstand. Um den Durch
lussstrom zu begrenzen und so ein
Durchbrennen der LED zu verhin
ern, muss üblicherweise zwischen
em verwendeten GPIO-Pin und der Anode der LED ein 220-Ohm-Vor widerstand (Rot-Rot-Braun) einge
t werden. Di
chützt auch den Ausgang des Nano vor zu hohen Stromstärken. Die LEDs im Paket haben bereits einen Vorwiderstand eingebaut. Deshalb
angibt
t in der Durchfl
r Vorwiderstan
Schaltplan einer LED mit Vorwiderstan
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