med BBC micro:bit Hefte 1 - Musikalsk løpelys

Transkript

1 Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1 - Musikalsk løpelys Lysdiode Motstand ca. 250 Ω Dette heftet er en første introduksjon til hvordan BBC micro:bit kan programmeres og kobles for å styre elektroniske kretser Joachim Haagen Skeie

2 2017 Kodegenet AS, Joachim Haagen Skeie For ytterligere informasjon og bestilling av denne og andre bøker fra Kodegenet, vennligst besøk Kodegenets nettsider på: Spørsmål, tilbakemeldinger eller andre henvendelser kan sendes via epost til ISBN (trykt): ISBN (Ebok): Layout og design: Joachim Haagen Skeie Kodegenet AS Papir omslag: 160g Papir innmat: 100g Trykkes i småopplag ved forespørsel Kodegenet AS 2 KODEGENET.NO

3 Innhold 1. Hva er BBC micro:bit og hvordan programmeres den Blinke en lysdiode Bruke tilkoblingsenheten (Edge connector Musikalsk løpelys Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

4 1. Hva er BBC Micro:bit og hvordan programmeres den? BBC Micro:bit er en liten mikrokontroller som inneholder en rekke innebygde sensorer, knapper og LED lamper. Micro:bit programmeres via datamaskinens USB inngang og nettleseren. The Micro:bit Foundation utvikler i samarbeid med industrien programvare for å programmere Micro:bit ved hjelp av forskjellige språk. Dermed kan Micro:bit programmeres med blant annet visuelle dra-og-slipp, kloss-basert programmering eller tekstbaserte språk som JavaScript og Python. I dette heftet skal vi holde oss til dra-og-slipp programmering via Microsoft PXT editoren. Denne er delvis oversatt til Norsk, og foreningen Lær Kidsa Koding jobber med å fullføre oversettingen. I og med at oversettingen av PXT ikke er fullført, vil noen av klossene i dette heftet antagelig ha endret navn. Den nedlastbare PDF versjonen av heftet vil holdes oppdatert. Micro:bit er et lite kretskort som fungerer som en programmerbar mikrokontroller. Micro:bit har en rekke sensorer og komponenter innebygget på kretskortet og disse er med på å sørge for at man kan gjennomføre en rekke gode pedagogiske og morsomme prosjekter kun ved hjelp av micro:bit, en USB kabel og en datamaskin med nettleser. På forsiden av micro:bit sitter det 25 programmerbare LED lamper, samt to trykk knapper. 25 individuelt programmerbare lysdioder for å tegne lysgrafikk 2 trykkknapper Jord (-) 3 digitale/analoge innganger/utganger 3 Volts utgang 4 KODEGENET.NO Figur 1 Forsiden til BBC micro:bit

5 På baksiden av kortet sitter prosessoren, Bluetooth antennen, sensorene, samt USB og batteri inngangene. Langs den nederste kanten av micro:bit finner vi en 20-pins kant-tilkobling som kan benyttes for å koble micro:bit til andre elektriske kretser. Da kan vi enten styre komponenter eller lese data fra andre sensorer enn de micro:bit har innebygget. Vi kan bruke krokodilleklemmer for å koble til de fem store tilkoblingspunktene, eller benytte oss av en egen edge-connector for å få tilgang til de andre tilkoblingspunktene. USB Mikro inngang Reset-knapp Batteri- / Strøminngang (2-pin JST) Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE) 32-bit ARM Cortex M0 prosessor. 16 MHz 16K RAM Kompass og akselerometer 20-pin kant-tilkobling (Edge connector) Figur 2 Baksiden av BBC Micro:bit 1.1. Hvordan programmeres Micro:bit? Når micro:bit kobles til en datamaskin blir den tilgjengelig som en helt vanlig USB minnebrikke. Her finner vi to filer, en DELTAILS.TXT fil som inneholder litt informasjon om micro:biten, samt en MICROBIT.HTM fil som vi kan åpne i nettleseren. Micro:bit fungerer som en mikrokontroller. Det betyr at vi må laste opp ferdig kompilerte programmer til den for at den skal fungere som vi forventer. Programmene som vi ønsker å laste over blir kompilert til.hex filer som deretter kan lastes opp til micro:bit ved at man drar og slipper filen inn til micro:bit USB-disken. Det høres kanskje komplisert ut, men heldigvis kan vi bruke de nettbaserte verktøyene for å gjøre denne jobben for oss. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

6 Når vi er fornøyd med det vi har programmert, kan vi enkelt og greit få nettsiden til å generere.hex filen. Denne kan vi deretter lagre til USB-disken for å kjøre programmet på micro:bit. I og med at oversettingen av PXT ikke er helt ferdig, kan navnet på klossene ha endret seg siden denne teksten er skrevet. PXT editoren er tilgjengelig på Norsk via Når vi laster nettsiden får vi opp et brukergrensesnitt som er inndelt i fem områder, hvor klosslisten, skriptområdet og demonstrasjonsområdet tar mesteparten av nettsiden. Knapperad Skriptområdet Klosslisten Demonstrasjonsområdet Nedlastningsområdet Figur 3- Microsoft PXT 6 KODEGENET.NO

7 Knapperad Dette området befinner seg øverst på nettsiden. Her kan vi lage nye eller importere tidligere prosjekter, velge mellom dra-og-slipp programmering eller tekstbasert JavaScript programmering, samt hente opp hjelpe-menyen eller endre på innstillingene. Klosslisten Her finner vi alle klossene vi kan bruke for å programmere i dra-og-slipp modus. Klossene er delt inn i fargekodede overskrifter for å gjøre det enklere å finne igjen klossene Skriptområdet Her trekker vi og slipper klosser fra klosslisten for å lage programmet vårt. Demonstrasjonsområdet Her forsøker PXT å vise hva vi kan forvente å se på micro:bit etter at vi har lastet opp programmet vi har kodet Nedlastingsområdet Nederst på nettsiden kan vi laste ned.hex filen som vi skal kopiere til micro:bit for å kjøre programmet vårt. Nå har vi lært litt om hva BBC micro:bit er, samtidig som vi har lært litt om hvordan Microsoft PXT fungerer. Da er det på tide å starte med å koble noen elektriske kretser slik at vi kan programmere disse. Vi starter med selveste hello-world oppgaven nemlig å programmere en lysdiode til å blinke. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

8 2. Blinke en lysdiode Når vi skal koble opp en lysdiode til micro:bit trenger vi å koble en elektrisk krets for å lede strøm gjennom lysdioden. Før vi kobler vår første krets, er det dermed lurt å forstå hvordan vi skal, men også vel så viktig, hvordan vi ikke skal koble kretser Kobling av elektriske kretser En elektrisk krets har tre hoved egenskaper som påvirker hva vi kan bruke kretsen til: En spenning forteller hva trykket i ledningen, eller potensialet mellom positiv og negativ side på en strømkilde er. Spenning måles i Volt (V). Strøm forteller hvor fort elektronene kan bevege seg mellom positiv og negativ side til strømkilden. Strøm måles i Ampere (A). Motstand forteller hvor vanskelig det er for elektronene å bevege seg gjennom en krets, eller gjennom deler av en krets. Enkelt forklart reduserer motstanden strømmen som kan gå gjennom en krets (med den har også mange andre bruksområder). Motstand måles i Ohm (Ω). Når vi skal koble en lysdiode direkte til en micro:bit er spenningen vi får alltid 3 volt, eller 3V. For at lysdioden vår ikke skal bli for varm og gå i stykker må vi begrense strømmen som går gjennom den med en motstand. Motstanden vil variere avhengig av spenningen i kretsen, samt hvilken lysdiode vi bruker, men stort sett ønsker vi å begrense strømmen til ca. 20 milliampere, eller 20 ma. Da trenger vi en motstand. Vi kan regne ut hvor stor motstand vi trenger ved å dele spenningen i kretsen med strømmen vi ønsker at kretsen skal ha. For å beregne motstanden må vi benytte oss av Ohms lov, som sier at spenningen i en krets er lik strømmen (målt i ampere) ganget med motstanden (målt i ohm). 8 KODEGENET.NO

9 U = R * I Ohms lov med symboler Spenning = Motstand * Strøm Ohms lov Motstand = Motstand = Spenning Strøm 3 V 0.02 A Ohms lov, omgjordt for å finne motstand Vi fyller inn spenningen til micro:bit og ønsket strøm gjennom kretsen Motstand = 150 Ω Mostanden blir 150 Ohm ( Ω ) Figur 4 Vi regner ut minimum motstand vi må ha i kretsen Vi trenger med andre ord en motstand på minimum 150 Ω. Med andre ord kan vi benytte en høyere motstand i kretsen vår. Resultatet av det vil være at lampen lyser svakere jo høyere motstand vi velger å benytte - helt til motstanden blir så stor at lampen slutter å lyse helt. Lysdioder med forskjellig farge tåler forskjellig mengde strøm. Det kan derfor være lurt å bruke en motstand som er litt høyere enn minimumsmotstanden. Da slipper vi å regne ut motstanden for hver av lampene. En motstand på mellom 250 Ω og 350 Ω passer fint. Når vi nå har lært at micro:bit alltid gir oss en spenning på 3V, og at vi kan bruke en motstand for å få den strømmen vi ønsker i kretsen, er det på tide å lære hvordan vi kobler kretser. For at lysdioden skal lyse må vi koble kretsen på en måte som sørger for: At kretsen er sluttet det vil si at kretsen strekker seg helt fra negativ til positiv ende i kretsen At vi ikke gir lysdioden for mye energi slik at den brenner ut og går i stykker At vi ikke kortslutter kretsen, da risikerer vi å ødelegge micro:bit. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

10 Her må vi med andre ord tenke oss litt om før vi kobler kretsen. Det første vi må tenke på er at vi ikke kan ha en ufullstendig krets. Minus / Jord (GND - Ground) Krokodilleklemme med ledning Figur 5 En ufullstendig krets Når vi kobler en slik krets har elektronene ingen vei å gå. I kretsen over har vi koblet en ledning fra GND på micro:bit. Men i denne ledningen har strømmen ingen steder å gå til ettersom den andre enden av ledningen ikke er koblet til noe. Vi ender dermed opp med en ufullstendig krets en krets hvor elektronene ikke kan bevege seg. Dersom vi hadde koblet ledningen direkte til 3V på micro:bit ville vi i stedet laget en kortslutning, noe vi må unngå for at ikke micro:bit skal gå i stykker. 10 KODEGENET.NO

11 3 Volt (positiv) Kortslutning (!!) Figur 6 Kortslutning av kretsen mellom positiv og negativ Når vi kobler en slik krets har elektronene ingen hindring på veien mellom GND (negativ) og 3V (positiv). Det fører til at elektronene vandrer gjennom ledningen så fort de klarer. Resultatet er at det utvikles varme som kan føre til at en eller flere av komponentene på micro:bit kan overopphete og gå i stykker. For at vi ikke skal koble kortslutninger, må vi alltid har noe som reduserer hvor mye strøm som kan gå gjennom kretsen. Fra tidligere har vi jo lært at vi kan benytte en motstand for å begrense strømmen som går gjennom en krets. Vi kan dermed koble følgende krets, hvor vi legger på en motstand og en lysdiode. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

12 Lysdiode Motstand ca. 250 Ω Figur 7 Vi kobler en fullstendig krets for å få lysdioden ti å lyse LED - Lysdiode Når vi kobler opp kretsen vi ser i figuren over, kommer lysdioden til å lyse, gitt at vi har koblet opp lysdioden i riktig retning, det vil si at det lange benet er koblet sammen med motstanden, og det korte benet er koblet sammen med jord (GND). Engelsk: Anode (+) Light Emitting Diode (LED) Katode (-) Figur 8 Forsiden til info-kortet om lysdioder 12 KODEGENET.NO

13 På info-kortet ser vi at lysdiodene har to ben, hvor ett av benene er litt lengre enn det andre. Det korte benet er lysdiodens katode eller negative ben mens det lange benet er lysdiodens anode eller positive ben. Det betyr at vi skal koble kretsen som går til positiv (3V) til lysdiodens anode og kretsen som går til negativ (GND) til lysdiodens katode. Mellom anoden og 3V skal vi i tillegg koble inn en motstand på minimum 150 Ω. Nå har vi fått lysdioden til å lyse. Det er morsomt, men det er mer morsomt om vi kan programmere lysdioden til å blinke. For å få til det, kan vi ikke hente spenning fra 3V pinnen lengre, men heller fra en av pinnene som er markert med tallene 0, 1 eller 2. Dermed skal vi flytte krokodilleklemmen fra 3V til 0. Lysdiode Motstand ca. 250 Ω Figur 9 Vi kobler slik at lysdioden får spenning fra pin 0 i stedet for 3V Nå lyser ikke lampen lenger. Årsaken til det er at 0-pinnen ikke alltid har spenningen slått på, slik som 3V pinnen har. Pin 0 (P0) kan vi nemlig styre ved å programmere micro:bit, slik at lampen blinker 2 ganger i sekundet. Da må vi starte PXT editoren via nettadressen Her skal vi inne i en gjenta for alltid-kloss først slå spenningen på pin P0 på, før vi venter litt og slår den av igjen. Til slutt skal vi vente litt til, før vi lar programmet starte på toppen av gjenta for alltid-klossen igjen. I og med at vi ønsker at lampen skal blinke 2 ganger i sekundet, må vi vente et kvart sekund eller 250 millisekunder mellom hver gang vi endrer spenningen til pin P0. Vi ender dermed opp med følgende kodeklosser. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

14 Slå på spenningen til pin 0 Vent et kvart sekund Slå av spenningen til pin 0 Vent et kvart sekund før vi starter på toppen igjen Figur 10 Vi programmerer micro:bit til å blinke lysdioden Når vi laster opp programmet vår til micro:bit starter lysdioden å blinke 2 ganger hvert sekund. Hvordan kan vi nå få lysdioden til å blinke 4 ganger i sekundet? Eller 10? Eller bare 1? Prøv deg frem og se om du får det til! 2.2. Bruke symboler i stedet for bilder I figuren med koblingene har vi benyttet bilder av komponentene vi bruker. Ofte ønsker vi å være veldig spesifikke når vi tegner kretser, og da kan det fort bli vanskelig å se hvilke komponenter vi skal bruke dersom vi bare bruker bilder av dem. I tillegg kan mange komponenter se helt like ut, og av og til kan like komponenter se helt forskjellige ut. For å ikke være unøyaktige, skal vi heller bruke symboler for komponentene våre, samtidig som vi i koblingsskjemaet ikke bryr oss om hvilken type koblinger/ledninger vi bruker. 14 KODEGENET.NO

15 Elektriske symboler Motstand Variabel motstand (Potensiometer) Lys-motstand (LDR) Lysdiode M Motor Alarm (buzzer) Diode Bryter Knapp Figur 11 Forsiden på infokortet med elektriske symboler Elektriske symboler C E Transistor PNP Strømkilde B Transistor NPN Jord (-) C E 2017 Kodegenet AS - Cecilie Thoresensvei 9, 1153 Oslo - post@kodegenet.no + Konsensator Leder (ikke sammenkoblet) Leder (sammenkoblet) Figur 12 Baksiden på infokortet med elektriske symboler Vi trenger ikke lære hva alle symbolene betyr nå, men det er greit å ha en oversikt som man kan bla seg tilbake til senere når vi lurer på hvilken komponent et symbol tilhører. Før vi går videre til neste oppgave å programmere bruke tilkoblingsenheten (edge-connector) for å koble kretser skal vi tegne koblingsfiguren vår på nytt, denne gangen med de riktige symbolene. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

16 Lysdiode Motstand ca. 250 Ω FIgur 13 Det oppdaterte koblingsskjemaet Merk at vi har beholdt bildet av selve micro:bit. Dette er fordi micro:bit ikke er en standard komponent, og dermed ikke har et standard symbol som kan representere den med. I tillegg er det viktig å være klar på hvilke pinner vi har brukt på micro:bit, siden vi ønsker å koble ledningene våre direkte til den. Når vi nå har lært å koble elektriske kretser ved hjelp av krokodilleklemmeledninger, skal vi lære oss å bruke en tilkoblingsenheten i stedet. 16 KODEGENET.NO

17 3. Bruke tilkoblingsenheten (Edge Connector) Når vi har fått koblet et par kretser ved hjelp av krokodilleklemmer ser vi at denne metoden begrenser seg selv ganske raskt. For det første har vi bare 3 mulige tilkoblingspunkter på micro:bit, men likevel blir det fort vanskelig å holde styr på ledningene og samtidig sørge for at vi ikke kortslutter noe. Da er det enklere å benytte seg av en ekstra del som gir oss mulighet til å koble ledningene mer strukturert. Tilkoblingsenheten gir oss nettopp denne muligheten. Når vi kobler inn denne får vi tilgang til en rad med 40 pinner, hvor to og to (hver rad) er sammenkoplet. Vi får med andre ord to tilkoblingsmuligheter for hver pin på micro:bit, i tillegg til fire pinner til jord (0V) og to pinner til 3V. For å komme i gang kobler vi micro:bit inn i tilkoblingsenheten. micro:bit kobles inn i tilkoblingsenheten Tilkoblingsenhenten har 40 pinner hvor hver rad (2 pinner) er sammenkoblet Figur 14 Vi kobler micro:bit inn i tilkoblingsenheten Langs med pinnene på tilkoblingsenheten, ser vi at det står skrevet på kretskortet hvilken pin på micro:bit raden er koblet mot. Til sammen får vi tilgang til 17 data-pinner i tillegg til 3,3V og Jord. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

18 Men selv om vi får tilgang til 17 pinner, er det ikke alle pinnene som er like enkle å benytte ettersom noen av pinnene allerede er koblet til komponenter på micro:bit kortet. På micro:bit er det, i tillegg til 3V og GND pinnen, 22 pinner, hvorav to fungerer som jord og to fungerer som 3,3V. P Pin Tilkoblet Funksjon P22 Jord (-) Jord (-) Jord (-) P21 P20 P19 P18 + 3,3 V P17 P16 P15 P14 P13 P12 P12 P11 P10 P9 P8 P1 P7 P6 P5 P4 P0 P3 Knapp A LED Kol 3 LED Kol 7 LED Kol 8 LED Kol 9 Knapp A LED Kol 2 LED Kol 1 MOSI MISO SCK Jord (-) MISO I2C 1 SCK + 3,3 V + 3,3 V + 3,3 V SPI 1 Analog inn Analog inn Analog inn Analog inn Analog inn Analog inn 18 KODEGENET.NO Figur 15 Pinout til micro:bit I figuren over ser vi alle de mulige tilkoblingspunktene som er tilgjengelig på micro:bit. Noen av pinnene er ikke koblet til noen av komponentene som finnes på micro:bit fra før. Når man skal koble til nye komponenter på micro:bit lønner det seg å først bruke disse: P0 GPIO (General Purpose Input Output) med analog-til-digital converter (ADC) P1 GPIO med ADC P2 GPIO med ADC P8 GPIO med ADC P16 GPIO Vi kan også bruke de andre pinnene, men da må vi i tillegg unngå å bruke komponenten som de er koblet til. For eksempel kan vi ikke bruke P3 eller P4 som GPIO samtidig som vi bruker skjermen på micro:bit. Men dersom vi slår av skjermen kan vi også bruke P3, P4, P6, P7, P9 og P10. For å kunne bruke disse pinnene, må vi fortelle micro:bit at vi ikke ønsker å benytte skjermen.

19 For å få tilgang til pinnene som er koblet til skjermen, må vi slå skjermen av Figur 16 Vi må slå av skjermen for å kunne bruke pinnene som er koblet til skjermen Pinnene som er koblet til knapp A og knapp B er koblet slik at vi programmatisk kan trigge knappene av og på, eller vi kan også koble til en ekstern knapp dersom vi har behov for det. Pinnene P13, P14 og P15 benyttes til en protokoll som heter SPI Serial Peripheral Interface bus. Disse bør dermed ikke benyttes som normale GPIOpinner. Pinnene P19 og P20 benyttes til I2C-protokollen som gjør micro:bit i stand til å kommunisere med en rekke sensorer og kretskort som også støtter denne standarden. Ellers er de to pinnene som er rundt 3V-pinnen også koblet til den store 3Vpinnen, og pinnene rundt jord er også koblet sammen med den store jordpinnen. Dette er antagelig for at det skal bli enklere å koble på krokodilleklemme-ledningene uten at man risikerer å kortslutte noe på micro:bit La det bli lys Når vi nå har gått gjennom hvilke pinner som finnes tilgjengelig på micro:bit er det på tide å få LED lampen fra forrige kapittel til å blinke igjen. Men før vi kommer i gang med det, må vi lære oss hvordan vi kan koble elektriske kretser ved hjelp av koblingsbrettet. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

20 Koble elektriske kretser ved hjelp av koblingsbrett Før vi kan koble kretsen vår, må vi vite hvordan vi bruker koblingsbrettet slik at vi kan koble en sluttet krets på denne. Å bruke koblingsbrett er veldig praktisk når man skal eksperimentere med elektriske koblinger siden det både er raskt og enkelt å flytte rundt på komponentene for å teste nye koblinger og konfigurasjoner. Koblingsbrettet består av 2 sett med rader på siden av kortet, samt et sett med rader arrangert i to kolonner på midten av kortet. Radene ytterst på kortet kalles strøm-radene og det er som regel her vi kopler til katoden (-) og anoden (+). Her går det en leder fra toppen til bunnen av koblingsbrettet, slik at alle hullene i hver sin rad er koblet sammen. I midten av kortet er hver av radene på hver sin side av kløften i koblingsbrettet også koblet sammen. Koblingsbrett På sidene har vi strøm-radene. Disse er koblet sammen over hele lengden til brettet Over kløften i midten (mellom E og F) er det ingen kobling Engelsk: Breadboard I midten er det to kolonner. A til E er koblet sammen med hverandre, og F til J er koblet sammen med hverandre Figur 17 Slik er hullene i koblingsbrettet koblet sammen Når vi bruker koblingsbrettet står vi fritt til å velge hvilke rader og kolonner vi ønsker å bruke på brettet. Stort sett kobler man negativ/jord til en av strømradene ytterst på kortet, slik at denne kan brukes som felles jord for alle komponentene vi kobler til micro:bit. Det er praktisk ettersom vi ofte ønsker å koble til flere komponenter enn det er pinner for jord på tilkoblingsenheten (4 stk). Deretter kobles komponenten vi ønsker å få noe til å skje med i dette tilfellet lysdioden over kløften på kortet. Det vil si fra kolonne E til F på koblingsbrettet. Deretter er det bare å bruke ledninger og motstander for å 20 KODEGENET.NO

21 koble sluttede kretser på koblingsbrettet. Vi skal nå koble følgende krets. Her bruker vi de samme komponentene som vi brukte når vi koblet med krokodilleklemmene, men vi bytter ut ledningen med koblingsledningene i stedet for. Legg merke til at det ikke spiller noen rolle hvilken rad på koblingsbrettet vi velger, så lenge ledningene som skal kobles sammen er på samme rad. Pin 0V Motstand ca. 250 Ω Kort ben Langt ben Pin 0 Figur 18 Vi kobler opp følgende krets. Her er det litt forvirrende at pin P0 kun heter 0 på tilkobingsenheten, mens Jord eller GND heter 0V (for 0 Volt). Spesielt siden selve micro:bit har markert Jord-pinnen som GND. Men man venner seg fort til at pinnen for jord heter 0V, og at det finnes fire pinner for jord samlet sammen på den ene siden av tilkoblingsenheten. Dersom vi ikke har lastet opp noe ny kode til micro:bit siden figur 10, skal lysdioden nå blinke. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

22 I resten av heftet kommer vi til å tegne koblingene som rene koblingsskjema. Koblingen vi nettopp har koblet ser dermed slik ut når vi bytter ut koblingsbrettet og komponentene med symboler. Lysdiode Motstand ca. 250 Ω FIgur 19 Det oppdaterte koblingsskjemaet Nå har vi lært oss å koble enkle kretser via tilkoblingsenheten og koblingsbrettet. Vi har koblet opp en lysdiode og gjenbrukt koden fra tidligere for å få lysdioden til å blinke. Da er det på tide å koble opp flere lamper og en alarm/buzzer og programmere et musikalsk løpelys. 22 KODEGENET.NO

23 4. Musikalsk løpelys Nå har vi fått en LED lampe til å lyse, først ved hjelp av krokodilleklemmeledninger og deretter på et koblingsbrett via tilkoblingsenheten. Da er det på tide å utvide både koblingen og programmet vårt litt, slik at vi kan programmere løpelys med tre (eller flere) lamper. I tillegg skal vi ta frem en alarm en enkel en-tones høyttaler som vi skal legge til slik at vi får programmert et musikalsk løpelys! Spiller du et instrument, er du allerede med på notene. Hvis ikke blir du det raskt! 4.1.Koble opp to lamper som blinker i motsatt takt Vi starter med å koble opp en lampe til slik at vi ender opp med to lamper, en lampe som er koblet til P0 og en ny lampe og motstand som er koblet til P1. Pin P0 Pin P1 Figur 20 Vi kobler på en lampe til Vi skal nå koble den nye lampen på koblingsbrettet ved å koble følgende krets: Vi starter med å koble på lysdioden. Her velger vi en helt ny rad på koblingsbrettet og kobler lysdioden over kløften (fra kolonne E til F). Husk å koble det lange benet mot venstre (E) og det korte benet mot høyre (F). Vi kobler en ledning fra P1 på tilkoblingsenheten til samme rad som vi har koblet det lange benet til lysdioden Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

24 Vi kobler en motstand på ca Ω fra samme rad som det korte benet til lysdioden og over til felles jord på raden vi har koblet ledningen som går til 0V på tilkoblingsenheten Når vi har koblet opp den nye lampen skal vi utvide programmet vårt på micro:bit slik at vi får programmert den nye lampen til å blinke motsatt av lampen som er koblet til P0. For å få til det, trenger vi kun å kopiere de to sett pin til-klossene i programmet vårt. Slå av spenningen til P1 før pause-klossen Slå på spenningen til P1 etter pause-klossen Figur 21 Vi legger til klosser for å blinke P1-lysdioden motsatt av P0 Når vi laster opp denne koden til micro:bit skal de to lampene blinke i motsatt takt. Dersom lysdioden ikke blinker må vi sjekke følgende: Har vi koblet ledningen fra P1 til samme rad som lysdioden på venstre side av koblingsbrettet? Har vi koblet det lange benet til lysdioden sammen med lednigen til P1? Danner motstanden en sluttet krets fra det korte benet til lysdioden til felles jord helt på høyre side av koblingsbrettet? 4.2. Koble opp tre lamper og programme løpelys Før vi starter med å kople opp den tredje lampen skal vi programmere den. Men når vi nå skal lage løpelys skal vi programmere micro:bit slik at vi får følgende resultat: 24 KODEGENET.NO

25 Vi starter med å kun slå på lampe P0 Deretter skal vi kun slå på lampe P1 Deretter skal vi kun slå på lampe P2 Hittil har vi klart oss med to pause-klosser, én før vi bytter på hvilke lamper som lyser og én etter. Men når vi nå skal programmere et løpelys, må vi ha en pause-kloss for hver gang vi ønsker å oppdatere lampene. Med andre ord trenger vi nå tre pause-klosser en for hver gang vi ønsker å endre på hvilke lamper som lyser. Start med slå av spenningen på P2 Etter den første pauseklossen skal vi fortsatt ha spenningen på P2 av Etter den andre pausen skal vi slå av spenningen på P0 og P1, mens vi slår den på, på P2 Figur 22 Vi programmerer løpelys med tre lamper Nå kan vi laste opp koden til micro:bit for å gjøre alt klart for å koble på den tredje lampen. Her skal vi gjøre akkurat det samme som tidligere. Vi starter med å koble på lysdioden. Her velger vi en helt ny rad på koblingsbrettet og kobler lysdioden over kløften (fra kolonne E til F). Husk å koble det lange benet mot venstre (E) og det korte benet mot høyre (F). Vi kobler en ledning fra P2 på tilkoblingsenheten til samme rad som vi har koblet det lange benet til lysdioden Vi kobler en motstand på ca Ω fra samme rad som det korte benet til lysdioden og over til felles jord på raden vi har koblet ledningen som går til 0V på tilkoblingsenheten Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

26 Vi ender da opp med følgende krets. Pin P0 Pin P1 Pin P2 Figur 23 Vi kobler på den tredje lysdioden Når vi kobler på den tredje lampen, har vi laget et løpelys! Lyset løper da fra den første lampen til den andre, og til slutt til den tredje før den starter på toppen igjen. Om du ønsker kan du få lyset til å løpe tilbake også ved å legge til fire nye klosser. Disse klossene har ansvaret for å kun slå på lysdioden i midten, slik at lyset får løpt tilbake til start Spille musikk med en alarm/buzzer Før vi forlater det musikalske løpelyset, må vi jo sørge for at i får koblet på en alarm som vi kan bruke til å spille musikk til løpelyset vårt. Men før vi kommer så langt må vi gjøre et par endringer til programmet vårt, siden micro:bit kun kan benytte P0 til å styre alarmen. Vi må dermed gjøre følgende endringer: Vi må flytte P2 til P8 (den neste ledige GPIO pinnen) Vi må flytte P1 til P2 Vi må flytte P0 til P1 26 KODEGENET.NO

27 Pin P1 Pin P2 Pin P8 Figur 24 Vi flytter pinnene til lysdiodene Når vi har flyttet på ledningene som går til tilkoblingsenheten, skal vi oppdatere programmet vårt litt slik at programmet vårt også bruker de riktige pinnene. Endre P0 til P1 Endre P1 til P2 Endre P2 til P8 Husk å også endre her Figur 25 Vi endrer på pinnene vi har koblet lampene til Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

28 Når vi laster opp koden til micro:bit skal løpelyset fungere som før. Da kan vi koble til alarmen til P0. Vi ender da opp med følgende koblingsskjema. Pin P0 Pin P1 Pin P2 + Pin P8 Figur 26 Vi kobler en alarm til P0 Da er alt på plass for å få micro:bit til å spille noen toner hver gang vi skifter hvilken lampe som skal lyse i løpelyset vårt. Vi kan enten fortelle PXT at vi ønsker å spille de vanlige tonene i tone-skalaen, og PXT har et ganske fint mini-piano innebygget. Klossen ring tone har et fint mini-piano innebygget for å få micro:bit til å spille toner via en alarm Figur 27 Det innebygde mini-pianoet i PXT 28 KODEGENET.NO

29 Dermed kan vi enten få vårt musikalske løpelys til å spille av tonene fra en kjent melodi, eller vi kan få micro:bit til å spille tilfeldige toner. For å få micro:bit til å spille av en tone hver gang løpelyset beveger seg, skal vi trekke ut tre ring tone-klosser og plassere disse rett før pause-klossene. Trekk ut en ring tonekloss forran hver pausekloss og velg en ny tone for hver av klossene Figur 28 Vi trekker ut tre ring tone-klosser Nå kan vi laste opp programmet til micro:bit og både se og høre programmet vårt! Her kan du eksperimentere en god del. Du kan for eksempel få micro:bit til å spille en enkel liten sang for eksempel Lisa gikk til skolen mens den fortsetter å få lysdiodene til å løpe. Men før vi ser på hvordan vi kan få micro:bit til å spille musikk, la oss spille av noen helt tilfeldige toner i stedet for. Toner består av lydbølger som har en spesiell frekvens. Denne frekvensen avgjør om tonen er dyp eller om den er lys. Mennesker kan høre frekvenser fra ca. 20 hertz til ca hertz. Vi kan dermed endre litt på programmet vårt for å få micro:bit til å spille av en tilfeldig tone innenfor hele området vi kan høre. For å gjøre det trenger vi en tilfeldig tall-kloss, som vi finner under Matematikk-overskriften. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

30 Trekk ut en tilfeldig tallkloss og skriv inn verdien til hver av ring tone-klossene Figur 29 Vi spiller en tilfeldig tone i hver ring tone-kloss 4.4. Spille musikk samtidig som løpelyset løper Det siste vi skal gjøre før vi forlater lysdiodene er å få micro:bit til å spille sangen Lisa gikk til skolen samtidig som løpelyset løper. Siden sangen Lisa gikk til skolen har 22 noter, mens vi kun har tre lamper er det kjedelig om vi må programmere løpelyset vårt med 22 steg for å kunne spille hele sangen. Heldigvis slipper vi det! Vi løser problemet med å trekke ut enda en gjenta for alltid-kloss. 30 KODEGENET.NO

31 Slett ring tone-klossene fra den første gjenta for alltid-klossen Trekk ut enda en gjenta for alltid-kloss Figur 30 Vi sletter ring tone-klossene og legger til en ny gjenta for alltid-kloss Deretter kan vi legge til notene i sangen i den nye, tomme gjenta for alltid-klossen. Denne gangen skal vi bruke den andre tone-klossen som heter spill tone s,iden vi med denne klossen også kan fortelle micro:bit hvor mange takter (hvor lenge) hver tone skal spille. Ved å bruke denne klossen trenger vi ikke også å legge til en pause-kloss for hver av de 22 notene i sangen. Helt til slutt skal vi legge til en pause-kloss slik at micro:bit venter litt før den starter å spille sangen på nytt. Resultatet ser du på neste side. Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

32 Få micro:bit til å spille notene i Lisa gikk til skolen mens løpelyset løper! Figur 31 Vi får micro:bit til å spille Lisa gikk til skolen 32 KODEGENET.NO

33 . Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

34 34 KODEGENET.NO

35 Kreativ elektronikk med BBC micro:bit Hefte 1

36 Dette heftet er en introduksjon til kreativ elektronikk med BBC micro:bit. Heftet går gjennom hvordan man kan bruke micro:bit til å styre elektroniske kretser ved hjelp av både krokodilleklemme-ledninger, samt tilkoblingsenheten og koblingsbrett. Heftet er ment som en første introduksjon til enkel elektronikk med micro:bit og forklarer viktige konsepter underveis. Til slutt ender vi opp med å programmere et musikalsk løpelys som både får lysdioder til å blinke slik vi ønsker, men som samtidig spiller en liten sang Lisa gikk til skolen. P Pin Tilkoblet Funksjon P22 Jord (-) Jord (-) Jord (-) P21 P20 P19 P18 + 3,3 V P17 P16 P15 P14 P13 P12 P12 P11 P10 P9 P8 P1 P7 P6 P5 P4 P0 P3 Knapp A LED Kol 3 LED Kol 7 LED Kol 8 LED Kol 9 Knapp A LED Kol 2 LED Kol 1 Jord (-) MISO I2C 1 SCK + 3,3 V + 3,3 V MOSI MISO SPI 1 SCK + 3,3 V Analog inn Analog inn Analog inn Analog inn Analog inn Analog inn Steg-for-steg instrukser Over 30 detaljerte figurer Pedagogisk oppbygning med enkel og grundig forklarende tekst