Angewandte Informatik: Analoge und digitale Ein-und Ausgänge

Abb. 1: Linearpotentiometer

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Lektion 3	Business and Systems Engineering, Angewandte Mathematik und Informatik, Übung, Sommersemester
Modulbezeichnung:	BSE-M-2-1.09

Inhalt

• Linearpotentiometer einlesen
• LED anschließen mit Vorwiderstand
• LED mit Puls-Weiten-Modulation dimmen
• Wertevisualisierung in MATLAB^®
• Programmierrichtlinien für MATLAB^®

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

• können Sie Quelltext entsprechend der Programmierrichtlinien schreiben.
• ein Linearpotentiometer einlesen.
• eine LED mittels Pulsweitenmodulation (PWM) dimmen.
• Messwerte mit MATLAB^® visualisieren.

Lernzielkontrolle

1. Wie liest man die Position eines Linearpotentiometer?
2. Was ist eine Pulsweitenmodulation (PWM)?
3. Welche Pins des Arduino Uno sind PWM-fähig?
4. Wie dimmt man eine LED mittels PWM?
5. Welche Informationen gehören in einen MATLAB^®-Header?
6. Was schreiben die Programmierrichtlinien vor?

Tutorials

• Erste Schritte mit dem MATLAB-Supportpaket für Arduino-Hardware
• Arduino Explorer App
• Erste Schritte mit MATLAB
• Arduino Programmierung mit MATLAB^®
• Wiki-Artikel: Linearpotentiometer
• Pulsweitenmodulation (PWM)
• Wiki-Artikel: Arduino

Versuchsvorbereitung

1. Studieren Sie die Tutorials
2. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.

Aufgabe 2: LED mit MATLAB^® dimmen

Abb. 2: LED und Potentiometer mit dem Arduino verbinden

Abb. 3: Helligkeit steuern über PWM

Stückliste 

Anzahl	Bauteil	Abbildung
1	LED
1	100 Ω Widerstand (braun - schwarz - braun)
1	10 kΩ Linearpotentiometer

1. Schließen Sie das Linearpotentiometer (vgl. Abb. 1) an den analogen Eingang A0 des Arduino an.
2. Messen Sie den Verfahrweg des Potentiometers.
3. Schließen Sie eine Diode mit 100 Ω Vorwiderstand gegen GND an einen PWM-fähigen Digitalausgang (z. B. D11~).
4. Dimmen Sie die Diode mit einem MATLAB^®-Skript mittels Potentiometer.
5. Stellen Sie nachfolgenden Ergebnisse als subplot über der Zeit in s dar:
   1. Digitalwort D
   2. Widerstand in Ω
   3. Helligkeit in %
   4. Strecke in cm
6. Werten Sie den Plot durch eine Achsenbeschriftung auf.
7. Werten Sie den Quellcode nachhaltig durch Header und Kommentare auf.

Teillösung 

hArduino = arduino('COM8','Uno'); % Arduino Objekt erzeugen

for i=1:10 % Messschleife
    Spannung = readVoltage(hArduino, 'A0')       % Spannung messen
    writePWMVoltage(hArduino, 'D11', Spannung);  % LED via PWM dimmen
    pause(0.1);
end
clear hArduino

Tipp 1  Die LED benötigt einen 100 Ω Vorwiderstand, damit Sie nicht kaputt geht (Farbcode: Braun-Schwarz-Braun). Das lange Beinchen der Diode ist Plus (+) und das Kurze Minus (-, GND). Die PWM-fähigen Ports sind mit ~ markiert. Nehmen Sie beispielsweise Digitalport 11~. Mit einer Pulsweitenmodulation (s. Abb. 3) lässt sich eine LED dimmen.

Tipp 2  Am Analogeingang A0 ist ein 10-Bit Analog-Digital-Wandler verbaut. 0 V wird zum Digitalwert 0 und 5 V zum Digitalwert 1023 ($2^{10}-1$). 0..1023 wird über die Division durch 4 ungefähr zum Wertebereich 0..255 für die PWM.

Nützliche Befehle: arduino, readVoltage, writePWMVoltage

Arbeitsergebnis: dimmeLED.m

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