Der
Raspberry Pi ist ein Erfolgsmodell, millionenfach verkauft und für die
unterschiedlichsten Aufgaben im Einsatz. Hier soll er zum Zentrum eines
kleinen aber feinen Elektronik-Grundlagenkurses werden. Mit der
richtigen Software kann man vieles aus dem System herausholen. Möglich
ist dies durch die frei zugänglichen Anschlüsse (GPIO, General Purpose
Input/Output Ports).
Das System wird zu einem vielseitigen
Messgerät, zum Bauteiletester, zu einer programmierbaren Signalquelle,
zum Frequenzzähler oder zu einem Oszilloskop. Alles was man in der
Elektronik braucht. Wie soll das gehen, der Raspberry Pi hat ja nicht
einmal einen AD-Wandler, könnte ein Einwand lauten. Aber mit wenigen
Bauteilen und zwei GPIOs lässt sich ein einfacher AD-Wandler
realisieren und für zahlreiche Experimente nutzen. Etwas Software, und
schon geht es los.
Im Mittelpunkt steht dabei die Elektronik.
Das Lernpaket bietet so etwas wie ein vollständiges kleines
Elektronik-Praktikum. Und eines kann ich versprechen: Wer diese
Experimente mit Spaß und Ausdauer durcharbeitet, kennt danach die
Grundlagen und die Funktionen der wichtigsten Bauteile. Und daraus
ergeben sich unzählige praktische Anwendungen, nicht nur für den
Raspberry.
Viel Spaß beim Experimentieren!
Burkhard Kainka
Wichtiger Hinweis: Zwischen der Fertigstellung des Handbuchs und der
ersten Auslieferung ist der Raspberry Pi 3 erschienen. Ich habe darauf
alle Versuche mit dem Rpi3 durchgetestet. Alles läuft ohne Änderung.
Ebenso wurde zwischendurch der Rpi Zero getestet. Auch damit laufen die
Versuche.
Inhalt
1 Vorbereitungen 10
1.1 Bauteile
1.2 Verbindungsleitungen
1.3 Ausblick
1.4 LED an 3,3 V
2 GPIO-Ausgänge 28
2.1 Python
2.2 Eine GPIO-Ausgabe
2.3 Blinkprogramme
2.4 Grafische Programmierung mit Tkinter
2.5 Gegentaktblinker mit Tkinter
2.6 LED-Experimente
2.7 Transistor-Schalter
2.8 Desktop-Start
3 GPIO-Eingänge 54
3.1 Offene Eingänge
3.2 Pullup und Pulldown
3.3 Interner Pullup und Pulldown
3.4 Input-Fenster mit Tkinter
3.5 Experimente mit Pullup und Pulldown
3.6 Berührungstaster
4 PWM-Ausgänge 70
4.1 PWM-Steuerung
4.2 PWM-Ausgabe im Fenster
4.3 Gefilterte Gleichspannung
4.4 Die Spannung einer LED
4.5 Spannung am GPIO-Input
4.6 Transistor-Aussteuerung
5 Zähler und Zeitmesser 96
5.1 Die interne Uhr
5.2 Geschwindigkeit von Portzugriffen
5.3 Frequenzmessung
5.4 Frequenz des PWM-Ausgangs
6 RC-Messungen 107
6.1 Widerstände messen
6.2 Messung am GPIO Pulldown
6.3 Pullup-Messung
6.4 Kapazitätsmessung
6.5 RC-Messung im Fenster
6.6 Beleuchtungsmessung mit einer LED
7 Spannungsmessung 125
7.1 Der AD-Wandler
7.2 Verbesserte Genauigkeit
7.3 Spannungsanzeige im Fenster
7.4 Messung der Diodenspannung
7.5 Messung der Stromverstärkung
7.6 LED-Messungen mit einstellbarer Spannung
8 Ein Oszilloskop 144
8.1 Grafische Darstellung
8.2 Positive und negative Impulse
8.3 Negative Ladungspumpe
8.4 Langzeit-Oszilloskop
8.5 Kondensator-Ladung und –Entladung
8.6 Ein Lügendetektor
9 Sensoren in der Praxis 164
9.1 Selbstschaltende LED-Lampe
9.2 Ein Zauberkunststück
9.3 Ein Thermometer
9.4 Temperaturvergleich
10 Anwendungen mit Touch-Sensoren 176
10.1 Sensorschalter
10.2 Zeitnehmer
10.3 Schneller Touch-Sensor
10.4 Reaktionszeitmesser
Ein Versuch aus Kap. 8.3
Hinweise und Ergänzungen
Eine
Anmerkung von Ingo Günther: In Kapitel 2.2 (Eine GPIO-Ausgabe)
empfehlen Sie, IDLE als root zu starten um Zugriff auf die GPIO-Ports
zu haben. Das ist aber nicht immer nötig - bei neueren
Raspbian-Versionen lässt es sich vermeiden, indem man den normalen
Benutzer der Gruppe „gpio“ hinzufügt:
> sudo usermod -a -G gpio username
Funktioniert zumindest hier unter Raspbian stretch, ohne dass ich noch etwas anderes tun musste.
Artikel zum Thema Raspberry im Elektronik-Labor:
19.10.16: Das Raspberry Oszilloskop
15.3.16: Serielle Konsole beim RPi3
9.3.16: GPIOzero und LEDBarGraph
3.3.16: WLAN und Remote Desktop am RPi
29.2.16: Raspberry Pi Zero in Betrieb nehmen
18.2.16: Web-Cam als Bewegungsmelder
19.1.16: RasPi-Internetradio
24.12.15: RasPi-Uhr und serielle Konsole
5.11.15: Raspberry-Zeitraffer
29.10.15: Hysterese am GPIO-Input
23.10.15: Transistorprüfer
16.10.15: Raspberry ADC -5V...+5V
12.10.15: Raspberry Web-Cam
6.10.15: Raspberry PWM-Ausgaben
23.9.15: Raspberry-LCD
18.9.15: Ein Raspberry-Kapazitätsmesser
11.9.15: Raspberry GPIO Inputs
4.9.15: Grafische Programme mit Tkinter
28.8.15: Messen Steuern Regeln mit Raspberry Pi
14.8.15: Raspberry Pi Portzugriffe
