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Ratgeber

micro:bit » Programmieren lernen mit Mikrocontrollern

Beim micro:bit handelt es sich um einen Mikrocontroller, der von der British Broadcasting Corporation (BBC) entwickelt wurde, um Kindern und Jugendlichen die Welt der Programmierung möglichst einfach nahezubringen. In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen einige kindgerechte Projekte vor, die mit dem micro:bit durchgeführt werden können, und erklären, welche technischen Möglichkeiten der kleine Einplatinencomputer bietet.



Was ist der micro:bit?

Für den Bildungsbereich gibt es mittlerweile diverse Lösungen, die darauf ausgelegt sind, Kindern das weite Feld der IT und Elektronik näherzubringen. Meist ist an Schulen das Budget für Geräte im Bereich der digitalen Bildung knapp, aber trotzdem sollen die Computer möglichst viele Möglichkeiten und Herausforderungen für Schüler unterschiedlichen Alters bieten. 

Eine vielseitig einsetzbare und dazu noch preisgünstige Option stellt der von der BBC entwickelte micro:bit dar. Es handelt sich dabei um einen Mikrocontroller, der etwa die Abmessungen einer Scheckkarte aufweist. Dank diverser Sensoren und Schnittstellen sowie seiner leichten Bedienbarkeit ermöglicht das kleine Gerät einen einfachen Zugang zu den Gebieten Elektronik, Programmierung und Robotik.



Beispielprojekte, die mit einem micro:bit im Unterricht durchgeführt werden können

Ein guter Einstieg für Anfänger ist das Anzeigen verschiedener Muster auf der integrierten LED-Matrix. Dabei lernen die Schüler das Arbeiten mit Programmierblöcken und wie ein für micro:bit entwickeltes Programm gestartet wird. Ebenfalls für Anfänger geeignet ist die Programmierung eines einfachen Countdowns, der von 3 rückwärts zählt und anschließend ein GO-Signal anzeigt. Mithilfe der LED-Matrix lassen sich zudem verschiedene Smileys anzeigen. Auch dabei handelt es sich um ein Projekt, das sich gut für Einsteiger eignet.

Etwas fortgeschrittene Anwender können sich den eingebauten Magnetfeldsensor zunutze machen und einen Kompass programmieren. In diesem Fall ist bereits die Anwendung von logischen Funktionen erforderlich. Ein weiteres denkbares Projekt wäre der Bau eines digitalen Thermometers, das die ermittelten Werte in Grad Celsius oder Fahrenheit ausgibt. Für die Realisierung ist der Einsatz von Variablen nötig.

Erfahrene Schüler können mit dem micro:bit zum Beispiel einen 1x1-Trainer erstellen. Auf Knopfdruck erzeugt das Gerät eine Multiplikation von zwei zufällig generierten Zahlen zwischen 1 und 9. Mit dem zweiten Knopf kann das Ergebnis durch eine entsprechende Anzahl an Tastendrücken eingegeben werden. Ist die Eingabe korrekt, zeigt die LED-Matrix ein Häkchen, ist sie falsch, erscheint ein X. Weitere mögliche Projekte für erfahrene Anwender und Profis wären ein die Programmierung eines Bewegungsmelders oder die Steuerung von RGB-Licht.



Die technischen Daten des micro:bit

Im Zentrum des kompakten micro:bit-Boards steht eine LED-Matrix mit 5 x 5 LEDs. Zu beiden Seiten ist jeweils eine programmierbare Taste angebracht. Die Sensorik und die Anschlüsse sind an der Rückseite untergebracht. Neben dem Anschluss für die Batterie befinden sich hier auch ein Micro-USB-Anschluss, eine Bluetooth-Antenne und ein Reset-Button. Weiterhin verfügt das Gerät über einen Magnetfeldsensor und einen Beschleunigungssensor

Angetrieben wird der micro:bit durch einen ARM-Prozessor, dem 256 KB Flash-Speicher und 16 KB RAM zur Seite stehen. Darüber hinaus gibt es am unteren Ende der Platine eine Kontaktleiste mit 20 Input/Output-Pins, an die weitere Verbraucher wie kleine Motoren angeschlossen werden können. Die neueste Iteration des micro:bit enthält zusätzlich ein integriertes Mikrofon und einen kleinen Lautsprecher.



Unterschiede zwischen Computer und Mikrocontroller

Bei einem micro:bit handelt es sich wie bei einem Arduino-Board um einen Mikrocontroller. Ein Raspberry Pi ist dagegen ein vollwertiger Computer. Die Unterschiede liegen im Aufbau begründet: Bei einem Computer kommuniziert die CPU über ein Bussystem mit allen anderen Bauteilen des Rechners, zum Beispiel mit dem Arbeitsspeicher oder verschiedenen Ports. 

Dagegen befinden sich bei einem Mikrocontroller CPU, RAM und ROM auf einem Chip, das Bussystem entfällt. Das bedeutet in der Praxis, dass ein Computer verschiedene Programme ausführen kann. Zudem verfügt er über ein Betriebssystem. Ein Mikrocontroller hat dagegen kein Betriebssystem und kann lediglich ein einzelnes Programm, das zuvor in seinen Speicher geladen wurde, ausführen. Die Programmierung eines Mikrocontrollers erfolgt in der Regel an einem Computer.



Welche Programmierumgebungen gibt es für den micro:bit?

Die BBC empfiehlt aktuell drei Editoren für den micro:bit auf ihrer Webseite: MakeCode von Microsoft benötigt keine Installation und läuft direkt im Browser. Die Programmierung erfolgt rein grafisch mit speziellen Blöcken. Damit eignet sich MakeCode ideal für den Einstieg.

 Die zweite Möglichkeit stellt der Microbit Python Editor dar. Auch dieser muss nicht installiert werden und lässt sich einfach über einen Browser bedienen. Es handelt sich um einen klassischen Texteditor. 

Des Weiteren wird der Scratch Editor angeboten. Das Tool wurde für die Altersgruppe der 8 bis 16-Jährigen entwickelt. Die Programmierung erfolgt durch leicht verständliche Programmierbausteine. Scratch läuft nicht im Browser, sonders muss lokal auf dem PC installiert werden.



micro:bit in der Schule einsetzen

Mittlerweile gibt es eine Vielzahl verschiedener Mikrocontroller und Einplatinencomputer für den Bildungsbereich. Der micro:bit ist ideal geeignet für den Einstieg. Fortgeschrittene Anwender stoßen aber recht bald an die Grenzen des kleinen Rechners. Für ältere Schüler eignet sich ein Raspberry Pi aufgrund seiner deutlich höheren Leistung und der größeren Flexibilität vermutlich besser. 

Wenn Sie sich für den micro:bit entscheiden, sollten Sie am besten zu einem speziellen Kit greifen, das neben der Platine weiteres praktisches Zubehör enthält. Speziell für Bildungseinrichtungen sind ganze Klassensätze verfügbar.



Unser Praxistipp: Auf elektrostatische Entladung achten!

Der micro:bit ist zwar robust, aber wie jedes elektronische Bauteil reagiert er empfindlich auf elektrostatische Entladungen. Während des Unterrichts sollten die Schüler daher dafür sensibilisiert werden, sich vor der Arbeit zu erden, indem beispielsweise ein Heizkörper angefasst wird. Es sollte grundsätzlich auf einer antistatischen Unterlage gearbeitet werden, um Beschädigungen am PCB zu vermeiden.



FAQ – häufig gestellte Fragen zum micro:bit

Was bedeutet die Abkürzung PCB?

PCB steht für Printed Circuit Board. Der Begriff wird für Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen verwendet.

Kann ich den micro:bit auch mit einem Mobilgerät programmieren?

Ja, über Bluetooth ist eine Programmierung über ein gekoppeltes Smartphone oder Tablet möglich. Es ist dabei allerdings zu beachten, dass sich nicht zwangsläufig jede Programmierumgebung für die Nutzung auf einem mobilen Endgerät eignet.



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