Projekt Integrierte Schaltkreise am Gymnasium Flöha im Schuljahr 2009/10 - The Making Of

Letztmalig dran rumgefummelt: 17.12.09 21:57:09

Basis des Projektes sind Digitalschaltkreise - und das Schöne an der digitalen Logik sind ihre drei zustände: High, Low und kaputt wenn wir Informatik machen, dann richtig - also weg von der Spielekonsole und ran an die Probleme mit ihren neuen Technologien, Anforderungen, Profilen und eben auch ihren Möglichkeiten - alles zusammen ergibt dann theoretisch die Vorstufe von dem, was wir heute Mikroprozessor nennen ... wieder einmal wird ein Projekt gestartet, dessen Ausgang auch ein biss'l ungewiss ist - das fängt bereits mit der Bereitstellung der benötigten Bauelemente an - aber hier sind wir mal optimistisch, wo ein Wille ist ist auch ein Weg, oder: wer etwas verhindern will, sucht nach Begründungen, wer etwas erreichen will, sucht nach Möglichkeiten ;-) ... wir suchen nach Möglichkeiten!!! Das offizielle Logo ... ... und das inoffizielle Logo ;-) Projekt Integrierte Schaltkreise

1. Projektidee 2. Der Aufgabenbereich 3. Die Arbeiten am Projekt sowie Bearbeitungskriterien 4. Die Ergebnispräsentationen 5. Verwandte Projekte

1. Grundidee des Projektes

	Nachdem klargestellt worden ist, dass auch unsere heutige Mikroelektronik nicht weiter als die Umsetzung derer Komponenten auf den Guss von Silizium sowie Gallium-Arsenid ist, versuchen wir nun, solche digitalen Grundbausteine zu komplexen Schaltungen zu verbinden. Klar dabei sollte sein, dass jeder dieser Bausteine in der entsprechenden Bitbreite sowie ein wenig Peripherie-Elektronik die Basis auch des modernsten Mikroprozessors der Gegenwart und mit hoher Wahrscheinlichkeit auch zumindest der nächsten Zukunft bildet. Wir nutzen zumindest für den zweiten Teil des Projektes schon höher organisierte Schaltkreise, bleiben also nicht auf der unteren Logikebene stehen.
	das sind die, dem Projektthema zugrundeliegenden Themen (das sieht zwar wie nur eins aus, aber hier steckt viel dahinter: Grundwissen und Bezüge Bauelemente- sowie Technologie-Palette Lektion IV - Digitale Bauelemente TTL als Standard ... ... im Spezialfall CMOS Anzeige-Bauelemente Totem-Pol-Ausgangsstufen Open Collector-Ausgangsstufen Trisstate-Ausgangssufen TTL-Liste CMOS-Liste LED's und Siebensegmentanzeigen der Totem-Pfahl-Ausgang (Totem-Pole) - TP-Ausgang Open Coellector-Stufen Tri-State
	Erfahrungen aus dem Projektunterricht: Projekt Mikroprozessor Projekt Roboking mit dem Team Rabbi Loew Projekt Assemblerprogrammierung 2007 Projekt Assemblerprogrammierung 2009
	aus diesem Bereich können die Schaltungen ausgewählt werden:   Umcodierer 1 aus n-Decoder Sieben-Segment-Decoder Multiplexer Decodirerer Adder der Exzess-3- oder auch Stibitz-Code Komparatoren 4 Bit × 4 Bit-Multiplizier Parity-Generatoren EPROM-Logik RS-FlipFlop D-FlipFlop Frequenzteiler Random Access Memory
	... so etwas geht aber auch: Elektronischer Würfel in TTL mit Ausrolleffekt Lichteffektanlage mit Registern Statische elektronische Prüfspitze Dynamischer TTL-Prüfstift

2. Der Aufgabenbereich

	Nun machen wir schon richtig Digitalelektronik - nicht mehr bloße Eingangslogik auf Grundbausteinen - hier wird schon Anwendungselektronik betrieben. Im Extremfall erstellen wir auf reiner Hardware-Basis schon kleine richtig eigenständige Funktionen, welche man natürlich heutzutage locker einem Mikrocontroller überlassen würde - aber das machen wir später :-)
	Klar können per 11.11.09 die Aufgaben sowie deren Verteilung maximal fixiert werden - fest steht jetzt noch gar nichts und keinesfalls die Lösung - teilweise ist ja noch nicht einmal die konkrete Aufgabe im Netz verfügbar und nur folgerichtig hat der Schüler auch die Qual der Wahl - solange nicht alle Vorgaben besetzt sind, ist ein Umschwenken möglich.
	... und dies sind die momentanen Aufgabenstellungen Multiplexer Schmink, Marcus & Lyon, Tony Random Access Memory Beneke, Christian & Zelenin, Anatolij Sieben-Segment-Decoder Krause, Tom & Kunze, Steve Aiken-Code Berger, Rico & Böttcher, Lukas 4-Bit-Voll-Adder Oehme, Florian & Semmler, Georg 4-Bit-Voll-Komparatoren Baudzus, Jacob & Sell, Maximilian 3-Bit-1 aus n-Decoder Modler, Jonas

3. Die Arbeit am Projekt sowie Bearbeitungskriterien

Die Erarbeitung gehorchte mehrheitlich dem Leitsatz der Arbeitsweise von Schülern: "... wenn es die letzte Nacht nicht gäbe, würden 90 % aller Belegarbeiten nicht fertig!". Dieser Fakt wiederum schließt nicht aus, dass einige sogar sehr langfristig Auseinandersetzung mit dem Thema gesucht haben. Diese Tatsache im Rückschluss belegt in sich aber auch noch nicht, dass alles genau auf die Minute oder gar vorfristig fertig war.

Und das sind die Anforderungskriterien: Wissenschaftlichkeit des Beitrages Eigenständigkeit des Beitrages (wobei zu beachten ist, dass wir auch wissenschaftliches Neuland zu beschreiten, aber keine eigenen Leistungen beizubringen hatten) - wir zeigen also einen Iststand der wissenschaftlichen Arbeit schülergerechte Verständlichkeit (keine zu abstrakten mathematischen Betrachtungen - Anschaulichkeit sowie praktische Verständlichkeit sind das Bewertungskriterium - kannst Du das alles nicht verstehen, dann hat der Schüler schlecht gearbeitet, wobei wir ein logisches Grund-Denkvermögen voraussetzen wollen und müssen Verfügbarkeit sowie Weiterverwendbarkeit des ausgearbeiteten Materials Bedienbarkeit und Präzision der Software, soweit dies Bestandteil war

4. Die Ergebnis-Präsentation des Projektes

	... die endgültige Präsentation musste eine kleine Weile auf sich warten lassen - dazu haben wir viel zu viel Arbeit am Backen aber die zusammen getragenen Materialien sind viel zu wichtig, um weggeworfen zu werden. Was dabei rausgekommen ist, verdient eigentlich Auszeichnungen - ist dann aber fast wie bei 'ner Nobelpreisverleihung - außer den Ausgezeichneten & Auszeichnenden versteht eigentlich keiner, was wir da gemacht haben. Schön war, dass einige Teams ja Schaltungen präsentierten, deren Anwendung uns bereits morgens auf dem Wecker begegnen - die Zeit wird mittels Sieben-Segment-Anzeige auf dem Display beleuchtet von einer blauen LED im Hintergrund auf LCD-Display präsentiert - ist aber ein ganz schöner Weg von der Eingabe eines binären Musters bis zur Anzeige der Zeit in einem für mich klar lesbarem sowie eindeutigem Format. Bei der Favoriten-Wahl habe ich als Lehrer insofern echte Schwierigkeiten, als dass ich das alles schon selbst als Schaltung - nicht selten auch mit Leiterplatte und anschließender Fehlersuche, auch schon aufgebaut habe und folgerichtig recht gut darüber Bescheid weiß, wie lange man an solchen Projekten sitzt, wobei man davon ausgeht, dass "nur" noch aufzubauen ist - alles "andere" - nämlich Entwicklung der Logik sowie Bereitstellung der Bauelemente war ja da bereits erledigt. Hinter so manchem, was man also in der Folge betrachtet, stecken Schweiß und manchmal sogar Tränen - denn wir gehorchen dem alten Einsteinschen Sprichwort: "... wissenschaftliches Arbeiten bedeutet auch, Dinge, in die man sehr viel Arbeit, Zeit - und heute auch Geld - hineingesteckt hat, einfach wegzuschmeißen und von vorne anzufangen!!!"
	... als erstes die kleine Foto-Session - Jonas wird sich da wohl doch ein wenig freuen, denn hinter diesem, von ihm erstellten 1 aus 10-Decoder stecken einiges an Wissen, Logischer Kombination, Theoretischem Durchdringen sowie nicht zuletzt auch praktische Erfahrung (wobei dann schon auch mal ein Schaltkreis sein Leben lassen muss - damit kann man aber heutzutage leben - praktisch werden so keine Schaltungen mehr entwickelt und die Bauelemente wirklich nur noch zum "Lernen" gefertigt - die Marschrichtung heißt schon seit Jahren Mikrocontroller - aber das machen wir später - man kann hier noch so schön den "Bits" beim Arbeiten zuschauen (wenn denn alles funktioniert!)!). Schaltung eines 1 aus 10-Decoders mit Grundlogik-Bauelementen ... Schaltung eines 1 aus 10-Decoders mit Grundlogik-Bauelementen ... <Ironie on!> hat noch jemand Bedarf., das auch einmal zu probieren? Die Antwort dazu lautet: Informatik Wahlgrundkurs (das ist übrigens dann noch kein Leistungskurs!!!) belegen<Ironie off!>

5. Verwandte Projekte

	Hier sind in eigentlich allen Fällen nach schweißtreibender Arbeit Spitzenleistungen erzielt worden, deren Umfang nur erahnen kann, wer sich in die Materie begibt und versucht, nur ein paar einfache Logikaufgaben anzugehen sowie eindeutige Lösungen zu finden. Unsere Aufgabe war komplexer: Finde die Lösung - beschreibe Wege sowie Modell, diese Lösung evtl. zu vereinfachen, entwickle den logischen Schaltplan!
	Informatik-Projekte am Gymnasium Flöha
	Projekt Mikroprozessor   Projekt Roboking mit dem Team Rabbi Loew   Projekt Kryptoanalyse Das Kombinatorik-Projekt Projekt ENIGMA Projekt Assemblerprogrammierung Projekt Problemlösungsstrategien 2007 Projekt Bundeswettbewerb für Informatik 2006   Projekt Bundeswettbewerb Informatik 2007 Projekt Assemblerprogrammierung 2009 Projekt Kryptologie 2008 Projekt Bundeswettbewerb Informatik 2009

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© Frank Rost am 11. November 2009