1bc:physcomp1 [Lädi's Wiki]

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====== Einstieg in Physical Computing ======
Wir verwenden folgenden Microcontroller mit einem ESP32-Chip.
{{ :3u:tux_mini.png?400 |}}

===== Posten 0 - Thonny =====
Installieren Sie Thonny (für [[https://github.com/thonny/thonny/releases/download/v4.1.4/thonny-4.1.4.exe|Windows]] und für [[https://github.com/thonny/thonny/releases/download/v4.1.4/thonny-4.1.4.pkg|Mac]].
Öffnen Sie Thonny und verbinden Sie den Microcontroller per USB-Kabel mit ihrem Notebook. Drücken Sie den <<Stop/Start>>-Button.

===== Posten 1 - Hello World! =====
  * Verbinden Sie den ESP32 mit USB-C-Kabel mit ihrem Notebook. Die weisse LED auf dem Mikrocontroller sollte nun dauerhaft leuchten.
  * Öffnen Sie Thonny und wählen Sie unter ''Tools -> Optionen... -> Interpreter'' den Interpreter ''MicroPython (ESP32)'' aus. 
  * Klicken Sie auf ''Stop'', nun sollte ihm Shell-Fenster von Thonny ''MicroPython v1.22.0...'' stehen und ''%%>>>%%'' erscheinen. Diese Zeichen bedeuten, dass MicroPython-Befehle eingegeben werden können, welche anschliessend an den ESP32 gesendet und auf diesem ausgeführt werden.
  * Geben Sie zum Testen die Rechnung ''34**4'' ein, der ESP32 berechnet nun $34^4$. (Befehle müssen mit Enter bestätigt/ausgeführt werden.)
  * Probieren Sie noch andere Rechnungen aus. 
  * Was passiert, wenn Sie $12345^{98765}$ ausrechnen möchten?
  * Sie können auch Text vom ESP32 ausgeben lassen: z.B. mit ''print('Hello World!')''.
  * Schreiben Sie eine ''for''-Schleife, die alle Dreieckszahlen bis n = 15 zusammenzählt.

===== Posten 2 - LED =====
  * Bauen Sie folgenden Schaltkreis nach.
{{ :3u:esp32physik.png?200 |}}
  * Um die LED zu verwenden müssen Sie zuerst die nötigen Module mit dem Befehl ''from machine import Pin'' laden.
  * Die LED ist am Pin 3 angeschlossen. Ordnen Sie die LED diesem Pin in MicroPython zu: ''led = Pin(3, Pin.OUT)''
  * Die LED können Sie nun mit dem Befehl ''led(1)'' ein- bzw. mit ''led(0)'' ausschalten.
  * Mit einer for-Schleife kann die LED zum Blinken gebracht werden. Dazu wird noch das time Modul benötigt:
<code>
import time
led = Pin(2, Pin.OUT)
for i in range(10):
    led(1)
    time.sleep(0.5)
    led(0)
    time.sleep(0.5)
</code>

*-Aufgaben:
  - Weshalb kann die LED nicht direkt also ohne Widerstand mit dem Microcontroller verbunden werden?

===== Posten 3 - Druckknopf =====
Es kann auch ein Druckknopf verwendet werden, um die LED zu steuern. Ergänzen Sie dazu den Schaltkreis der LED um den Druckknopf. Stecken Sie dazu die LED an Pin 3 (und nicht mehr Pin 2).  Stecken Sie den Druckknopf wie folgt auf das Breadboard und verbinden Sie das untere/rote Kabel mit GND und das obere/grüne Kabel mit Pin 2.
{{:3u:bildschirmfoto_vom_2023-11-27_13-54-04.png?200|}}
<code>
from machine import Pin
led = Pin(3, Pin.OUT)
button = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
while True:
    if not button():
        led(not led())
        while not button():
            pass
</code>
Hinweis: Um eine while-Schleife (oder auch andere Befehle) zu unterbrechen, drücken Sie die Tastenkombination ''CTRL+C''.  

*-Aufgaben:
  - Programmieren Sie den Druckknopf so, dass bei zweimaligen Drücken, die LED zu blinken beginnt.
===== Posten 4 - Ampel =====
Bauen Sie folgende Ampelschaltung nach.
{{ :3u:bildschirmfoto_vom_2023-11-27_13-54-49.png?200 |}}
(schwarzes Kabel -> GND, grünes Kabel -> Pin 6, gelbes Kabel -> Pin 4, rotes Kabel -> Pin 3, violettes Kabel -> Pin 2)

Programmieren Sie die Schaltung so, dass die Ampel von rot über orange auf grün schaltet, sobald der Knopf gedrückt wird. Die Ampel soll dann für 2 Sekunden grün sein und danach automatisch wieder auf Rot schalten.

Code-Hilfe:
<code>
from machine import Pin
import time
led1 = Pin(3, Pin.OUT)
led2 = Pin(4, Pin.OUT)
led3 = Pin(6, Pin.OUT)
button = Pin(2, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
led3(1)
while True:
    if not button.value():
        led3(1)
        time.sleep(0.1)
        ...
</code> 

===== Posten 5 - NeoPixel =====
Auf dem Mikrocontroller ist auch eine dreifarbige LED (NeoPixel) verbaut. Diese kann über den Pin 7 angesteuert werden (keine Verkabelung nötig).

Laden Sie die NeoPixel-LED mit 
<code>
import machine, neopixel
np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(7),1)
</code>

Die Farbe kann mit RGB-Farbcode gesetzt werden. Bevor die NeoPixel leuchtet muss der Farbcode gesetzt werden: z.B. rot mit ''np[0]=(255,0,0)''. Danach kann mit ''np.write()'' die LED eingeschaltet werden.

Schreiben Sie einen Code für einen Farbverlauf der NeoPixel-LED. Die RGB-Farbcodes finden Sie z.B. [[https://g.co/kgs/ho6fFY|hier]].

===== Posten 6 - Input, Schleifen, Bedingungen =====
Wie beim normalen Python können Sie auch mit MicroPython ''for''- oder ''while''-Schleifen programmieren. Und auch die Bedingungen ''if'' ... ''else:'' können verwendet werden.

  - Schreiben Sie einen Code, der einen Input verlangt (mit dem Befehl wird die Eingabe in der Variable $x$ gespeichert: ''x = input("Eingabe: ")'') und falls dieser $Licht an!$ ist, soll die LED leuchten bzw. eingeschaltet werden.
  - Erweitern Sie ihren Code mit einer Schleife, der einen Countdown von 10s bis zum Einschalten der LED ausgibt.