SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) ist die wohl bekannteste Software zur Simulation analoger und digitaler elektrischer Schaltungen. Allerdings ist die Nutzung oft mühsam und erfordert einen geeigneten Schaltplan. Wie gut, dass es inzwischen eine grafische Benutzeroberfläche gibt, die Sie online und ohne Installation von Software benutzen können und in der Sie die Schaltung wie auf einem Breadboard aufbauen. Tinkercad Circuits bietet sogar die Integration von ATmega- (Arduino Uno) und ATtiny-Prozessoren, für die Sie Programme in C/C++ sowie der grafischen Sprache Scratch erzeugen und ausführen können.
Melden Sie sich auf der Seite https://www.tinkercad.com an. Dazu können Sie ein neues Konto erstellen oder sich über einen Drittanbieter wie Google anmelden. Wechseln Sie im Dashboard in den Bereich Circuits – als neuer Nutzer werden noch keine Schaltungsentwürfe zu sehen sein. Am unteren Rand können Sie gegebenenfalls die Sprache auf Deutsch umstellen.
Das folgende Projekt finden Sie auch online unter der Adresse https://www.tinkercad.com/things/az1gBrXUclZ.
Klicken Sie auf Neuen Schaltkreis erstellen. Die Breadboardansicht ähnelt an vielen Stellen der von Fritzing, so dass es vorteilhaft ist, wenn Sie sich vorab damit vertraut machen und den Artikel dazu lesen (siehe letzte Ausgabe).
Ihr Entwurf wird permanent in der Cloud gespeichert. Oben links neben dem Logo von Tinkercad wurde dazu bereits ein phantasievoller Name festgelegt. Sie können auf den Text klicken und einen eigenen Projektnamen vergeben.
Am rechten Rand können Sie eine Vorauswahl treffen, welche Bauteile und Beispielprojekte angezeigt werden. In der Auswahlliste befinden sich unterhalb von Starter einige Beispiele, die Sie ausprobieren können. Damit Sie ein neues Projekt von Grund auf selbst erstellen, wählen Sie jetzt bei Komponenten „Alle” aus.
Suchen Sie aus der Bauteilauswahl die Stromquelle (Labornetzteil), den Arduino Uno◦R3 und die kleine Steckplatine. Klicken Sie das jeweilige Symbol an und legen Sie das Bauteil dann im Arbeitsbereich ab.
Für viele Bauteile können Sie Parameter wie Farbe, Typ oder Dimensionierung festlegen, wenn Sie das Bauteil im Arbeitsbereich anklicken. Es öffnet sich dann ein kleines Dialogfenster mit den Einstellmöglichkeiten. Klicken Sie auf die Stromquelle und tragen Sie bei Spannung „5“ ein. Bei allen Werten beachten Sie, dass Sie die US-Schreibweise bei Zahlen mit Dezimalpunkt statt –Komma benutzen.
Platzieren Sie die Bauteile und Leitungen auf dem Breadboard. In der Grafik sehen Sie, welche Werte Sie für die Bauteile einstellen müssen (soweit möglich).
Zusätzlich ist eine Verbindung zu einem GND-Pin am Arduino notwendig (schwarze Linie nach rechts) und die blaue Verbindung zu Pin◦A2.
Haben Sie die Schaltung fertig aufgebaut, können Sie die elektrische Funktion testen und simulieren, in dem Sie oben rechts auf Simulation starten klicken. Der USB-Stecker wird in einer kurzen Animation in den Arduino gesteckt, um zu zeigen, dass dieser jetzt mit Strom versorgt wird (zudem leuchtet die LED „ON“). Allerdings gibt es noch kein Programm, das auf ihm läuft. Zusätzlich werden auf dem Labornetzteil die Spannung und der momentan aufgenommene Strom angezeigt.
Sie können mit gedrückter Maustaste an den Drehknöpfen des Netzteils drehen. Die Schaltung an sich verträgt bis etwa 18◦V – allerdings nicht der Arduino, der über die blaue Leitung verbunden ist. In der Praxis würden Sie Ihren Mikrocontroller damit zerstören – hier schadet es nicht. Der Piezosummer gibt einen knatternden Ton von sich, wenn Sie an Ihrem PC einen Lautsprecher angeschlossen haben. Mit der Maus können Sie das blaue Potentiometer oben links auf dem Steckboard durch Drehen verstellen und dadurch den Ton ändern.
Klicken Sie auf Simulation stoppen und dann auf Code (links daneben), um das Eingabefenster für den Quellcode zu öffnen. Vom rechten Rand schiebt sich die Codeansicht ins Bild. Diese zeigt zuerst den Editor für Scratch. Stellen Sie oben über das Auswahlfeld auf Text um. Es wird eine Warnung angezeigt, die Sie mit Weiter bestätigen.
Es gibt bereits ein kleines Programm im Codefenster. Löschen Sie den gesamten Inhalt und ersetzen Sie ihn durch folgende Befehle:
const uint8_t iopin = A2;
void setup()
{
pinMode(iopin, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
Serial.println(digitalRead(iopin));
delay(10);
}
Wenn Sie jetzt wieder auf Simulation starten klicken, wird auch der Programmcode ausgeführt. Sollte Ihr Programm Fehler enthalten, dann werden diese wie auch in der Arduino-IDE hervorgehoben und müssen erst beseitigt werden.
Der Arduino soll in diesem Beispiel wie ein einfaches Oszilloskop arbeiten und den Signalpegel an seinem I/O-Pin ausgeben, der dem Signal entspricht, das den Piezosummer antreibt. Klicken Sie dazu am unteren Rand der Codeansicht auf Serieller Monitor, so dass Sie die Folge von Nullen und Einsen sehen. Ganz unten rechts gibt es ein Symbol mit einem Kurvenverlauf: Klicken Sie darauf, um die grafische Ausgabe zu öffnen.
Drehen Sie wieder am Poti, um den Ton zu ändern und Sie sehen, wie sich auch die gezeichnete Kurve ändert.
Der Artikel wurde dem Elektor-Sonderheft „Einstieg in die Elektronik mit Arduino” entnommen, das im Elektor-Shop bestellt werden kann: www.elektor.de/elektor-special-einstieg-in-die-elektronik-mit-arduino.
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