Bauteilkunde Teil 2: Variablen und Schleifen

Programme mit Variablen und Schleifen effizient steuern

Programmvergleich

a) Jana und Jonas haben jeweils LEDs an den Arduino angeschlossen und steuern diese mit den unten abgebildeten Programmen. Vergleiche die beiden Programme im Hinblick auf ihre Wirkung und die Art der Programmierung. Welches gefällt dir besser?
b) Zusatzüberlegung: Wie viel muss man ändern, wenn man die Leuchtdauer ändern will?

Variablen

Eine Variable kann man sich als Koffer vorstellen, der einen Namen bekommt und in dem man einen festgelegten Datentyp speichert. Jedes Mal, wenn der Name des Koffers aufgerufen wird, wird der abgespeicherte Wert hervorgeholt und an die Stelle des Namens gesetzt. Intern wird der Variablenname als Verweis auf einen bestimmten Speicherplatz genutzt, in dem der Wert der Variable abgelegt ist.

Für den Namen hat sich der lowerCamelCase etabliert: Der erste Buchstabe ist klein; wenn weitere Wörter folgen, fangen diese mit einem großen Buchstaben an. Leerzeichen sind nicht erlaubt.

Zufällige Ereignisse und Wiederholungen programmieren

Viele Dinge werden interessanter, wenn sie sich nicht immer auf die genau gleiche Art wiederholen. Für diese Fälle kann man im Programm den blauen Block für Zufallszahlen verwenden (Expertenblöcke aktivieren!), der jedes Mal eine neue Zufallszahl erzeugt, wenn er aufgerufen wird.

Ein einfaches Beispiel ist die “Bombe”, die man bei dem Spiel “Tick Tack Bumm” startet und die man so lange herum geben muss, bis sie explodiert. Dabei ist die Dauer des Tickens ein zufälliger Wert zwischen ca. 5s und 20s.

Bombe bauen

Baue und programmiere eine “Bombe”, die für eine zufällige Dauer zwischen 5s und 20s tickt und dann explodiert. Die Bombe wird über einen Taster aktiviert.

Zusatz: Welchen Unterschied macht es, wenn man die ausgewürfelte Zufallszahl in einer Variable speichert?

Wiederholungen mit Bedingungen steuern

In vielen Fällen geht es bei Schleifen nicht um eine genau oder zufällig bestimmte Anzahl von Wiederholungen, sondern darum, einen Vorgang zu wiederholen, bis eine Bedingung wahr ergibt, bzw. solange, wie eine Bedingung wahr ergibt. Die Bedingung, die wahr oder falsch ergibt, kann auch Sensorwerte beinhalten.

Konfigurierbares Reaktionsspiel

Baue und programmiere ein konfigurierbares Reaktionsspiel!

Dazu werden drei Taster (mit Widerstand!) am Arduino angeschlossen. Nach einer zufälligen Zeit wird auf dem seriellen Monitor angezeigt, welcher (zufällig ausgewürfelte) Taster gedrückt werden soll. Geschieht dies innerhalb einer vorgegebenen maximalen Reaktionszeit, hat man gewonnen, andernfalls verloren.

Am Anfang des Spiels soll diese maximale Reaktionszeit konfiguriert werden können. Das heißt, man kann die max. Reaktionszeit mit dem linken Taster verringern und mit dem rechten Taster vergrößern. Erst wenn der mittlere Taster gedrückt wird, startet das Spiel.

Für einen besseren Zugang zu diesem komplexen Spiel kannst du folgende Vorlage öffnen, mittels “Speichern unter” als Reaktionsspiel.xml auf dem Computer speichern und die Datei im Open Roberta Lab importieren: reaktionsspiel-start.xml.

Mögliche Erweiterungen:

• zusätzliche Ausgabe der Reaktionszeit,
• Ober- und Untergrenze für die einstellbare maximale Reaktionszeit, damit das Spiel nicht unmöglich, aber auch nicht zu langweilig wird,
• nach Spielstart folgen mehrere Spiele hintereinander und es wird mitgezählt, wie oft gewonnen wird,
• je nach Reaktionszeit bekommt man mehr oder weniger Punkte,
• ...

Zählschleifen programmieren

Lauflichter findet man inzwischen überall in unserer Welt: An den Rändern von Landebahnen an Flughäfen, an Spieleautomaten, aufdringlichen Werbeschildern, als Blinker von modernen Autos und vieles mehr. Wenn man diese programmieren will, eignen sich dazu am besten Zählschleifen.

Zählschleifen verstehen

Das oben abgebildete Programm enthält zwei selbst definierte Blöcke, mit denen sich eine LED an einem beliebigen Pin zwischen 2 und 13 anstellen bzw. ausschalten lässt. In der Endlosschleife wird dann eine Zählschleife genutzt.

Stelle eine Vermutung an, was die Zählschleife bewirkt.

Überprüfe deine Vermutung mit Hilfe einer Trace-Tabelle (siehe unten).

Steuerung von Schleifen

Unten siehst du zwei Programme, für die jeweils fünf LEDs mit Vorwiderstand an Pin 2 bis 6 angeschlossen wurden. Darunter siehst du die Wirkung der Programme in einem kurzen Video.

Beschreibe die Wirkung von Die Schleife abbrechen und mit der nächsten Iteration der Schleife fortfahren.

Programmdownload: schleife-abbrechen.xml

Programmdownload: schleife-fortfuehren.xml

In Nepo wie in anderen Programmiersprachen gibt es verschiedene Arten von Schleifen. Bisher wurde in Nepo die einfache Zählschleife wiederhole x mal, die bedingungsgesteuerte Wiederholschleife wiederhole bis / solange und die Zählschleife mit Zählervariable genutzt. Tatsächlich lässt sich das gleiche Verhalten aber mit allen drei Schleifenvarianten erreichen.