Technische Informatik II

Präsenzstudium: ca. 60 Std., Eigenstudium: ca. 90 Std.

Technische Informatik I, Rechnerarchitektur, Softwareentwicklung I

Studierende lernen den Umgang mit elektronischen Schaltungen kennen, um die Brücke zwischen der Software und der physikalischen Umwelt zu schlagen.

Die Studierenden können:

• die physikalischen Prinzipien der gängigen Elektronikbauteile (z.B. Kapazität, Induktivität, Halbleiter, Operationsverstärker, etc.) nachzuvollziehen und sind in der Lage diese anderen zu erklären
• die Funktionsweisen von Sensoren und Aktuatoren verstehen und diese an einen Mikroprozessor / Mikrocontroller mittels analoger bzw. digitaler Schnittstellen anbinden
• die Funktionsprinzipien gegebener elektrotechnischer Schaltungen nachvollziehen und anderen erklären
• grundlegende Berechnungen zu gegebenen elektrotechnischen Schaltungen durchführen
• das gelernte in eigenen Projekten umsetzten und z.B. sogenannte eingebettete Systeme auslegen, aufbauen, Hardware technisch debuggen und SW technisch programmieren

Heutzutage befinden sich in jedem High-Tech Produkt oder Smarten Gerät eine oder mehrere Rechnereinheiten mit entsprechender Software. Diese Rechnereinheiten, auch Mikrocontroller genannt, sind heute sehr kostengünstig, klein und energieeffizient, was dessen Einsatz und somit Verbreitung rasant beschleunigt. Sehr oft kommt die „Smartness“ des Systems vorwiegend von diesen Mikrocontrollern und der dazugehörigen Elektronik. Im Grundlagen Fach „Technische Informatik I“ haben Studierende sich mit der Funktionsweise digitaler Schaltungen und deren Entwurf und Umsetzung beschäftigt. Im Vertiefungsfach „Technische Informatik II“ werden den Studierenden die Grundlagen der Elektrotechnik vermittelt, damit Sie in die Lage versetzt werden, gegebene „smarte Systeme“, bestehen aus Mikrocontrollern und elektronischen Peripherie Schaltungen, zu analysieren und deren Funktionsweise zu verstehen und zu erklären. Sie sollen grundlegende Berechnungen zu den elektronischen Schaltungen vornehmen können und in die Lage versetzt werden eigene Anpassungen vorzunehmen. Weiter sollen gängige Sensoren und Aktuatoren betrachtet werden und wie diese an einen Mikrocontroller angebunden werden können, um letztendlich ein lauffähiges eingebettetes System zu realisieren, welches final programmiert werden kann. Studierende werden angeregt eigene Projekte zu entwickeln, gerne auch ausgehend von vorhandenen Referenzprojekten aus dem Maker-Space.

Themenauszug:

• Grundlagen der Elektrotechnik: Elektrische Größen, Kirchhoffschen Gesetzte, Bauteile: Ohmscher Widerstand, Kapazität, Induktivität
• Halbleiter: Diode, Transistor (Bipolar, FET, ...)
• Operationsverstärker (OpAmp): Funktionsprinzip, Schaltungen + Berechnungen
• Interface Technologien: TTL, CMOS, ..., Digital (Push-Pull, Open-Input), Seriell (asynchron, I2C, SPI)
• AD-Wandler: Funktionsprinzipien, Beispiele
• Messtechnik: Allgemeine Nutzung von Multimeter, Anwendung im Praktikum

Tafel, Folien oder Beamer

• Tietze, Schenk, Halbleiterbauelemente, Springer, aktuelle Ausgabe.
• Rost, Manfred and Wefel, Sandro. Elektronik für Informatiker: Von den Grundlagen bis zur Mikrocontroller-Applikation, Berlin, Boston: De Gruyter Oldenbourg, 2021.