fischertechnik ROBOTICS

Nachfolgend kann der Bildungsplanbezug des Produkts je Bundesland eingesehen werden. Thema, Lernziele, Zeitaufwand und Bildungsplanbezug pro Aufgabe finden Sie über den Download der Unterrichtspläne.

Land	Stufe	Fächer / Bezüge
BW	SEK 1	IMP 8-3.1.1.2 Algorithmen (1), S. 28ff; INFWF 8-3.1.2 Algorithmen (1), S. 15; INFWF 9-3.2.2 Algorithmen (2), S. 21; INFWF 9-3.3.2 Algorithmen (2), S. 28 INFW 10 F-3.3.1 Daten und Codierung (1,2,3), S. 27; INFWF 10-3.3.2 Algorithmen (2), S. 28; INFWF10-3.3.4 Informationsgesellschaft und Datensicherheit (5), S.30
BY	SEK 1	RS- IT 2.7.1 Logische Schaltungen - Regeln und Steuern durch Sensorauswertung, S.698; RS- IT 2.7 Logik und Robotik, S.699; GYM 9/10 LPLUS INF - Modellieren, Implementieren, Anwenden, Softwareprojekte
BE	SEK 1	INF-3.5 Algorithmisches Problemlösen, S. 25; INF-3.9 Physical Computing (Wahlthemenfeld), S. 27 GYM 7NT 7.2.4 - INF Beschreibung von Abläufen durch Algorithmen; SEK2 11-13 Informatik-4.4 Sprachen und Automaten, S. 22
BB	SEK 1	INF-3.5 Algorithmisches Problemlösen, S. 25; INF-3.9 Physical Computing (Wahlthemenfeld), S. 27 SEK2 11-13 Informatik-4.4 Sprachen und Automaten, S. 22
HB	SEK 2	GYM OS INF-Algorithmen und Datenstrukturen, S. 6; GYM OS INF-Imperative Programmierung, S. 7 GYM OS INF-Sprachen und Automaten, S. 7 GYM OS INF-Informatik und Gesellschaft, Datenschutz und Datensicherheit, S. 6
HH	SEK 1	GYM 7/8 INF-M1 Informatik strukturieren und präsentieren, S. 18 GYM 9 INF-M2 Prozesse analysieren und modellieren, S. 19 SEK1 GYM 10 INF-M3 Daten und Prozesse, S. 20
HE	SEK 2	GYM KCGO INF-E1/E2 Einführung in die Informatik, S. 26 GYM KCGO INF-Q1 Algorithmik und objektorientierte Modellierung, S. 26; GYM KCGO INF-Q3 Konzepte und Anwendungen der theoretischen Informatik, S. 26
MV	SEK1	GYM 5 INF-3 Programmieren? Kinderleicht!, S.16; GYM 8 INF-3 Sensorgesteuerte Anwendungen entwickeln, S.25; GYM 9 INF-3 Sensorwerte erfassen und auswerten, S.28; GYM 6 INF-3 Entscheidungen treffen und Spiele gestalten, S.19 GYM 7 INF-3 Spiele entwickeln, S.22; GYM 8 INF-3 Sensorgesteuerte Anwendungen entwickeln, S.25 GYM 9 INF-3 Problemlösen durch Programmieren, S.32
NI	SEK1, 2	Pflichtfach ab 2023/2024; KC-INF LF Computerkompetenz, S.18; SEK 2 KC-INF IK3 Informatiksysteme und ihre zugrundeliegenden Modelle, S.12; KC-INF LF Algorithmisches Problemlösen; S.19; KC-INF LF Automatisierte Prozesse, S.22; SEK 2 KC-INF LF1 Algorithmen und Datenstrukturen, S.14 SEK 2 KC-INF LF1 Informationen und Daten, S.16 SEK 2 KC-INF LF1 Automaten und Sprachen, S.19
NW	SEK 1, 2	RS 9/10 WPF TECHNIK 2.3 Inhaltsfeld 7: Kommunikations- und Digitaltechnik S.23; 5/6 KLP INF - Information und Daten, S. 17; 5/6 KLP INF - Informatiksysteme, S. 18; SEK 2 KLP GOS INF - 2 Algorithmen, S. 21 ff S. 17; 5/6 KLP INF - Algorithmen, S. 17, 18; 5/6 KLP INF - Automaten und künstliche Intelligenz, S. 18; SEK 2 KLP GOS INF - 2 Algorithmen, S. 21 ff S. 21 ff; KLP GOS INF - 3 Formale Sprachen und Automaten, S. 22
RP	SEK 1	IPS 5 INF - Informatiksysteme und Netze, S. 7; IGS/GYM INF-2.1 Grundlagen der Informationsverarbeitung, S. 17 IPS 5 INF - Informatik, Mensch und Gesellschaft, S. 9ff; IPS 5 INF - Sprache und Automaten, S. 8; IGS/GYM INF-2.2 Algorithmisches Problemlösen, S. 20 IPS 5 INF - Information und Daten, S. 5 IPS 5 INF - Algorithmen, S. 3
SL	SEK 1, 2	GYM 9 INF - Algorithmik, S. 3; GYM OS INF GOS-Funktionsweise von Computersystemen, S.9ff. GYM OS INF GOS-Funktionsweise von Computersystemen, S.9ff. GYM 9 INF - Imperative Programmierung, S. 3; GYM INF GOS-Strukturiertes Programmieren, S.4ff. GYM 8 INF - Klassische Kryptographie, S. 3; GYM 8 INF - Codierung von Zahlen, Zeichen, Grafiken, S. 3 GYM INF GOS-Kryptographie, S.17
SN	SEK 1	OS 6 TC-WB4 Signale nutzen, S.12; GYM 5/6, TC-WB5 EVA-Prinzip bei Einplatinenrechnern, S.9 S.12; GYM 7/8, INFORMATIK-Ziele: Modellieren von Zuständen und Abläufen, S. 6, S.10; GYM 8 INF LB 2: Daten verarbeiten -zeitliche Steuerung, S.10; GYM 8, INFORMATIK LB 3: Computer verwenden – Komplexaufgabe, S. 7 GYM 11/12 INF LB 4: Algorithmen und Programme, S. 27; GYM 11/12 INF WB 4: Bilder digitalisieren, S. 28 OS 5, TC-WB4 Nachrichten übertragen, S.9; OS RS/10, Grundlagen der Informationsübertragung, S.39 GYM8 INF LB 3: Informationen interpretieren – Daten schützen, S.11; GYM 7 INF WB 3: Computer verwenden, S. 8
ST	SEK 1	GYM 9, INF 3.2 Algorithmen interpretieren und entwickeln, S.15 GYM 11/12 INF 3.4 Objektorientiertes Modellieren, S. 21 SEK 1 GYM 9, INF 3.2 Grundlagen; GYM 9 INF 3.2 Grundlagen von Informatiksystemen verstehen, S.16; GYM 10 INF 3.3 Algorithmen- und Datenstrukturen implementieren und testen (Verschlüsselungsverfahren), S.17 ff. GS 9/10 Technik-3.4 Kompetenzschwerpunkte - Technische Prozesse steuern, S. 20 GYM 11/12 INF 3.4 Kurs 3 Software-Engineering und Projektarbeit, S. 23
SH	SEK 1, 2	INF KB4 Kommunikation, S. 10; INF KB5 Informatiksysteme, S. 11; FA Physik, Variabilität (…Sensoren zur Messerfassung) S.13; SEK 2 INF4.4.3 Messen. Steuern, Regeln, S. 37 INF PB1 Modellieren und Strukturieren, S. 12; INF PB2 Implementieren, Programmieren, Realisieren, S. 13 INF KB3 Algorithmen, S. 9; INF PB2 Implementieren, Programmieren, S. 13
TH		GYM 10 INF - 2.3 Algorithmen, S. 14 ff.; GYM 10 INF 2.5.1 Technische Informatik, S. 18ff. GS 9/10 Technik-2.2.3 Untersuchen und Handhaben von Steuerungen und Reglungen (Modellbau), S. 12; GYM 10 INF - 5 Modellierung und Problemlösen GYM 8 INF - Verschlüsseln von Information; GYM 10 INF - 5 Modellierung und Problemlösen GYM 10 INF - 2.1 Information und Informatiksysteme, S. 12 ff

 

 

Nachfolgend kann der Bildungsplanbezug des Produkts je Bundesland eingesehen werden. Thema, Lernziele, Zeitaufwand und Bildungsplanbezug pro Aufgabe finden Sie über den Download der Unterrichtspläne.

Land	Stufe	Fächer / Bezüge
BW	SEK I	GYM 8/9/10 NWT-3.2.4.3 Steuerungsabläufe (Ampelsteuerung, Robotik) (7), Informationsverarbeitung - Autonomes Fahren (8), S.27; IMP 8-3.1.1.2 Algorithmen (1), S. 28ff; INFWF 8-3.1.2 Algorithmen (1), S. 15; INFWF 9-3.2.2 Algorithmen (2), S. 21; INFWF 10-3.3.2 Algorithmen (2), S. 28;
BY	SEK I	RS- IT 2.7 Logik und Robotik, S.699; GYM 9/10 LPLUS INF - Modellieren, Implementieren, Anwenden, Softwareprojekte
BE	SEK I	7-10 Informatik-3.8 Projektmanagement und 3.9 Physical Computing (Wahlthemenfeld), S. 27
BB	SEK I	7-10 Informatik-3.8 Projektmanagement und 3.9 Physical Computing (Wahlthemenfeld), S. 27
HB	SEK II	GYM OS INF-Algorithmen und Datenstrukturen, S. 6; GYM OS INF-Imperative Programmierung, S. 7
HH	SEK I	Stadtteil 9/10 INFORMATIK-M2 Prozesse analysieren und modellieren, S. 20; GYM 9 INFORMATIK-M2 Prozesse analysieren und modellieren, S. 19
HE	SEK I	ohne curricularen Vorgaben
MV	SEK I	GYM 5 INF-3 Programmieren? Kinderleicht!, S.16; GYM 6 INF-3 Entscheidungen treffen und Spiele gestalten, S.19 GYM 7 INF-3 Spiele entwickeln, S.22; GYM 8 INF-3 Sensorgesteuerte Anwendungen entwickeln, S.25; GYM 9 INF-3 Problemlösen durch Programmieren, S.32
NI	SEK I	KC-INF LF Algorithmisches Problemlösen; S.19; KC-INF LF Automatisierte Prozesse, S.22; SEK 2 KC-INF LF1 Algorithmen und Datenstrukturen, S.14; SEK 2 KC-INF LF1 Informationen und Daten, S.16; ; SEK 2 KC-INF LF1 Automaten und Sprachen, S.19
NW	SEK I, II	RS 9/10 WPF TECHNIK 2.3 Inhaltsfeld 7: Kommunikations- und Digitaltechnik S.23; 5/6 KLP INF - Algorithmen, S. 17, 18; 5/6 KLP INF - Automaten und künstliche Intelligenz, S. 18; SEK 2 KLP GOS INF - 2 Algorithmen, S. 21 ff; KLP GOS INF - 3 Formale Sprachen und Automaten, S. 22
RP	SEK I	IPS 5 INF - Informatiksysteme und Netze, S. 7; IGS/GYM INF-2.1 Grundlagen der Informationsverarbeitung, S. 17; IGS/GYM INF-2.2 Algorithmisches Problemlösen, S. 20
SL	SEK I, II	GYM 9 INF - Imperative Programmierung, S. 3; INF - Algorithmik, S. 3; GYM OS INF GOS-Funktionsweise von Computersystemen, S.9ff.
SN	SEK I	GYM 7 INF LB 3: Computer verwenden – Komplexaufgabe, S. 7; GYM 8 INF LB 2: Daten verarbeiten, S.10
ST	SEK I, II	GYM 9 INF 3.2 Algorithmen interpretieren und entwickeln, S.15 ff.; GYM 11/12 INF 3.4 Kurs 3 Software Engineering und Projektarbeit, S. 23
SH	SEK I	INF PB1 Modellieren und Strukturieren, S. 12; INF PB2 Implementieren, Programmieren, Realisieren, S. 13; ; FA Physik, Variabilität S.13
TH	SEK I	GYM 10 INF - 2.3 Algorithmen, S. 14 ff.; GYM 10 INF 2.5.1 Technische Informatik, S. 18ff.

 

 

Computer sind aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Sie umgeben uns nicht nur in Gestalt von PCs, Laptops oder Tablets: Wir tragen sie als Smartphones in der Hosentasche, sie stecken in unseren Autos, in Spül- und Waschmaschinen, in der Heizungssteuerung, in E-Bikes und in Kaffeeautomaten. 

Jahr für Jahr werden sie leistungsfähiger und zugleich immer kleiner und kompakter. Damit nehmen auch ihre Einsatzfelder zu, denn sie können nun auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten und als „eingebettete Systeme“ (embedded systems) in diese integriert werden. Sie erfassen und „vermessen“ mit Sensoren ihre Umgebung und steuern Motoren, LEDs oder andere Aktoren. Durch moderne Funk-Kommunikationstechniken wie WLAN oder Bluetooth können sie miteinander vernetzt werden und Daten untereinander oder mit einer Steuerzentrale austauschen. 

Wie aber funktionieren solche eingebetteten Systeme und ihr jeweiliges „Herzstück“, der Mikroprozessor? Was ist ein Mikrocontroller und wie werden damit Sensordaten erfasst und ausgewertet? Wie steuert man mobile Systeme, z. B. Roboter oder Fahrzeuge? Wie können die Systeme miteinander kommunizieren und Daten austauschen? 

In dieser Lerneinheit steht das Verständnis von Mikrocontrollern und deren Einsatz im Zentrum. Es werden die zentralen Grundlagen erläutert und in deren praktische Umsetzung in den Übungen (Aufgaben) vertieft. Dabei werden verschiedene wichtige Einsatzbereiche von Mikrocontrollern vorgestellt: Messung, Kommunikation, Codierung und Verschlüsselung, Steuerung und Regelung, Robotik und autonomes Fahren.

Definition 

Unter einem Mikrocontroller versteht man ein Steuerungssystem aus einem Mikroprozessor und einer Anzahl Ein- und Ausgänge. An den Eingängen werden Sensoren oder Speicher angeschlossen, an den Ausgängen Aktoren wie beispielsweise Motoren, LEDs oder Displays. Mikrocontroller verfügen über einen flüchtigen Arbeitsspeicher (RAM), der beim Ausschalten gelöscht wird, und meist auch über ein EEPROM, in dem Programme und Daten dauerhaft gespeichert werden können. Im Unterschied zu Laptops und PCs gibt es weder eine Tastatur als Eingabe- noch einen Bildschirm als Ausgabe-Einheit; diese müssen separat angesteuert werden.  

Bekannte und verbreitete Vertreter solcher Mikrocontroller sind z. B. der Arduino, der BBC micro:bit, der Calliope Mini und der TXT Controller von fischertechnik.

Das Herzstück des Mikrocontrollers ist ein Mikroprozessor. Für sich betrachtet ist ein Mikroprozessor ein Integrierter Schaltkreis (IC), der aus einem (temporären) Speicher – Random Access Memory (RAM) genannt – Befehle und Daten in die Register des IC lädt, in einer Recheneinheit verarbeitet und das Ergebnis wieder im RAM ablegt. Ein Mikroprozessor besteht im Wesentlichen aus Transistoren – elektronischen „Schaltern“, die genau zwei Zustände kennen: „Ein“ und „Aus“. Mit diesen Transistoren lassen sich logische Schaltungen konstruieren wie „Und“-, „Oder“- und „Nicht“-Verknüpfungen. Die Ergebnisse werden in einen „Flipflop“, einem stabilen Wechsel-Schalter gespeichert (Näheres dazu im Education-Kasten „Electronics“).  

Ein Quarz gibt dem Mikroprozessor den Takt vor, also die Geschwindigkeit, in der der Mikroprozessor die Befehle und internen Rechenschritte abarbeitet. Die Befehle werden in einem (je nach Mikroprozessor-Typ unterschiedlichen) Maschinencode angegeben und bestehen aus einem Kommando (bspw. „addiere zwei Werte“) und, je nach Befehl, mehreren Parametern (bspw. den beiden zu addierenden Werten oder den Registern, in denen die Werte gespeichert sind).  

Die Leistung des Mikroprozessors wird bestimmt durch die Taktgeschwindigkeit, die Datenbreite in Bit (die angibt, wie groß die Adressen und Werte sein dürfen, die die Mikroprozessorbefehle in einem Schritt verarbeiten können) und dem Maschinencode selbst: Je komplexer die Befehle, die der IC ausführen kann, desto schneller in der Regel die Datenverarbeitung. Zur Beschleunigung der Zugriffe auf das RAM enthalten viele Mikroprozessoren heute einen eigenen Cache-Speicher, in dem sie Befehle und Daten während der Verarbeitung zwischenspeichern.  

Die heute in Laptops und PCs eingesetzten Mikroprozessoren können 64 bit lange Daten (Werte, RAM-Adressen) verarbeiten, enthalten mehrere Milliarden Transistoren und werden mit mehreren GHz (Milliarden Schwingungen pro Sekunde) getaktet. Sie können sich die Arbeit teilen („Multi-Core“) und verfügen über viele Megabyte große Cache-Speicher. In Mikrocontrollern werden heute meist Mikroprozessoren mit einer Wortbreite von 32 bit und einer Taktfrequenz unter einem GHz genutzt – das ist bei Weitem ausreichend für die Aufgaben eines Mikrocontrollers.

Historie 

Seit der Antike experimentieren die Menschen mit Automaten – Konstruktionen, die, angetrieben von Luft oder Wasserkraft, selbständig Arbeiten verrichten, vorgegebene Bewegungsabläufe auf Kommando ablaufen lassen oder auch Musik erzeugen. Im 15. Jahrhundert n. Chr. konstruierte Leonardo da Vinci (1452-1519) zahlreiche Maschinen, die in Theatern und Fürstenhöfen Volk und Adel beeindruckten. Wolfgang von Kempelen (1734-1804) baute 1791 einen funktionsfähigen Sprachsyntheseapparat. Als erster „programmierbarer Automat“ gilt die 1805 von Joseph-Marie Jacquard (1752–1834) entwickelte Lochkartensteuerung für mechanische Webstühle. 

Der Durchbruch für die Entwicklung flexibel einsetzbarer Steuerungen gelang jedoch erst mit der Entwicklung des Computers. Durch die Erfindung des Integrierten Schaltkreises (IC) im Jahr 1958/1959 durch Jack Kilby (1923-2005) und Robert Noyce (1927-1990) und die Entwicklung des Mikroprozessors im Jahr 1971, erfunden und patentiert von Ingenieuren der Firma Texas Instruments, wurden sehr flexible, leichte, schnelle und verschleißfreie, vor allem aber programmierbare Steuerungen möglich. Der erste Mikroprozessor, der TMS1000, enthielt 8.000 Transistoren. Die Zahl der Transistoren eines Mikroprozessors verdoppelt sich seitdem etwa alle 18 Monate. Diese Entwicklung wird auch nach Gordon Moore (*1929), der diesen Zusammenhang 1965 aus der Weiterentwicklung von ICs in den vorausgegangenen Jahren ableitete, „Mooresches Gesetz“ genannt. Heutige Mikroprozessoren bestehen aus mehreren Milliarden Transistoren – und sind dabei kaum größer als der TMS1000.

Im Folgenden werden einige grundlegende Zusammenhänge und Hintergründe erläutert, die in den zugehörigen Education-Baukästen benötigt und in den entsprechenden Aufgaben vertieft werden.

 

Wie bestimmt man mit einem Heißleiter die Temperatur? 

Ein Heißleiter (auch Thermistor oder NTC-Widerstand genannt) ist ein Widerstand, dessen Widerstandswert sich abhängig von der Temperatur ändert. Heißleiter haben einen negativen Temperatur-Koeffizienten (NTC), d. h. mit steigender Temperatur sinkt der Widerstandswert. Die folgende Grafik zeigt die Widerstandskennlinie des fischertechnik-Heißleiters.

Der fischertechnik-Thermistor hat bei 25°C einen Widerstandswert von 1,5 kOhm. Wie an der Grafik zu erkennen ist die Kennlinie des Heißleiters nicht linear. Aber man kann den Temperaturwert einigermaßen genau über eine lineare Kurve annähern. Dazu muss man einen zweiten Messwert bestimmen und daraus die Gleichung der linearen Funktion berechnen. 

Der fischertechnik-Thermistor hat bei 25°C einen Widerstandswert von 1,5 kOhm. Wie an der Grafik zu erkennen ist die Kennlinie des Heißleiters nicht linear. Aber man kann den Temperaturwert einigermaßen genau über eine lineare Kurve annähern. Dazu muss man einen zweiten Messwert bestimmen und daraus die Gleichung der linearen Funktion berechnen. 

Für eine genauere Berechnung des Temperaturwerts T (in Kelvin) aus dem Widerstandswert R eines NTC-Widerstands wird üblicherweise die folgende Steinhart-Hart-Gleichung verwendet:

1/T=a+b(lnR)+c(lnR)³

Die Temperatur in °C erhält man aus T durch Subtraktion von 273,15.

Mit zwei zusätzlichen Messwerten (neben dem Widerstandswert von 1,5 kOhm bei 25°C) können wir ein Gleichungssystem mit den drei Unbekannten a, b und c aufstellen. Dieses Gleichungssystem müssen wir nicht selbst lösen: Auf der Webseite von Stanford Research Systems gibt es einen „Thermistor Calculator“, der uns aus den drei Messwerten die gesuchten Parameter der Steinhart-Hart-Gleichung berechnet. 

Was ist Redundanz? 

Als Redundanz bezeichnet man in der Informationstheorie Daten, die man ohne Informationsverlust weglassen kann. Ein Code ist redundant, wenn er mehr Bits benötigt als für die Darstellung der verschiedenen Zeichen minimal erforderlich wären. Wenn alle Zeichen des Codes gleich lang sind, gibt die Anzahl der zusätzlichen, für die Informationsdarstellung eigentlich nicht benötigten Bits des Codes dessen Redundanz an. Wenn wir beispielsweise ein einfaches 1/0-Signal kodieren möchten, benötigen wir dafür zwingend lediglich ein Bit. Kodieren wir das Signal jedoch mit den Ziffern „1“ und „0“ (als ASCII-Zeichen), so benötigt unser Code acht Bit. Die Kodierung hat also eine Redundanz von sieben (Bit):

Redundanz = log₂ (Anzahl mögliche Codeworte/Anzahl zu kodierender Zeichen)

In unserem Beispiel beträgt die Redundanz also log₂ (2⁸/2) = log₂ (2⁷) = 7. 

Wie funktioniert Verschlüsselung?

Die Verschlüsselung von Daten (auch Chiffrierung genannt) dient dazu, den Inhalt einer Nachricht zwischen Sender und Empfänger geheim zu halten und ein „Mitlesen“ Unberechtigter wirksam zu verhindern. Dafür werden Verschlüsselungsverfahren verwendet, die die Nachricht in einer zwischen Sender und Empfänger vereinbarten Weise „verändern“. Dabei wird möglichst nicht das Verschlüsselungsverfahren selbst geheim gehalten, sondern lediglich ein nur Sender und Empfänger bekannter Schlüssel („Kerkhoff’sches Prinzip“). Meist werden dabei die Zeichen der Nachricht durch andere ersetzt (substituiert) oder untereinander vertauscht (permutiert).  

Früher wurden vor allem einfache Substitutions-Chiffren verwendet. Eines der bekanntesten Verfahren ist die so genannte „Caesar-Chiffre“. Dabei werden die zu übermittelnden Buchstaben der Nachricht im Alphabet um eine feste Anzahl Stellen (dem Schlüssel) „verschoben“. So wird beim Schlüssel „3“ aus einem „A“ ein „D“, aus einem „B“ ein „E“ und so weiter, bis aus einem „Z“ schließlich ein „C“ wird. Die Entschlüsselung beim Empfänger erfolgt genau umgekehrt. 

Eine Caesar-Verschlüsselung ist leicht zu knacken, denn die Häufigkeitsverteilung der Buchstaben einer natürlichen Sprache wird durch die Verschlüsselung nicht verändert: Bei einem längeren Text ist der mit Abstand häufigste Buchstabe das „E“. Kennt man den häufigsten Buchstaben des verschlüsselten Textes, so weiß man, um wie viele Stellen man das Alphabet „verschieben“ muss, um den mitgehörten Text zu entschlüsseln.  

Außerdem gibt es nur 25 verschiedene Möglichkeiten, die Buchstaben im Alphabet zu verschieben: Das ist eine sehr geringe Anzahl möglicher Schlüssel. Man könnte also auch so lange verschiedene Verschiebungen durchprobieren, bis beim Entschlüsseln ein sinnvoller Text herauskommt. 

Deutlich schwieriger zu knacken ist eine von Blaise de Vigenère (1523-1596) im Jahr 1586 veröffentlichte Verschlüsselung, bei der die Zeichen der Nachricht nicht alle um die gleiche Anzahl Stellen im Alphabet verschoben werden, sondern nach einem vorgegebenen Schema. So bedeutet der Schlüssel „1 5 12 4 8 7 11“, dass das erste Zeichen der Nachricht um eine Stelle, das zweite um fünf, das dritte um 12 usw. und schließlich das siebte um 11 Stellen im Alphabet verschoben wird. Beim achten Zeichen wird wieder um eine, beim neunten um fünf etc. verschoben. Das Vigenère-Verschlüsselungsverfahren galt fast dreihundert Jahre als unknackbar.

Oft wird der Schlüssel dabei nicht durch eine Zahlenfolge, sondern durch die entsprechenden Buchstaben des Alphabets dargestellt – in oben stehendem Beispiel also durch „AELDHGK“. Damit lässt sich das Ersetzen der Zeichen (durch ein „Addieren“ der Positionen im Alphabet) auch viel einfacher programmieren.