Anfängerleitfaden für Arduino

Egal, ob Sie ein Experte für eingebettete Systeme, ein Hochschulwissenschaftler oder ein neugieriger Mensch sind, Sie müssen Ihre elektronischen Erkundungen irgendwo beginnen. Wenn das Handbuch nicht ausreicht, schauen Sie sich diesen Arduino-Einsteigerleitfaden an.

Arduino ist eine Marke von Open-Source-Mikrocontroller-Boards, die von der Firma Arduino entwickelt wurden.

Wenn man vom Arduino spricht, geht es meist um die Platine. Arduino-Boards sind etwas Besonderes, weil sie langlebig sind. Sie sollen von Studenten (oder jedem anderen) verwendet werden, der Dinge durcheinander bringen und kaputt machen könnte.

Das andere Besondere an ihnen ist, dass sie Open Source sind. Die Datenblätter für alle Arduino-Boards und -Shields sind online verfügbar. Sie können Ihr eigenes Arduino-Board erstellen, wenn Sie über das technische Know-how verfügen.

Für einen Anfänger bedeutet das:

Es gibt viele Arten von Arduino-Boards. Einige sind so klein wie eine Batterie, andere so groß wie eine Digitalkamera, aber ein paar Teile haben sie alle gemeinsam:

Es gibt auch andere Arduino-basierte Boards von Drittanbietern, die von ihren eigenen Herstellern gebaut werden, aber normalerweise haben sie diese Dinge gemeinsam.

Die Mikrocontroller-Einheit, auch MCU genannt, liest und steuert alle Ein- und Ausgänge auf der Platine. Es speichert auch den vom Benutzer erstellten Code, der bestimmte Aufgaben erledigt.

Der Arduino Uno R3 verfügt über einen speziellen herausnehmbaren MCU-Chip. Auf diese Weise können Sie das Teil ersetzen, sobald es kaputt oder abgenutzt ist. Bei anderen Platinen sind die MCU-Chips auf der Platine selbst verlötet. Der Nachteil liegt auf der Hand, aber sie sind normalerweise viel kleiner und schneller als ihre nicht gelöteten Gegenstücke.

An den Seiten sollten Sie einige erhabene Plastikstücke mit Löchern oben sehen. Es handelt sich um weibliche Stiftleisten. Sie sollten Drähte oder männliche Überbrückungsstifte hineinstecken.

Es gibt zwei Arten von Pins: GPIO- und Power-Pins. Mit GPIO-Pins können Sie Ein- und Ausgänge verarbeiten. Standardmäßig sind alle Arduino-Pins Eingänge. Andererseits sind Power-Pins dazu gedacht, Strom auf der Platine zu bewegen. 5V und 3,3V geben immer so viel Spannung ab, wie der Name schon sagt. GND steht für „Masse“ und mit Vin können Sie die Platine über diesen Pin mit Strom versorgen.

Alle Arduino-Boards verfügen normalerweise über zwei Arten von Anschlüssen: einen USB-Anschluss und eine DC-Hohlbuchse, einige haben jedoch keine DC-Hohlbuchse. Normalerweise beziehen sie ihre Stromversorgung entweder über den USB-Anschluss oder über die Stromanschlüsse.

DC-Hohlbuchsen haben normalerweise eine Größe von 2,1 x 5,5 mm, wobei die Innenseite positiv und die Außenseite negativ ist. Sie sind für Spannungen zwischen 7 und 20 Volt ausgelegt, es ist jedoch besser, wenn möglich bei 9 Volt zu bleiben.

Die USB-Anschlüsse sind je nach Modell unterschiedlich. Sie können Typ-A, Typ-B, USBmicro oder Typ-C verwenden. Über diese können Sie die Platine mit Strom versorgen und sie dienen auch als Kommunikationsanschlüsse.

Schließlich gibt es normalerweise drei Anzeige-LEDs, die Ihnen den Zustand der Platine anzeigen lassen.

Die L- und ON-Pins sind selbsterklärend. Eine davon ist eine eingebaute LED, die Sie steuern können, während die andere sich immer dann einschaltet, wenn Strom durch die Platine fließt. Die ersten beiden hingegen schalten sich immer dann ein, wenn der Arduino Informationen über die serielle Kommunikation empfängt oder sendet.

Anfänger sollten mit der Arduino IDE beginnen, bevor sie zu einem anderen Programm wie PlatformIO wechseln, auch weil es einfach ist und alles enthält, was Sie brauchen. Wenn Sie dies verwenden, ist es auch weniger wahrscheinlich, dass Sie etwas durcheinander bringen. Schließlich ist es für Arduino-Boards gemacht.

Die Arduino IDE hat drei wichtige Funktionen:

Normalerweise arbeiten die Funktionen zum Erstellen und Hochladen Hand in Hand. Sobald Sie mit der Eingabe und Bearbeitung Ihres Codes fertig sind, können Sie ihn erstellen und dann alles direkt auf Ihr Board hochladen. Aber es gibt Zeiten, in denen Sie es nur erstellen und nicht hochladen müssen.

Die Arduino IDE kann über die Arduino-Website heruntergeladen werden.

Das Blinken der eingebauten LED ist die Arduino-Version eines „Hello World“-Skripts und eine einfache Möglichkeit zu testen, ob das Arduino funktioniert. Ich demonstriere die verschiedenen Möglichkeiten, es zum Blinken zu bringen, einschließlich der Mitteilung an den Computer, dass es bereits blinkt.

Wir beginnen mit dem grundlegenden Blink-Skript. Sie müssen lediglich die eingebaute LED für 0,5 Sekunden einschalten und dann für weitere 0,5 Sekunden ausschalten.

Arduino-Code ist normalerweise in zwei Teile unterteilt: setup() und loop().

Wenn Sie setup() sehen, sollten Sie Ihre Ausgaben und Eingaben definieren. In diesem Fall verwenden wir pinMode(), um den LED_BUILTIN-Pin in einen Ausgangspin umzuwandeln.

Der LED_BUILTIN-Pin ist Pin 13 und ist direkt mit der L-LED verbunden. Es schaltet sich immer dann ein, wenn es genug Strom erhält, um es auf HOCH zu stellen. Sie können sogar alle Instanzen von LED_BUILTIN durch 13 ersetzen, und es wird weiterhin funktionieren.

setup() wird im nächsten Beispiel näher erläutert. Hier beginnt alles mit der ersten Zeile in loop(), und der Arduino führt diese Zeile aus, dann die zweite, dann die dritte und so weiter, bis er die letzte Zeile erreicht. Danach kehrt es zur ersten Zeile zurück. Deshalb nennt man es eine Schleife().

In diesem Beispiel haben wir digitalWrite() verwendet, um LED_BUILTIN auf HIGH zu schalten. Hier fließen 5 V Strom, dann stoppt die Verzögerung (500) den Arduino vorübergehend für 500 Millisekunden daran, weiteren Code zu lesen. Danach führt der Arduino die nächste Zeile aus, die LED_BUILTIN auf LOW bringt.

Es ist eigentlich eine Schleife aus dem Einschalten, dem Warten einer halben Sekunde, dem Ausschalten, dem Warten einer weiteren halben Sekunde und dem Zurückkehren zur Startlinie. Es schneidet so lange, wie es an eine Stromquelle angeschlossen ist.

Dieses Mal experimentieren wir mit setup(), damit wir die eingebaute LED dreimal schnell blinken lassen können, bevor sie alle 0,5 Sekunden langsam blinkt.

Im vorherigen Beispiel ging es um loop() und seine Funktionsweise. Gehen wir etwas zurück und gehen wir auf setup() ein.

Alles, was Sie in setup() platzieren, wird einmal ausgeführt, genau wie es im vorgefertigten Kommentar steht. Damit können Sie Ihren Arduino dazu bringen, Ihnen mitzuteilen, dass er funktionieren wird. Wenn Sie einen LCD-, OLED- oder AMOLED-Bildschirm haben, können Sie ihm sogar eine gefälschte Ladeanimation verpassen!

Hier sollten Sie auch spezielle Befehle starten, z. B. den Aufbau einer seriellen Kommunikation.

Im Gegensatz zu einer parallelen Kommunikation werden bei einer seriellen Kommunikation Daten bitweise von der Quelle zum Ziel gesendet.

Dieses Mal sendet Arduino einige Nachrichten über die serielle Schnittstelle, um Sie über Statusaktualisierungen zu informieren.

Da Software zum Debuggen eine Konsole verwendet, sollten Sie für denselben Zweck Serial in der Hardware verwenden.

In setup() haben Sie die Zeile Serial.begin(9600); hinzugefügt. Dadurch wird Arduino angewiesen, einen Kanal mit dem Computer für die serielle Kommunikation zu öffnen. Die Zahl daneben gibt an, wie schnell Daten gesendet werden sollen.

Die Zahl 9600 bezieht sich auf 9600 Baud. Das bedeutet, dass 9600 Bit pro Sekunde gesendet werden. Die Baudraten reichen von 300 bis über 2 Millionen Baud für die Arduino IDE. Kleinere Tarife eignen sich besser für längere Leitungen (denken Sie an Telefonleitungen für die Entfernung), während höhere Tarife für kürzere Leitungen gelten. 2 Millionen Baud sind jedoch übertrieben. In vielen Fällen reichen sogar 19200 Baud selbst für die empfindlichsten Bastlersensoren mehr als aus.

Nachdem das geklärt ist, reden wir über Serial.println(); nächste. Dieser Befehl steht für „print, line new“ und erstellt eine neue Zeile, nachdem der Inhalt des ()-Bereichs gedruckt wurde.

Serial.println() akzeptiert entweder Zeichenfolgen oder Variablen, die Zeichenfolgen enthalten. Es verhält sich merkwürdig, wenn Sie Zahlen hinzufügen, insbesondere wenn es mit 0 beginnt.

Wenn Sie sich die Ergebnisse Ihres seriellen Monitors ansehen, sollten Sie auch feststellen, dass dort „Arduino, wird gestartet!“ angezeigt wird. nur einmal. Währenddessen werden „LED an“ und „LED aus“ bei jedem Blinkzyklus wiederholt ausgedruckt. Das ist der große Unterschied zwischen setup() und loop().

Tatsächlich können Sie Ihren Code sogar von setup() in loop() einfügen, aber das ist normalerweise eine schlechte Vorgehensweise. Es kann sein, dass Sie einen Eingangspin in einen Ausgangspin verwandeln und möglicherweise Ihren Mikrocontroller-Chip beschädigen.

Das hilft sehr. Mit einer for-Schleife können Sie eine Mini-Schleife() ausführen, die nach einer bestimmten Anzahl von Malen endet.

Versuchen wir, komplexe Blinkmuster mit mehreren For-Schleifen zu erstellen. Beim ersten Laden sollte die LED 13 Mal blinken, 500 ms lang an und 250 ms lang aus, und zwar nur einmal. Dann sollte es eine Schleife ausführen, viermal blinken, 1000 ms lang an und 1000 ms lang aus, dann noch zweimal blinken, 500 ms lang an und 250 ms lang aus.

Die for-Schleife ist ein einfaches, aber leicht zu erlernendes Werkzeug. Es besteht aus drei Teilen: for, (int i = 0; i < x; i++) und was auch immer in { } enthalten ist.

Mit dieser einfachen Arduino-Anleitung für Einsteiger können Sie mit der Erstellung Ihrer eigenen Lichteffekte oder vielleicht einer schicken Weihnachtsbeleuchtung beginnen.

Natürlich gibt es noch mehr zu lernen, aber es ist besser, wenn Sie nach und nach lernen. Sie können Motoren, Sensoren, Relais und vieles mehr ausprobieren! Wenn Sie der Herausforderung gewachsen sind, möchten Sie vielleicht einen Arduino mit einem Raspberry Pi programmieren.

Terenz ist ein Hobby-Roboter, der versucht, den großartigsten Roboter zu bauen, den die Welt je gesehen hat. Das hätte er schon tun können, wenn er nicht so sehr damit beschäftigt gewesen wäre, als zweites Hobby LEDs durchzubrennen.

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