Projektmodul DMKurze Einführung

Arduino und Arduino-Programmierung

Hochschule Fulda – FB AIWintersemester 2017/18http://pm.rz.hs-fulda.de

Peter Klingebiel, HS Fulda, FB AI

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Arduino 1

• Wikipedia:https://de.wikipedia.org/wiki/Arduino_(Plattform)

• Arduino (seit März 2015 auch Genuino)• Open Source Hardware- und Software-Plattform• entwickelt von Massimo Banzi und David Cuartielles

auch für künstlerischen Einsatz von IT-Komponenten• benamst nach Arduin von Ivrea, der 1002-1014

italienischer König war• Programmierung in C und C++ in einer eigenen

Processing-basierten IDE• Homepage: https://www.arduino.cc

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Arduino 2

• Vielzahl an Boards, darunter auch für Wearables• Vielzahl an Herstellern von Boards / Komponenten• Vielzahl an Shields, z.B. Ethernet, WiFi, Sensoren, …• Vielzahl an Komponenten wie LEDs, Sensoren,

Aktoren, Motoren, …• Vielzahl an Einsatzfeldern, z.B. Robotics, Internet of

Things, Hausautomatisierung, Wearables, …• viele Anleitungen in Literatur und Internet, z.B.

– https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage– http://funduino.de/vorwort– http://www.netzmafia.de/skripten/hardware/Arduino/index.html

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Arduino Uno R3 1

USB-Anschluß

CPU: AtmelATmega328

Mikrocontroller

Reset-Schalter

ExterneStrom-

versorgung

GNDMasse

Serielle PinsIn und Out

Digitale Ein-/AusgängePin 2 bis Pin 13

GND Analoge Ein-/AusgängePin A0 bis Pin A5

5V 3.3V

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Arduino Uno R3 2

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Mikrocontroller Atmel ATmega328

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Arduino Nano 1

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USB-Anschluß

GND

Reset-Taster

5V3.3V

GNDCPU AtmelATmega328

11 digitale EingängeD0 bis D13

8 analoge EingängeA0 bis A7

Serielle PinsRX und TX

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Arduino Nano 2

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Mikrocontroller Atmel ATmega328P-AU

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Schaltung mit Nano 1

• Nano mit LED auf Breadboard

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Schaltung mit Nano 2

• Schaltungsgrafik mit Fritzing-Software

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Breadboard 1

• Steckbrett - Elektronikschaltungen ohne Löten

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Breadboard 2

• Verbindungen der Lochreihen

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Bus Stripesfür VCC und GND

Bus Stripesfür VCC und GND

Terminal Stripesfür Komponenten

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Steckkabel

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LED 1

• Aufbau und Schaltbild einer LED

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LED 2

• LEDs sind je nach Farbe für verschiedene sog. Durchlassspannungen Uf ausgelegt:– weiß 4 V– blau 2,9 V– grün 2,1 V– gelb 2,2 V– rot 1,6 V

• die Stromstärke bei LEDs liegt i.d.R. bei If ≈ 20mA• Vorwiderstand Rv nötig, sonst brennt die LED durch

– Formel: Rv = (Ug – Uf) / If– z.B. Ug = 5V und rote LED: Rv = (5V – 1,6V) / 0,02A = 170Ω– nächst höheren Widerstand wählen, z.B. 220 Ω oder mehr

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Widerstand 1

• Widerstand: passives elektrisches Bauelement, i.d.R. zur Begrenzung der Stromstärke

• Kohleschichtwiderstand (oben) und Metallschicht-widerstand (unten)

• Farbstreifen kodieren die Größe des Widerstands

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Widerstand 2

• Kodierung vonWiderständen durchFarbkodes

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Arduino IDE 1

• Installation der Arduino IDE• Download von https://www.arduino.cc/ → Software• Windows: Installer oder ZIP-File herunterladen und

auf dem PC installieren, analog für MAC / Linux• beim Anschluß des Arduino-Boards erkennt das

System im Idealfall das Board und installiert den USB-Treiber automatisch, sonst ist eine manuelle Installation des USB-Treiber nötig (siehe Internet!)

• dann kann die die IDE gestartet werden: entweder über das Icon auf dem Desktop oder mit arduino.exeim Installationsverzeichnis

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Arduino IDE 2

Arduino IDE mit Sketch im Editor

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Arduino IDE 3

Auswahl des Boards

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Arduino IDE 4

Auswahl des USB-Ports

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Arduino IDE 4

Compilieren Seriellen Monitoröffnen

Compilieren und auf Board laden

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Programmierung 1

• Beispielprogramm 1, Sketch genannt:// pm-1-hallowelt.ino// klin, 28.10.2016// hallo welt auf seriellem monitor ausgebenvoid setup() // Initialisierung {Serial.begin(9600); // Baudrate -> 9600

}int i = 0; // Zaehlervoid loop() // Arbeitsschleife {++i; // Zaehler hochzaehlenSerial.print(++i); // und ausgebenSerial.println(" - hallo welt"); delay(1000); // 1 Sekunde warten

}

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Programmierung 2

• Beispielprogramm 2, Blink-Sketch:// pm-3-blink-extern.ino// klin, 28.10.2016// externe LED im Sekundentakt blinkenconst int led = 10; // LED an Pin D10void setup() // Initialisierung {pinMode(led, OUTPUT); // Pin 10 als Ausgang

}void loop() // Arbeitsschleife {digitalWrite(led, HIGH); // LED ein delay(1000); // 1 Sekunde wartendigitalWrite(led, LOW); // LED ausdelay(1000); // 1 Sekunde warten

}

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Programmierung 3

• C-main muss nicht programmiert werden: int main() // im Startupcode enthalten!{setup(); // Initialisierungwhile(1) // Endlosschleifeloop();

}

• Funktion void setup()– Initialisierungen des Programms und der Komponenten

• Funktion void loop()– Hauptschleife des Anwendungsprogramms, läuft endlos– Funktionsaufrufe von eigenen und Bibliotheksfunktionen– Code des Algorithmus des Programms

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Programmierung 4

• erste wichtige Funktionen:

– void Serial.begin(int baud)• seriellen Monitor auf Baudrate baud einstellen

– void Serial.print(type data)• data vom Typ type auf seriellen Monitor schreiben,

zulässig sind char, int, float, char *, String u.a.m.– void Serial.println(type data)

• data auf seriellen Monitor schreiben, dann neue Zeile– void delay(unsigned long ms)

• ms Millisekunden warten und nix tun• https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage

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Programmierung 5

• erste wichtige IO-Funktionen:

– void pinMode(int p, int m)• Pin p auf Modus INPUT oder OUTPUT einstellen

– void digitalWrite(int p, int w)• Wert v auf Digitalausgang Pin p schreiben

– int digitalRead(int p)• Wert von Digitaleingang Pin p lesen

– void analogWrite(int p, int w)• Wert v auf Analogausgang Pin p schreiben

– int analogRead(int p)• Wert von Analogeingang Pin p lesen

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Und los geht’s …

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