Erik Bartmann - Mit Arduino die elektronische Welt entdecken

Zur Programmierung und Ansteuerung der verschiedenen Pins ist diese Art der Programmierung vielleicht etwas umständlich und deswegen stehen verschiedene Befehle in der Programmiersprache C++ zur Verfügung, die uns die Sache etwas vereinfachen. Wir kommen im Detail im nächsten Bastelprojekt 3darauf zu sprechen, aber ich möchte dennoch den direkten Zusammenhang an dieser Stelle verdeutlichen:

Hier noch einige Informationen zu den verwendeten Befehlen:

Der Befehl pinMode programmiert die Datenflussrichtung eines digitalen Pins, wobei zwei Parameter notwendig sind. Der erste gibt den gewünschten Pin an und der zweite die Richtung, wobei OUTPUT für Ausgang und INPUT für Eingang steht.

Der Befehl digitalWrite beeinflusst den Zustand eines digitalen Pins, wobei zwei Parameter notwendig sind. Der erste gibt den gewünschten Pin an und der zweite den Pegel, wobei HIGH 5V und LOW 0V entspricht.

Der Befehl digitalRead liest den Zustand eines digitalen Pins, wobei das Ergebnis entweder HIGH oder LOW sein kann.

Was ist beim Input-Register PINx zu beachten?

Hinsichtlich der beiden Pins RX und TX der seriellen Schnittstelle, die in ihren Datenflussrichtungen nicht verändert werden sollten und sich auf Port D befinden, gibt es eine sicherere Methode. Das nachfolgende Beispiel programmiert Pin 2 bis 7 als Ausgänge und verändert Pin 0 und 1 nicht: DDRD |= 0b11111100;

Warum ist das so? Wir verwenden eine binäre Oder-Verknüpfung des binären Wertes mit dem gezeigten Register. An den kritischen Stellen Pin 0 und 1 erfolgt eine Oder-Verknüpfung mit dem Wert 0, was bedeutet, dass diese beiden Bits unverändert bleiben. Nähere Informationen zur Manipulation von Bits sind unter der folgenden Adresse zu finden:

http://playground.arduino.cc/Code/BitMath

Für Detailinformationen zum Pin-Mapping ist die folgende Adresse sicherlich hilfreich:

http://www.arduino.cc/en/Reference/Atmega168Hardware

Wir haben gesehen, dass ein offener Eingang an einem digitalen Pin zu Problemen führen kann und deswegen eine externe Beschaltung zum Beispiel über einen Pulldown-Widerstand erforderlich ist. Nun gibt es aber auch eine Schaltung, bei der ein sogenannter Pullup-Widerstand‌ eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um einen ganz normalen Widerstand, der jedoch im Gegensatz zum Pulldown, der an Masse liegt, jetzt mit 5V der Versorgungsspannung verbunden ist. Bei einem offenen Eingang würden demnach 5V am betreffenden Pin anliegen. Sehen wir uns dazu die folgende Schaltung an:

Abb. 15:Ein offener Eingang mit Pullup-Widerstand

Worauf ich hinaus möchte, ist die Tatsache, dass der Mikrocontroller intern über eingebaute Pullup-Widerstände verfügt, die bei Bedarf aktiviert werden können. Wie funktioniert das? Wir müssen dazu zwei Schritte durchführen, die eigentlich widersprüchlich sind:

Einen Pin als Eingang programmieren.

Den Pin mit einem HIGH-Pegel versehen.

Warum habe ich widersprüchlich gesagt? Nun, wenn ein Pin als Eingang programmiert wird, dann erwartet man doch, dass von außen ein Pegel anliegt, der sich auch ändern kann. Wenn wir jetzt aber im zweiten Schritt diesen Pin mit dem Wert HIGH versehen und so tun, als wäre der Pin als Ausgang programmiert, wird der interne Pullup-Widerstand aktiviert. Sehen wir uns dazu den entsprechenden Sketch an, der die Register DDB und PORTB verwendet:

void setup() { DDRB = 0b00000000; // Alle Pins als INPUT PORTB = 0b00000 111; // Pullup für Pin 8, 9 und 10 aktiviert Serial.begin(9600); // Serielle Schnittstelle mit 9600 Baud vorbereiten } void loop() { Serial.println(PINB, BIN); delay(500); // Pause von 500 Millisekunden }

Wenn wir jetzt lediglich drei Mikrotaster ohne Widerstände an die digitalen Eingänge 8, 9 und 10 anschließen, dann funktioniert unsere Schaltung perfekt, denn die internen Pullup-Widerstände sorgen für einen sauberen und störungsfreien Pegel. Natürlich können für dieses Bastelprojekt die auf dem Arduino Discoveryboard vorhandenen Taster nicht verwendet werden, da sie über einen fest verdrahteten Pulldown-Widerstand verfügen. Das ist aber kein Problem, denn es befindet sich auf dem Arduino Discoveryboard ein kleines Breadboard, auf dem die kleinen Mikrotaster sehr gut eingesteckt werden können.

Abb. 16:Eine Schaltung mit drei Tastern

Wenn wir jetzt den Serial Monitor öffnen, werden wir feststellen, dass bei nicht gedrückten Tastern die jeweiligen Bits auf HIGH-Pegel liegen, was ja auch zu erwarten war. Drücken wir jetzt einen der Taster, ändert sich der betreffende Pegel des Bits von HIGH- auf LOW-Pegel. Natürlich kann man die internen Pullup-Widerstände auch mit einem konventionellen Arduino-Befehl aktivieren oder deaktivieren.

Überprüf deine Steckverbindungen auf dem Breadboard, ob sie wirklich der Schaltung entsprechen.

Es wurde der Zusammenhang zwischen Arduino-Pins und internen Mikrocontroller-Register hergestellt.

Über die Register DDRx, PORTx und PINx können Datenflussrichtung, logische Pegel gesetzt und abgefragt werden.

Es wurde die Leuchtdiode angesprochen und was bei der Ansteuerung zu beachten ist.

Wir haben die Problematik eines unbeschalteten digitalen Eingangs besprochen und Abhilfe über einen sogenannten Pulldown-Widerstand geschaffen.

Über geeignete Befehle wurden die internen Pullup-Widerstände aktiviert, so dass eine externe Beschaltung mit zusätzlichen Widerständen entfällt.

Warum werden in der Elektronik überhaupt Taster benötigt? Eine einfache Frage, die gar nicht so einfach zu beantworten ist, wie es auf den ersten Blick scheint. Klar, Taster werden dafür verwendet, um von außen Informationen an eine Schaltung zu leiten. Wird ein Taster gedrückt, sollen bestimmte Aktionen erfolgen, die in der Programmierung definiert wurden. Taster bilden also eine Schnittstelle zwischen Mensch und Mikrocontroller. Damit ein Tastendruck genau das bewirkt, was beabsichtigt ist, müssen wir grundlegende Dinge klären: Wann und wie oft wurde ein Taster gedrückt? In diesem Bastelprojekt wenden wir uns der Thematik zu, wann ein Taster gedrückt wurde und dass dieser Impuls auch nur dann weitergeleitet wird, wenn man den Taster schließt. In einem späteren Bastelprojekt – » Der störrische Taster« ( Bastelprojekt 5) – geht es darum, wie oft ein Kontakt geschlossen wird, wenn der Taster einmal gedrückt wurde. Das sollte normalerweise auch nur einmal der Fall sein, was aber nicht immer stimmt. Wenn es also darum geht, einen Taster abzufragen, so wie es in der Überschrift steht, geht es darum zu ermitteln, wann dieser gedrückt wurde.