Erik Bartmann - Mit Arduino die elektronische Welt entdecken

Abb. 13:Die digitalen Ein- und Ausgänge

Es gibt von rechts nach links eine Durchnummerierung von 0 bis 13, wobei manchen Nummern eine Schlangenlinie – auch Tilde‌ genannt – voransteht. Auf diese Besonderheit gehe ich gleich noch genauer ein. Ebenso gibt es zwei Pins, an denen sich die Zusatzinformationen RX‌ und TX‌ befinden. Sie sollten im Normalfall nicht zur Ansteuerung verwendet werden, da sie von der seriellen Schnittstelle standardmäßig belegt sind. Die Buchse mit der Bezeichnung GND (Ground)‌ stellt die Masse zur Verfügung. Vielleicht stellt sich der eine oder andere nun die Frage, welche der genannten Anschlüsse zur Kategorie Ein- beziehungsweise Ausgänge gehört. Die Antwort ist einfach. Jeder der digitalen Anschlüsse kann über die Programmierung frei konfiguriert werden und sowohl als Ein- oder als Ausgang arbeiten. Wenn ein Anschluss als Eingang arbeiten soll, muss auf jeden Fall darauf geachtet werden, dass die Spannung 5V nicht überschreitet! Andernfalls nimmt der Mikrocontroller solchen Schaden, dass er entsorgt werden muss.

Kommen wir nun zu den analogen Verbindungen. Auf der folgenden Abbildung 14sind die analogen Eingänge zu erkennen:

Abb. 14:Die analogen Eingänge

Die Bezeichnungen von A0 bis A5 ergeben insgesamt sechs analoge Eingänge. Auch hier besteht die Einschränkung, dass nur mit Spannungswerten zwischen 0V und 5V gearbeitet werden darf. Wer jetzt jedoch Ausschau nach den analogen Ausgängen hält, wird auf dem Arduino-Board lange suchen und dann vielleicht entmutigt feststellen, dass sie vergessen wurden. Na ja, nicht ganz. Sie befinden sich an einer anderen Stelle und haben ein Verhalten, das sich von dem unterscheidet, was sich die meisten vielleicht darunter vorstellen.

Nun sind wir bei den digitalen Anschlüssen mit den Tilden angelangt. Das wären dann die Anschlüsse D3, D5, D6, D9, D10 und D11. Sie können als analoge Ausgänge konfiguriert werden. Digitale Ausgänge sollen als analoge Ausgänge umfunktioniert werden?! Das hört sich schon etwas merkwürdig an.

Jetzt kommt PWM ins Spiel. Diese Abkürzung steht für Puls-Width-Modulation‌ , was übersetzt Puls-Weiten-Modulation‌ heißt. Wir haben es hier jedoch mit einem digitalen statt mit einem analogen Signal zu tun. Das scheint auf den ersten Blick nicht logisch, doch sehen wir uns das genauer an. Ein PWM-Signal besitzt eine konstante Frequenz mit einer konstanten Spannung. Was jedoch variieren kann, ist der sogenannte Tastgrad‌ .

Abb. 15:Impuls- und Periodendauer im zeitlichen Verlauf

Wenn die Frequenz f gleich bleibt, bedeutet dies, dass die Periodendauer‌ T ebenfalls konstant ist. Das einzige, was sich ändern kann, ist die Impulsdauer t . Je breiter der Impuls‌ – quasi größere Fläche –, desto größer ist auch die Energie, die an den jeweiligen Verbraucher übertragen wird. Sehen wir uns vier markante Möglichkeiten an.

Abb. 16:Einige PWM-Beispiele

Wie die Ansteuerung funktioniert, werden wir noch im Detail besprechen.

An der Buchsenleiste‌ liegen die folgenden Pins und Funktionen:

Über den Reset-Taster‌ erfolgt ein Neustart des Mikrocontrollers. Der geladene Sketch wird nicht gelöscht, sondern lediglich neu gestartet.

Abb. 17:Der Reset-Taster

Eine weitere Möglichkeit der Kommunikation mit dem Arduino‌-Board ist die über die serielle Schnittstelle. Diese Schnittstelle wird ja über den USB-Port zur Verfügung gestellt und kann über jedes Terminal-Programm‌ wie beispielsweise PuTTY‌ abgefragt werden. Doch eine Zusatzsoftware ist in unserem Fall nicht erforderlich, denn die Arduino‌-Entwicklungsumgebung stellt den sogenannten Serial-Monitor‌ bereit, der sehr nützlich ist. Mit ihm können zur Laufzeit eines Sketches Werte angezeigt werden, was einerseits sehr gut zur Überwachung bestimmter Sensorwerte ist und andererseits bei einer eventuellen Fehlersuche sehr hilfreich sein kann. Doch auch weiterreichende Funktionen wie beispielsweise die Bereitstellung von Messwerten, die von anderen Programmen empfangen und optisch aufbereitet werden, sind über die serielle Schnittstelle problemlos zu realisieren. In diesem Zusammenhang ist die Programmiersprache Processing sehr geeignet.

Vielleicht sind beim Erwähnen der seriellen Schnittstelle und der Kommunikation darüber ein paar Stirnrunzler aufgetreten. Wir haben den Arduino doch lediglich über den USB-Anschluss mit dem Rechner verbunden und sollen jetzt über die serielle Schnittstelle mit ihm in Kontakt treten. Wie funktioniert das denn? Nun, die Sache hat folgenden historischen Hintergrund: Der erste Arduino wurde über die serielle Schnittstelle RS232‌ mit dem Rechner verbunden, denn ein USB‌-Anschluss war nicht vorhanden. Nachfolgende Modelle bekamen dann einen sogenannten FTDI-Chip (Future Technology Devices International), der es ermöglichte, eine serielle Schnittstelle über USB verfügbar zu machen. Somit wird nach erfolgreicher Treiberinstallation ein zusätzlicher COM-Port für den Arduino angeboten. Der Arduino Uno hat nun anstelle eines FTDI-Chips (FT232RL) einen zusätzlichen Mikrocontroller mit der Bezeichnung ATmega8u2‌ erhalten. Der Vorteil dieses Chips, der natürlich frei programmierbar ist, ist die universelle Einsatzbarkeit als USB-Device wie zum Beispiel einer Tastatur oder Maus. Viele weitere Informationen zu diesem Thema und anderen interessanten Aspekten sind unter der folgenden Adresse zu finden:

https://learn.adafruit.com/arduino-tips-tricks-and-techniques/arduino-uno-faq

Eingangs habe ich unterschiedliche Speicher genannt, die da lauten:

Flash‌

SRAM‌

EEPROM‌

Es ist wichtig zu wissen, worin die Unterschiede bestehen und für welche Anwendungsgebiete diese Speicher zum Einsatz kommen. Weiterführende Informationen sind unter der folgenden Adresse zu finden: