Arduino programmieren

Du willst Arduino programmieren? Dann bist du hier beim Arduino Programmierkurs genau richtig. Dieser Grundlagenkurs richtet sich an Anfänger. Für alle Programmbeispiele benötigen wir nur eine Schaltung.

Gliederung

• Programm
• Befehle
• Programmstruktur
• Variablen
• if-Abfrage
• For-Schleife
• Methoden

Schaltung

Für die Vorbereitung baue bitte die folgende Schaltung auf:

Wir haben nun einen Taster am digitalen Pin 8, eine rote LED am digitalen Pin 5 und eine grüne am digitalen Pin 6.

Was ist ein Programm?

Ein Programm besteht aus aufeinander folgenden Befehlen. Sie werden der Reihe nach von oben nach unten ausgeführt.

Was sind Befehle?

Befehle sind Programmanweisungen, die bestimmte Funktionen auslösen. Der Befehl

pinMode(6, OUTPUT);

legt den digitalen Pin 6 als Output fest. Mit dem Befehl

digitalWrite(6, HIGH);

lassen sich so 5V+ auf den digitalen Pin 6 schalten. Jeder Befehl muss mit einem Semikolon enden!

Das probieren wir gleich aus. Lade das folgende Programm auf das Arduino:

void setup() {
  pinMode(6, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(6, HIGH);
}

Die grüne LED leuchtet auf.

Programmiersprache von Arduino

Arduino programmiert man in der Programmiersprache C/C++. Diese ist in der Hardware-Programmierung weit verbreitet. Wenn man also sehr spezielle Funktionen sucht, kann man in einer C/C++ Referenz nachschlagen.

Programmstruktur

Ein Arduino-Programm hat eine bestimmte Programmstruktur. Im einfachsten Fall handelt es sich um die zwei Hauptmethoden setup() und loop(). Alles, was man in den geschweiften Klammern {} schreibt, gehört zu der jeweiligen Methode.

void setup() {
}
void loop() {
}

Während die setup()-Methode nur beim Programmstart ausgeführt wird, wird die loop()-Methode kontinuierlich wiederholt.

Lade das folgende Programm auf das Arduino:

void setup() {
  pinMode(6, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(6, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(6, LOW);
  delay(1000);
}

Der Befehl delay(1000); hält das Programm kurzzeitig an. Die Zahl in den runden Klammern gibt an, wie lange in Millisekunden das Programm angehalten werden soll. Hier sind es 1000 Millisekunden, also eine Sekunde.

Solche mit Befehlen übertragenen Werte nennt man Argumente. Bei delay(1000); ist das Argument also 1000, bei digitalWrite(6,HIGH); wären die Argumente 6 und HIGH.

Was sind Variablen?

Nun haben wir in unserem Programm an drei Stellen eine 6 eingetragen. Wenn wir nun statt der grünen lieber die rote LED leuchten lassen wollten, müssten wir das also an drei Stellen ändern. Das ist nicht sehr komfortabel. Besser ist es, die Information über die Pinnummer in einer Variablen zu speichern.

Eine Variable ist ein kleiner Speicher, in den eine Information einer bestimmten Form passt. Die Form wird durch den sogenannten Variablentyp bestimmt.

Variablentyp	Bedeutung	Beschreibung
int	ganze Zahlen	-32.768 bis 32.767
long	ganze Zahlen	-2.147.483.648 bis 2.147.483.647
float	Fließkommazahl	gebrochene Zahlen
char	Character	Alphanumerische Zeichen (Buchstaben, Zahlen, Sonderzeichen)

Bei der Pinnummer handelt es sich um eine ganze Zahl. Mit der Anweisung

int ledPin=6;

legen wir eine Variable vom Typ int an. Sie heißt ledPin und bekommt einen Wert von 6 zugewiesen. Überall, wo wir nun den Variablennamen angeben, wird er durch den Variablenwert ersetzt.

int ledPin=6;
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(1000);
}

Nun lässt sich auch schnell ein Programm schreiben, dass die andere LED blinken lässt.

int ledPin=5;
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(1000);
}

if-Abfrage

Um einen Taster auszulesen, können wir den Befehl digitalRead(); verwenden. Er liefert einen Wert zurück, den man auslesen und vergleichen kann. Zum Vergleichen lässt sich die if-Abfrage nutzen:

int ledPin=5;
int buttonPin=8;
void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  if (digitalRead(buttonPin)==HIGH){
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

Um den Befehl digitalRead(); nutzen zu können, muss der entsprechende Pin vorher als Input deklariert worden sein: pinMode(buttonPin, INPUT);

Die Konstruktion if (digitalRead(buttonPin)==HIGH) prüft, ob der ausgelesene Zustand des Tasters gleich HIGH ist. In unserer Beispielschaltung wird HIGH ausgegeben, wenn der Pin irgendwie eine Verbindung zum 5V+ hat. Ist der Taster gedrückt, besteht diese. Das doppelte Gleichheitszeichen ist zwingend erforderlich! Ist die Bedingung in den Klammern der if-Abfrage richtig, also wahr, wird der Teil in den geschweiften Klammern ausgeführt. Ist er nicht wahr, wird der Teil ausgeführt, der hinter else steht.

for-Schleife

Manchmal möchte man bestimmte Vorgänge ein paar Mal wiederholen. Dafür bietet sich die for-Schleife an:

int greenPin=6;
int redPin=5;
void setup() {
  pinMode(greenPin, OUTPUT);
  pinMode(redPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  for (int i=0; i<3; i=i+1){
    digitalWrite(greenPin, HIGH);
    delay(250);
    digitalWrite(greenPin, LOW);
    delay(250);
  }
  for (int i=0; i<6; i=i+1){
    digitalWrite(redPin, HIGH);
    delay(250);
    digitalWrite(redPin, LOW);
    delay(250);
  }
}

Dieses Programm lässt erst die grüne LED dreimal blinken, dann die rote sechsmal. Die Konstruktion for (int i=0; i<3; i=i+1){} wiederholt alles in den geschweiften Klammern, solange die Fortsetzungsbedingung i<3 wahr ist. Bei i handelt es sich um eine Zählervariable, die beim Start angelegt und auf 0 gesetzt wird: int i=0. Bei jedem Schleifendurchlauf wird i um 1 erhöht: i=i+1. (Normalerweise schreibt man dies verkürzt durch i++).

Methoden

Dieser Programmtext ist noch relativ lang und lässt sich durch das Anlegen einer eigenen Methode verkürzen. Immer wenn man gleiche Befehlsfolgen wiederholen will, bietet sich das an:

int greenPin=6;
int redPin=5;
void setup() {
  pinMode(greenPin, OUTPUT);
  pinMode(redPin, OUTPUT);
}
void blinken(int thePin, int wiederholungen){
  for (int i=0; i<wiederholungen; i=i+1){
    digitalWrite(thePin, HIGH);
    delay(250);
    digitalWrite(thePin, LOW);
    delay(250);  
  }
}
void loop() {
  blinken(greenPin,3);
  blinken(redPin,6);
}

Die Methode void blinken() {} lässt eine LED eine bestimmte Anzahl oft blinken. Sie benötigt zwei Informationen: Welche LED soll blinken? Wie oft soll sie blinken? Beide Informationen sind ganzzahlig und werden in den runden Klammern als Argumente angelegt blinken(int thePin, int wiederholungen). Innerhalb der Methode kann man nun die Variablen “thePin” und “wiederholungen” verwenden.

Aus der loop()-Methode rufen wir die blinken()-Methode zweimal auf und übergeben jeweils die LED und die Anzahl der Wiederholungen.

blinken(greenPin,3);
blinken(redPin,6);

Damit sind wir erstmal am Ende dieses Schnelleinstiegs angekommen. Ich hoffe, die Ausführungen waren verständlich und ich würde mich natürlich sehr über Kommentare dazu freuen.