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

Schaltung

Für die Vorbereitung baue bitte die folgende Schaltung auf:

Arduino Programmieren Lernen

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.

Programmstruktur

Ein Arduino-Programm hat eine bestimmte Programstruktur. 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 so genannten 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;
int buttonPin=8;

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 sechs mal. 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. (Normaler Weise 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;
int buttonPin=8;

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 Widerholungen.

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.

Hast du weitere Fragen? Probier doch mal unser brandneues Forum zu Arduino aus!

31 thoughts on “Arduino programmieren

  1. Hallo Stefan,
    ich finde es toll, was Du da aufgebaut hast. Dein Erklärungen sind super einfach und einige Sachen, die ich zwar im arduino.cc Forum andiskutiert gelesen hatte, konnte ich erst auf Deiner Seite nachvollziehen. Du erklärst wirklich gut.
    Was ich noch in Deinem Eklärstil als gutes Thema fände, wäre wie man die „delay“ Funktion durch die Abfrage von „millis“ sauber programmiert. Da hätte zumindest ich noch Nachholbedarf.
    Mach weiter so,
    Gruß Leo

    1. Hallo Leo, vielen Dank für Deine nette Nachricht. Es freut mich, dass Du mit den Tutorials was anfangen kannst. Und vielen Dank für die Anregung. Da schreibe ich bald was zu. Das ist ein super Thema! Ich hab mir gerade Deine Seite angesehen und da könnte ich auch noch was lernen. Messerschärfen z. B. hab ich noch nicht so drauf. Also liebe Grüße und bis bald, Stefan

  2. Hallo lieber Herr Herrmann,
    wunderbare Erklärungen und Erläuterungen die sie an uns un- bis wenig wissenden weitergeben. Dafür ein dickes Lob und vielen Dank. Leider hat es bei uns trotzdem nicht gereicht ein Problem zu lösen. Wir bauen auf Baukästen basierenden Modellautos im Maßstab 1/10 mit Motor, Licht usw. . Dafür gibt es auch schon Lösungen auf die wir bisher zurückgegriffen haben. Aber wir wollen uns weiter entwickeln… Unser aktuelles Fahrzeug soll eine Innenraumbeleuchtung bekommen. Licht an wenn eine der fünf Türen geöffnet wird. Das wurde über Hallsensoren gelöst. Jetzt möchten wir gern das ganze um eine Alarmanlage erweitern. Heisst, wir nutzen die vorhanden Sensoren und haben zusätzlich einen Schalter (später gern über Bluetooth). Beim umschalten („scharfschalten der Alarmanlage“) wird beim Öffnen einer der Türen nicht die Innenraumbeleuchtung geschaltet, sondern ein Ausgang an ein anderes minusschaltendes Modul, (Beier USM RC2) geschaltet werden. Mit der „if“ Funktion kommen wir nicht so richtig weiter. Anbei gern der Sketch für die Innenraumbeleuchtung. Wir sind verzweifelt. Können Sie uns helfen? Wie muss der Sketch umgeschrieben werden damit das realisiert werden kann?!

    Viele Grüße
    Tim & die Modellbauer

    // an den Pins D2, D3, D4, D5 und D6 ist je ein Hall Sensor
    // mit open collector angeschlossen

    byte LEDPIN = 13;
    byte sensorPin;
    byte sensors;
    boolean light;
    // Verzögerungszeit bei Licht aus [ms]
    int lightOffDelay = 2000;

    void setup() {
    // Pin Mode setzen, D2-D5 Input, Pullup aktiv
    pinMode(2, INPUT_PULLUP);
    pinMode(3, INPUT_PULLUP);
    pinMode(4, INPUT_PULLUP);
    pinMode(5, INPUT_PULLUP);
    pinMode(6, INPUT_PULLUP);

    light = 0;

    // serielle Schnittstelle f. Debug initialisieren
    Serial.begin(9600);
    Serial.println(„GO“);
    }

    void loop() {

    sensors = 0;
    // alle HALL Sensoren auslesen, sensors wird 1, wenn eine Tür offen is
    for (sensorPin = 2; sensorPin <= 6; sensorPin++) {
    sensors = sensors | digitalRead(sensorPin);
    }

    // wenn sensor Wert von aktueller Licht Situation abweicht, umschalten
    if (sensors ^ light) {
    if (sensors) {
    digitalWrite(pinmode8, HIGH);
    Serial.println("Licht an");
    light = 1;
    }
    else {
    // wenn alle Türen zu, warten und dann aus
    delay(lightOffDelay);
    digitalWrite(LEDPIN, LOW);
    Serial.println("Licht aus");
    light = 0;
    }
    }

    delay(100);
    }

    1. Hallo Tim,

      vielen Dank für die netten Worte. Ich hab den Sketch mal angepasst. Ich nutze die bitweisen Operatoren selten, sodass ich das mal ausgetauscht habe. Wenn Du die Variable armed auf false setzt, solltest Du anstelle der LED den Alarm scharf schalten. Hilft Euch das erstmal weiter?

      Liebe Grüße

      Stefan

      // an den Pins D2, D3, D4, D5 und D6 ist je ein Hall Sensor
      // mit open collector angeschlossen

      int LEDPIN = 13;
      int sensorPin[] = {2, 3, 4, 5, 6};
      boolean sensorsState[5];
      boolean armed = false; // bei true ist die Alarmanlage an
      boolean doorOpen = false; // Tür ist offen bei true

      int lightOffDelay = 2000; // Verzögerungszeit bei Licht aus [ms]

      boolean lastDoorState = false; // speichert letzten Zustand (benötigt für Nachleuchten)

      void setup() {
      // Pin Mode setzen, D2-D5 Input, Pullup aktiv
      for (int i = 0; i < 5; i++) { pinMode(sensorPin[i], INPUT_PULLUP); } pinMode(LEDPIN, OUTPUT); // serielle Schnittstelle f. Debug initialisieren Serial.begin(115200); Serial.println("GO"); } void loop() { doorOpen = false; // Sensoren auslesen for (int i = 0; i < 5; i++) { sensorsState[i] = digitalRead(sensorPin[i]); if (sensorsState[i] == 0) doorOpen = true; // falls eine Tür geöffnet, dann true, sonst false } if (doorOpen==true) { if (armed==true) { // Alarm digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(LEDPIN, LOW); Serial.println("Alarm an"); } else { // Innenraumbeleuchtung an digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(LEDPIN, HIGH); Serial.println("Licht an"); } } if ((lastDoorState!=doorOpen)&&(doorOpen==false)){ // wenn alle Türen zu, warten und dann aus Serial.println("Nachleuchten"); digitalWrite(LEDPIN, HIGH); delay(lightOffDelay); digitalWrite(LEDPIN, LOW); Serial.println("Licht aus"); } lastDoorState=doorOpen; delay(100); }

      1. Lieber Stefan,

        das geht wie bei der Feuerwehr!! Wir werden uns das morgen mal nach der Schule in Ruhe anschauen und berichten.

        Vielen Dank und beste Grüße
        Tim

  3. Tolle Seite,

    als Blutjunger Anfänger Senior bitte die Frage:
    habe zufällig einen „Arduino Uno“ und einen „Rasperry pi Sero“ (ohne Zubehör und Anleitung) günstig erstanden bzw. als Geschenk von Heise für ein Kurz Abo bekommen. Ist es möglich beide irgendwie zu verbinden zum experimentieren ?

    Wäre sehr dankbar für dementsprechende und weitere Hinweise.

    Schöne Grüße
    wowo

    1. Hallo Wowo,

      also erstmal Glückwunsch zu den schönen Dingen. Man kann das Arduino-Board natürlich schon an den Raspberry Pi anschließen, aber wie so oft stellt sich die Frage nach dem Warum. Wenn Du eine Projektidee hast, kannst Du gucken, wie das am Besten umsetzbar ist. Um beide zu verbinden, würde ich das Arduino-Board per USB an den Pi anschließen und die »Serielle Kommunikation« zum Datenaustausch verwenden. Ich empfehle Dir aber, Dir ein gutes Buch zum Raspberry Pi zu besorgen. In Raspberry Pi: Das umfassende Handbuch* werden die wichtigsten Themen gut erklärt. Das Raspberry Pi ist eine ganz andere Baustelle, als das Arduino Board.

      Liebe Grüße

      Stefan

      *Affiliate-Link

  4. Sehr schöne und informative Seite. Mal eine Frage : Im obigen Beispiel werden die LED’s direkt, also ohne Treiber an die Pins des Arduino und somit an den Mikrocontroller gehängt. Schafft dieser das powermäßig denn auf Dauer, die LED’s direkt zu treiben ?
    Ich hab‘ das vor Urzeiten mal so gelernt, das man beim ansteuern von LED’s diese immer über Treiber, z.B. einen Transistor oder entsprechenden IC laufen lassen sollte. Wie ist das beim Arduino ?

    1. Hallo Thomas, also das hat Du eigentlich schon richtig gelernt. Da die LEDs aber inklusive Vorwiderstand nur ca. 20mA benötigen und der Chip des Arduino-Boards (ATMEGA328) bis zu 40mA liefern kann, geht das schon. Der Chip ist wirklich super robust. Liebe Grüße

  5. Ich habe Deine Methode zum Blinken mal mit meinen „eigenen“ Variablen abgetippt, aber hier springt das Programm nicht zur nächsten LED, wenn die erste dreimal geleuchtet hat.
    Ich habe alles verglichen. Und kopiere ich Deinen Code und lasse diesen ausführen, funktioniert alles, wie es soll …
    Ich bin verwirrt :D

  6. Ich bin begeistert! Endlich mal schön Schritt für Schritt der Programmaufbau, das Konzept erklärt, sodass ich noch Hoffnung habe, das C(++) auch für Normalos zu verstehen ist. Ich brenne auf die Folge-Kapitel.
    Ihr schreibt oben mehrfach:
    digitalWrite(6, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(6, HIGH);
    delay(1000);
    Ich glaube, „LOW“ ist in der unteren Reihe als Argument nötig, um das Blinken hinzubekommen.

  7. Super Klasse erklärt!! Einfach, strukturiert und ohne jegliches „Angeberwissen“. So macht das Spaß! Endlich versteht man es, nicht wie im Unterricht. Wenn es noch mehr davon gibt, bitte bescheid geben!!

  8. Könnten Sie mir verraten wie man eine Formel eingibt, in der dann eine Variable drinsteht, die von einem Ultraschall sensor definiert wird?

    Es soll ein Ultraschall Sensor eine Entfernung messen und danach den Wert in die Formel einsetzten, die dann einen Winkel daraus berechnet (Formel habe ich bereits). Dieser Winkelsoll an einen Servo geschickt werden, der diesen dann einstellt.
    Grüsse xx_arduinofan_xx

    1. Hi arduinofan – inzwischen wirst Du es auch woanders erfahren haben: Der „IF-Abfrage“-Teil oben ist der Schlüssel für Deinen Sensor.
      if (digitalRead(buttonPin)==HIGH){
      Die Bedingung muss sich „nur“ auf Deinen Sensor beziehen statt auf den Taster. Allerdings ist es ja so, dass der IR-Sensor ja in einem gewissen Bereich die Entfernungen messen kann. „10“ oder „105“ usw. würden wir als cm-Messungen erwarten, oder?
      Wenn es nicht um „ein“ oder „aus“ geht, „ja“ oder „nein“, „0“ oder „1“, muss Ardi mit einem analogen Wert umgehen. Das ist dann oft ein Wert zwischen 0 und 1023. Versuch’s mal damit:

      int ledPin=5; // die LED an Pin 5 soll unter Umständen (Bedingung!) leuchten
      int SensorAnalog=A1; // neben + und – hast Du einen dritten Pin, der Werte an den Pin A1 liefern kann. Verbine sie mit einem Kabel.
      int Wert1; // der am PIN A1 ankommende Messwert muss in einer Variablen gespeichert werden. Hier wird dafür „Platz reserviert“

      void setup() {
      pinMode(A1, INPUT);
      pinMode(ledPin, OUTPUT);
      }

      void loop() {
      if (serialRead(A1)<512){
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
      } else {
      digitalWrite(ledPin, LOW);
      }
      }

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