Arduino Programmieren

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.


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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.

VariablentypBedeutungBeschreibung
intganze Zahlen-32.768 bis 32.767
longganze Zahlen-2.147.483.648 bis 2.147.483.647
floatFließkommazahlgebrochene Zahlen
charCharacterAlphanumerische 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.


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49 Gedanken zu „Arduino programmieren“

  1. Johannes Opdenhoff

    Sehr hilfreich. Als Anfänger habe ich nur eine Kleinigkeit gefunden: int buttonPin=8; in Methoden und in for-Schleife ist wahrscheinlich überflüssig.

  2. Wir haben in der Ausbildungswerkstatt den Rheinturm nachgebaut um swollen jetzt das richtige Programm schreiben auf Adruino. Die Uhr läuft zwar aber leider falsch. Wir würden gerne die Uhrzeit richtig einstellen und auch die Zeitumstellen berücksichtigen.

  3. Hallo Stefan, super erklärt hier.
    Ich bin neu und möchte eigentlich etwas ganz simples machen mit Neopixel. Doch leider werde ich nicht im Netzt fündig und ich weiß auch nicht wie man so einen Effekt beim namen nennen soll. Ich habe vor mir dies zu Drucken https://m.youtube.com/watch?v=8u2i7J_Zv6s doch leider gibt es keine Anleitung für die Beleuchtung die verbaut ist. Ausser das man weiß, das es Neopixel sind und ein Arduino benutzt wurde. Vielleicht kannst du mir weiter helfen, habe vor das mit 10 Pixel zu machen, es sollen max 3 leuchten und wenn die 4 langsam an geht, soll die letzte aus gehen und so weiter bis sie durch sind und von vorne anfangen. Sprich so eine Art von fade in/out nur halt jeder Pixel einzel. Am besten wäre wenn es am Ende ankommt das nicht alle aus gehen. Kannst du mir da weiter helfen?

    1. Hallo Sebastian,

      das ist ja ein spannendes Projekt. Ich schreibe ein Tutorial in den nächsten Tagen dazu und sag dann noch mal Bescheid. Danke für die Anregung.

      Liebe Grüße

      Stefan

      1. Vielen lieben Dank!
        Die zweite Variante finde ich am besten.
        Wäre es noch möglich, über einen zweiten Daten Pin zwei Pixel auf halbe Kraft leuchten zu lassen? Damit es leicht leuchtet und nicht ganz dunkel wirkt. Sorry, wenn ich damit jetzt erst ankomme. Aber ist mir erst jetzt aufgefallen.

        1. Naja, das bekomme ich zeitlich leider nicht hin, aber ich habe noch ein drittes Code-Beispiel hinzugefügt, bei der du die minimale Leuchtkraft einstellen kannst. Das war schnell umgesetzt. Schicke mir gern Fotos :-)

      2. Hallo, da wir gerade beim Thema blinken sind, ich suche einen Sketch für eine Flugzeugbeleuchtung (Boeing). Es gäbe im Internet zwar jede Menge für RC Flugzeuge, jedoch helfen die mir nicht da Signale von der Fernsteuerung ausgelesen werden. Ich möchte ein Standmodell beleuchten. Könnt ihr mir dabei behilflich sein?

        1. Moin, es waere sicher sinnvoll am Anfang zu erwaehnen welche Programmiersprache ueberhaupt verwendet wird. Danke fuer deine gute Erklaerung!

            1. Hallo Stefan,

              Ich finde deine Erklärungen sehr hilfreich. Da ich nicht weiß was du beruflich machst wollte ich gerne fragen ob du bereit wärst, für mich ein bestehendes Arduino Programm etwas umzubauen. Selbstverständlich nicht umsonst.
              Ich würde mich über deine Antwort freuen.
              Gruß Markus

          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

              1. 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

                2. 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

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