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Volker
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Erste Schritte mit dem Arduino UNO R3 |
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Sonntag, den 04. Dezember 2016 um 13:28 Uhr |
Erste Schritte mit dem Arduino UNO R3Das Entwicklungsboard Arduino UNO basiert auf dem Microcontroller ATmega328. Zusammen mit der Software Arduino ermöglicht es selbst Programmieranfängern Microcontroller-Projekte der Steuer- und Regelungstechnik zu realisieren. Dieser Artikel liefert einen Einstieg für den absoluten Anfänger von der Hard- und Software-Beschaffung bis zum ersten Programm, das eine Leuchtdiode blinken lässt. Was brauche ich? Im Prinzip brauchen wir nur das Entwicklungsboard Arduino UNO R3, welches meistens mit einem USB-Kabel geliefert wird, ein Rechner mit USB-Schnittstelle und die kostenlose Arduino-Software Arduino IDE aus dem Internet. Das Entwicklerboard Arduino UNO R3 habe ich mir inklusive USB-Kabel und Versandkosten für etwa 5 Euro in der Bucht direkt aus China besorgt. Teuer ist der Einstieg also wirklich nicht. Ein zusätzliches Steckernetzteil für ein paar Euro ist kein Muss, aber hilfreich. Und schon können wir loslegen. Unter https://de.wikipedia.org/wiki/Arduino_(Plattform) gibt es Hintergrund-Infos zum Arduino-Projekt. Für den Arduino gibt es jede Menge Sensoren, LCD-Anzeigen und weiteres Zubehör, welches man ebenfalls in der Bucht findet. Für die Programmierung stehen zahlreiche vorgefertigte Bibliotheken (Libraries) zur Verfügung, welche die Ansteuerung dieser externen Hardware-Module einfach gestalten. Es sei noch zu erwähnen, dass in der "Bucht" Kits mit einem Sortiment verschiedener Sensoren angeboten werden. Es gibt sehr viel steckbares Zubehör, wodurch ein Löten entfällt. Arduino ursprünglich für Künstler geschaffen: Wohlgemerkt wurde Arduino nicht für Programmierer geschaffen. Wer wirklich das Programmieren lernen möchte, sollte sich besser mit C beschäftigen. Ursprünglich wurde Arduino für Künstler entwickelt, welche mit einem Microcontroller ihre Installationen steuern möchten. Letzten Endes heiligt jedoch der Zweck die Mittel. Zahlreiche fertige Arduino-Projekte im Internet: Viele Leser interessieren sich einfach nur dafür, wie vorhandene Programme in den Microcontroller gelangen, um fertig programmierte Projekte zu realisieren, wie sie z.B. unter http://www.vwlowen.co.uk/arduino/index.htm oder http://circuitdigest.com/arduino-projects beschrieben sind. Mein Artikel soll dabei helfen die Anfängerhürden zu überwinden, denn für einen Anfänger ist nichts selbstverständlich. Weiter unten im Text ab 8. befinden sich noch mehr Links zu Arduino-Projekten.
Viele Webseiten dokumentieren die Verdrahtungen mit Hilfe von bildhaften Darstellungen unter Verwendung des Programms Fritzing. Der Vorteil keine Schaltbilder und Schaltsymbole mehr lesen können zu müssen, hat seinen Preis, denn nur ein Schaltbild bietet die notwendige ummissverständliche Klarheit und damit das Verständnis, wie die Elektronik überhaupt funktioniert. Es besteht die Gefahr, dass der Arduino nach einer Anleitung mit einem ebenfalls verdrahteten Steckbrett verbunden wird, ohne zu verstehen, was man da eigentlich macht. Schritt-für-Schritt-Anleitung von der Beschaffung der Hard- und Software bis zum Brennen des ersten Programms1. Das Entwicklerboard Arduino UNO R3: Es ist unter https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno vorgestellt. Zwischen den Bezeichnungen Arduino und Genuino gibt es keine Unterschiede. Die unterschiedlichen Bezeichnungen haben juristische Ursachen. Die Belegung der Pins des Boards und des Microcontrollers sind unter http://forum.arduino.cc/index.php?topic=146315.0 und https://www.robomart.com/arduino-uno-online-india beschrieben. Wir wählen eine Variante des Board, dessen Microcontroller steckbar ist und nicht die SMD-Ausführung. Den Unterschied erkennt man auf den Bildern der Anbieter. Die SMD-Version des Arduino UNO R3 aus chinesischer Produktion habe ich für etwa 3 Euro einschließlich Versandkosten entdeckt. Wir können bei diesem günstigen Preis das Entwicklerboard als Baugruppe betrachten, um sie in selbst gebauten Geräten einzusetzen. Zudem liefert dieses Board wie seine steckbare Version ebenfalls noch stabilisierte 5 Volt und 3,3 Volt. Diese Funktionen auf einer Lochrasterplatte nachzubauen, würde die Materialkosten von 3 Euro wahrscheinlich überschreiten.
2. Beschaffung der kostenlosen Arduino-Software: Sie befindet sich auf https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Die Windows-Version holen wir per Mausklick auf den Schriftzug "Windows Installer". Es öffnet sich eine neue Seite, auf der dort auf "Just Download" zu klicken ist, um den Download einzuleiten.
3. Installation der Arduino-Software (gestestet mit Win XP SP3): Unter Windows geht die Installation auf dem üblichen Weg. Allerdings ist es ganz wichtig, dass bereits während der Installation das Entwicklerboard mit dem Windows-Rechner über den USB-Anschluss verbunden ist, weil nämlich dann der USB-Treiber gleich automatisch mitinstalliert wird. Die automatische Suche nach dem richtigen USB-Treiber kann einige Minuten in Anspruch nehmen.
Sollten aus irgendwelchen Gründen der notwendige USB-Treiber nicht installiert worden sein, lässt er sich mit der folgenden Anleitung https://www.arduino.cc/en/Guide/UnoDriversWindowsXP nachträglich installieren. Die Treiber befinden sich in einem der Unterordner des bereits installierten Arduino-Programms. 4. Manuelle Konfiguration der Arduino-Software: Im Prinzip muss nach der Installation nur der Com-Port einmalig auf Com3 eingestellt werden. die nachfolgenden Bilder erklären den Vorgang.
5. Brennen der ersten Firmware auf den ATmega: Dem Arduino-Programm sind Scripte (genannt Sketch) mitgelefiert. Wir nehmen das Programm "Blink", das eine Leuchtdiode auf dem Board blinken lässt. Später können wir die ON- und OFF-Zeiten des Blinkens im Script verändern und das veränderte Programm abspeichern.
Dass sich die Firmware jetzt tatsächlich auf dem ATmega befindet, können wir beweisen, in dem wir die USB-Verbinung zum Rechner trennen und das Board mit einem externen Netzteil betreiben.
6a. Arduino Bibliotheken hinzufügen: Viele Programme benötigen Bibliotheken, die meist bei Github im Zip-Format abgelegt sind. Bibliotheken werden im Quellcode mit #include eingebunden, z.B. #include <Adafruit_GFX.h>
Nicht alle Bibliothekens sind in der Arduino IDE mitgeliefert. Wie diese fremden Bibliotheken als Zip-Dateien einzubinden sind, ist z.B. unter http://www.arduinoclub.de/2016/04/09/arduino-ide-bibliotheken-hinzufuegen/ beschrieben und denkbar einfach. Wo genau die Bibliotheken herunterzuladen sind, ist in den jeweiligen Projektbeschreibungen erklärt. Viele Bibliotheken sind - wie bereitst erwähtn - dem Arduino-Programm bereits beigefügt.
7. Den ATmega ohne sein Board laufen lassen: Den mit dem Sketch "Blink" oder einem aneren Sketch geflashten (gebrannten) ATmega328P können wir vorsichtig aus der Fassung entfernen und in eine externe Schaltung einbauen, wie sie unter https://wattsworth.wordpress.com/2014/08/31/breadboarding-the-arduino-uno/ beschrieben ist.
8.a Projekte, die mit Arduino und dem ATmega 328 realisiert worden sind: Zum Beispiel DDS-Generator, Ladegeräte, FM-Radio, MP3-Player, Wetterstation, 2, 4 GHz Spectrum Analyzer, Labor-Netzgerät. Nachfolgend Portale mit vielen Projekten:
10. Austauschen des Microcontrollers: Den alten Microcontroller müssen wir vorsichtig abwechselnd von beiden Seiten mit einem Schraubenzieher aus seiner Fassung heraushebeln. Beim neuen Microcontroller haben die gegenüberliegenden Pins meistens einen etwas zu großen Abstand, den wir anpassen können, in dem wir die linke oder rechte Reihe der Pins vorsichtig gegen die Tischoberfläche drücken, bis der Abstand für die Fassung passend ist. Wir machen uns das Leben einfacher und kaufen am besten Microcontroller, die bereits mit einem Arduino-Bootloader versehen sind. Beim Hantieren mit dem Microcontroller ist für einen elektrostatischen Schutz zu sorgen.
Fortsetzung folgt!
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Zuletzt aktualisiert am Sonntag, den 15. September 2019 um 06:32 Uhr |
3. Februar 2017
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Volker