Arduino - Einführung in die Mikrocontroller-Programmierung

1 Arduino Einf hrung in die Mikrocontroller-Programmierung Uwe Ziegenhagen 23. August 2013. Fukushima I : Erdbeben in Fukushima, Kernschmelzen I ffentliche Daten ungenau , Prozess sehr m hselig I L sung: Arduino liest Werte vom Geigerz hler, liest GPS. Koordinaten I alle 5 Sekunden auf SD Karte geschrieben I Ergebnis: unabh ngige Strahlungsdaten in hoher Dichte, ffentlich zug nglich I PBS Video bei Youtube I mehr zum Thema berblick Was ist Arduino ? Allgemeines Hardware Software Mein erstes Programm Mehr Spa mit LEDs LC Displays anschlie en DOGM-Displays I2 C-Displays Serielle Displays Mehr Beispiele Mehr Informationen Alternativen?

2 Ber mich I lebe und arbeite seit Oktober 2008 in K ln I habe BWL & Statistik studiert, beides mit IT-Fokus I Elektronik funktioniert mit Rauch! . I Blog unter , dort liegen auch die (in LATEX erstellten) Folien zu diesem Vortrag I Was ist LATEX? Ein geniales Textsatzsystem, mit dem ihr eure Bachelor-, Master- und sonstigen Arbeiten schreiben wollt! Mehr am Stand von Dante ! Das Arduino Projekt I Arduino = Physical-Computing-Plattform I besteht aus Hard- und Software (beides Open Source). I Hardware = einfache I/O-Boards mit Mikrocontroller und analogen/digitalen Ein- und Ausg ngen I Entwicklungsumgebung beruht auf Processing (Java-Dialekt) und Wiring (C-Dialekt).

3 Geschichte beginnt 2005 in Ivrea, Italien I Massimo Banzi & David Cuartielles vom Interaction Design Institute Ivrea (IDII). I Projekt, um Studenten einfaches Prototyping mit Mikrocontrollern zu erm glichen I Arduino = italienischer K nig, Name einer Bar I mehr dazu in Arduino Hardware Es gibt mittlerweile 19 Arten von Arduinos, unter anderem I Uno, der Standard- Arduino (vormals Duemilanove ). I LilyPad, zum Auf- und Einn hen in Kleidung I Leonardo Maus/Tastatur I ArduinoBT, mit eingebautem Bluetooth-Stack I Mega/Mega 2560, mit mehr I/O Ports I Mini, Micro & Nano, kleinste Arduinos I dazu diverse Clone: Boarduino, Nano, Arduino Pro, etc.

4 I Spin-Offs: Netduino, Gadgeteer Microsoft .Net Wir konzentrieren uns auf den Arduino Uno! Arduino Uno IO-Ports Atmega 16U2. USB-Port ATMega 328. 9 12V. IO-Ports Abbildung : Arduino Uno Quelle: Wikipedia Arduino Uno I ATmega328 Mikrocontroller I 32 KB Flash (davon 0,5 KB f r Bootloader). I 2 KB RAM, 1 KB EEPROM. I 16 MHz Takt I 14 digitale I/O-Pins I davon 6 als PWM (Pulsweitenmodulation) nutzbar I 6 analoge Eing nge (10 Bit). I On-Board USB-Schnittstelle (mit Atmega8U2 als Seriell-Wandler). I 5 V Betriebsspannung, Speisung ber USB oder Spannungsregler (7 12V).

5 Arduino Shields I Shields = Erweiterungsplatinen, die direkt auf den Arduino gesteckt werden k nnen I bereichern Arduino um viele interessante M glichkeiten I Liste der Shields sehr lang: listet1. 291 Shields von 116 Herstellern auf I f r Einsteiger gut geeignet: Danger Shield, Proto Shield, Ethernet Shield I Ich habe noch: WLAN Shield, GPRS Shield, LoL-Shield 1. Stand: Danger Shield Abbildung : Das Danger Shield Quelle: Proto Shield Abbildung : Das Proto Shield Quelle: Steckbretter ( Breadboards ). Abbildung : Breadboard, Quelle: Wikipedia Ethernet Shield Abbildung : Das Ethernet Shield mit SD-Slot Quelle: Arduino Software & Fritzing I erh ltlich f r Windows, Linux, Mac I aktuell momentan Version I ben tigt installierte JRE.

6 I Mac und Windows Version bringen Compiler mit I Linux ben tigt GCC mit einigen AVR Bibliotheken sudo apt-get install Arduino . Am besten auch gleich Fritzing installieren I grafische Design-Umgebung I kann auch Schaltplan und Leiterplatte erzeugen I Projekt der FH Potsdam, auf Spenden angewiesen Fritzing Abbildung : Screenshot Fritzing Mein erstes Programm Aufgabe: LED blinken lassen I LEDs haben Kathode ( ) und Anode (+, l ngeres Beinchen). I Merkregel: K rzeres Bein = Kathode . I nicht direkt anschlie en2 , Vorwiderstand nutzen I Widerstandsrechner im Internet ( ).

7 I 20 mA bei 5 V Betriebsspannung = 220 . 5 V V. = 170 . A. N chster verf gbarer Wert 220 . 2. Erkl rung dazu.. Verkabelung Abbildung : Verkabelungsschema, exportiert aus Fritzing Fritzing Abbildung : Schaltplan, exportiert aus Fritzing Programmcode Siehe Examples Basic /*. Blink Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. This example code is in the public domain. */. void setup() {. // initialize the digital pin as an output. // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards: pinMode(13, OUTPUT).}

8 }. void loop() {. digitalWrite(13, HIGH); // set the LED on delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // set the LED off delay(1000); // wait for a second }. Mehr LEDs ansteuern mit Schieberegistern - Grundlagen I ich nutze einen 74HC164 (28 Cent bei Reichelt Elektronik aka E-Aldi ). I logisches Schaltwerk bla, bla Wikipedia I Funktion: I nimm seriell eine 8-stellige Bin rzahl seriell entgegen I schau an jeder Stelle, ob Ziffer 0 oder 1. I schalte den entsprechenden Ausgang oder I Strom kann ein wenig zu viel sein f r den Arduino (nur 16 20mA).

9 FETs empfehlenswert Mehr LEDs ansteuern mit Schieberegistern - Ansteuerung Abbildung : Schieberegister, Quelle: Instructables3. 3. The-74HC164-Shift-Register-and-your-Ardu ino/step2/. Basic-wiring-and-operation/. Mehr LEDs ansteuern mit Schieberegistern - Versuchsaufbau Abbildung : Schieberegister Versuchsaufbau Schieberegister Programmcode #define data 2. #define clock 3. #define wait 200. byte zero = B00000001;byte one = B00000011;. byte two = B00000111;byte three = B00001111;. byte four = B00011111;byte five = B00111111.

10 Byte six = B01111111;byte seven = B11111111;. void setup(){. pinMode(clock, OUTPUT); // make the clock pin an output pinMode(data , OUTPUT); // make the data pin an output3. }. void loop(){. shiftOut(data, clock, LSBFIRST, zero); delay(wait);. shiftOut(data, clock, LSBFIRST, one); delay(wait);. shiftOut(data, clock, LSBFIRST, two); delay(wait);. shiftOut(data, clock, LSBFIRST, three); delay(wait);. shiftOut(data, clock, LSBFIRST, four); delay(wait);. shiftOut(data, clock, LSBFIRST, five); delay(wait).}