Erste Versuche mit dem Arduino

Jeder, der sich für Elektronik interessiert, wird früher oder später mal auf den Begriff „Arduino“ stoßen. Für viele Menschen ist Arduino noch ein völlig fremdes Wort. Sie können sich nicht vorstellen, was sich dahinter verbirgt. Dazu mehr an dieser Stelle.

Ein Arduino ist eine kleine Platine, die unter anderem einen Mikrocontroller enthält. Vielleicht wissen Sie schon, was ein Mikrocontroller ist. Falls nicht, hier eine kurze Erklärung:

 

Ein Mikrocontroller ist ein spezieller Halbleiterchip, der einen Mikroprozessor zur Durchführung von Programmen enthält. Weiterhin enthält ein Mikrocontroller verschiedene Peripheriefunktionen, also zusätzliche Komponenten, die auch Computer enthalten. Dazu gehört zum Beispiel ein Speicher, in dem die auszuführenden Programme abgespeichert werden können. Außerdem sind mehrere Eingänge vorhanden, über die Informationen zum Mikrocontroller gelangen können und Ausgänge, mit denen externe Komponenten angesteuert werden können. Eingänge können zum Beispiel Sensoren sein (Licht- oder Temperatursensoren) oder auch Schalter, Taster und Regler. An den Ausgängen können verschiedene Komponenten angeschlossen sein wie beispielsweise LEDs, Displays sowie Schallwandler (Lautsprecher). Auch andere Komponenten wie Stellmotoren, Relais oder sonstige Bauteile können angesteuert werden. Mikrocontroller können analoge oder digitale Ein- und Ausgänge besitzen.

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Mikrocontroller auf einem Entwicklungsboard
Mikrocontroller auf einem Entwicklungsboard

Doch zurück zum Arduino:

 

Wie gesagt, enthält ein Arduino einen solchen Mikrocontroller. Es handelt sich um eine kleine Platine, die noch zusätzliche Bauteile und Komponenten enthält. Dazu gehört zum Beispiel eine einfache Schnittstelle mit USB-Anschluss, über den sich der auf dem Bord befindliche Mikrocontroller mit einem Programmcode zur Ausführung versehen lässt. Außerdem enthält ein Arduino zum Beispiel noch einen Spannungsregler, mit denen sich sowohl der Mikrocontroller als auch andere Komponenten mit einer stabilen Versorgungsspannung betreiben lassen. Weiterhin enthält die kleine Platine eine Resettaste sowie mehrere Eingänge und Ausgänge, an die sich beispielsweise Sensoren, LEDs, Motoren oder Displays anschließen lassen.

 

Was für Vorteile hat der Arduino gegenüber „normalen“ Mikrocontrollern?

 

Es ist die geschickte Kombination verschiedener Komponenten auf einer einzigen Platine, die den Arduino so praktisch und beliebt macht. So wird beispielsweise kein zusätzliches Programmiergerät benötigt, um den eingebauten Mikrocontroller mit einem Programmcode zu versehen. Ein einfacher USB-Anschluss, den heute jeder Computer mitbringt, tut es genauso. Weiterhih benötigt wird ein kleines USB-Kabel, über das die Verbindung zum Computer erfolgt. Außerdem ist natürlich noch eine entsprechende Software notwendig, um den Arduino mit dem Programmcode zu versehen. Die Software gibt es kostenlos im Internet herunterzuladen. Außerdem gibt es zahlreiche Internetseiten, auf denen fertige Programmcodes zu finden sind. In der Software selbst sind übrigens auch einige Beispielprogramme enthalten. Der Nutzer eines Arduino erhält also alles, was er zur Entwicklung eigener Programmcodes für den Mikrocontroller benötigt.

Arduino Nano mit ATMega 328
Arduino Nano mit ATMega 328

Verschiedene Versionen des Arduino

 

Es gibt verschiedene Versionen vom Arduino. Einige Bezeichnungen lauten zum Beispiel Arduino Uno, Micro, Mini, Nano oder Pro. Die Boards unterscheiden sich im Aussehen sowie in der Größe und durch verschiedenen Ausstattungsvarianten. Nachfolgend gehe ich auf den Arduino Nano ein, weil dieser sehr klein und preisgünstig erhältlich ist. In Deutschland gibt es das Wort bereits zu Preisen um die vier Euro zu kaufen.

 

Der Arduino Nano

 

Anhand des Arduino Nano sollen Ihnen die einzelnen Eingänge und Ausgänge sowie die Spannungsversorgung des Arduino Nano aufgezeigt werden. Der Arduino Nano ist eine sehr kleine Version des Arduino. Er kann auf mehrere Art und Weise mit Strom versorgt werden. Am einfachsten ist es, wenn er über den USB-Anschluss mit einem Computer verbunden wird. Auf diese Weise lässt sich der Mikrocontroller mit einem Programmcode versehen. Außerdem können auf dem Arduino vorhandene Programme auch über die Stromversorgung über den USB-Anschluss ausgeführt werden. Eine zweite Möglichkeit besteht in einer externen Stromversorgung. Der Arduino besitzt einen eingebauten Spannungswandler. Über den Anschluss „Vin“ kann eine externe Spannungsversorgung angeschlossen werden. Dies kann zum Beispiel ein einfaches Netzteil oder eine 9-Volt-Batterie sein. Der integrierte Spannungswandler setzt die höhere Eingangsspannung auf die Mikrocontroller benötigte Versorgungsspannung herunter.

 

Die Eingänge und Ausgänge des Mikrocontrollers sind leicht zugänglich, so dass der Arduino Nano ganz einfach auf einem Steckboard betrieben werden kann. Außerdem ist es mithilfe von einfachen Verbindungsleitungen möglich, zusätzliche Komponenten mit den Eingängen und Ausgängen des Arduino Nano zu verbinden.

Unterseite des Arduino Nano mit Spannungsregler und USB-Controller
Unterseite des Arduino Nano mit Spannungsregler und USB-Controller

Hier ist die Unterseite des Arduino Nano zu sehen. Links befindet sich der integrierte Spannungsregler. Rechts zu sehen ist der Controllerbaustein, der für die USB-Schnittstelle benötigt wird. Bevor der Arduino über den Computer programmiert werden kann, müssen für diesen Controllerbaustein passende Treiber auf dem Computer installiert werden. Der Baustein auf diesem Arduino trägt die Bezeichnung CH340G. Passende Treiber für diesen Baustein können im Internet heruntergeladen werden.

Die Ansteuerung einer 8x8-LED-Matrix

In diesem Abschnitt geht es um die Ansteuerung einer LED-Matrix. Mit solch einer Matrix lassen sich alle möglichen Buchstaben, Symbole oder Grafiken darstellen. Es wird nur ein relativ einfacher Programmcode benötigt, um mithilfe einer oder mehrerer solchen Matrizen Laufschrift umzusetzen. Um im Bild zu sehen ist eine Matrix, die einen integrierten Baustein zur Ansteuerung der LEDs enthält. Es handelt sich um die integrierte Schaltung mit der Bezeichnung MAX7219. Diese integrierte Schaltung kann neben der Steuerung einer LED-Matrix auch zum ansteuern von sieben Segmentanzeigen verwendet werden. Doch hier geht es zunächst um die LED-Matrix und deren Ansteuerung. Deutlich zu sehen sind die verschiedenen Anschlüsse des Bausteins. Die Anschlüsse mit den Bezeichnungen VCC und GND dienen zur Stromversorgung des Bausteins. Über die weiteren Anschlüsse erhält der MAX7219 Informationen über die Zeichen, die dargestellt werden sollen sowie über andere Parameter wie beispielsweise die Laufgeschwindigkeit, wenn der Baustein für eine Laufschrift eingesetzt wird. Es sind Anschlüsse auf beiden Seiten zu sehen, durch die es ermöglicht wird, mehrere dieser Matrizen hintereinander zu schalten.

Hier wurde der Arduino mit einem Programmcode für eine Laufschrift programmiert. Die Programmierung erfolgte über den USB-Anschluss, über den der Baustein sowie die LED-Matrix nun auch ihre Stromversorgung erhalten.

In diesem Aufbau wurden zwei LED-Matrizen hintereinander geschaltet. Werden sie genau nebeneinander gelegt, so entsteht eine Laufschrift über 8 × 16 LEDs. Es handelt sich also um insgesamt 128 LEDs, die mithilfe des Arduino über einen Lauflicht angesteuert werden. Die Verdrahtung ist relativ einfach. Zur Verbindung der LED-Matrix mit dem Arduino selbst sowie für weitere Verbindungen von mehreren LED-Matrizen untereinander werden jeweils lediglich fünf Verbindungsleitungen benötigt.

Hier Boden zwei LED-Matrizen nebeneinander gehalten. Durch diese Darstellung lassen sich deutlich besser lesbare Laufschriften erzeugen. Man könnte tatsächlich noch mehrere dieser Matrizen verwenden, um auch längere Wörter problemlos darzustellen.

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