Einstieg in die Welt des Arduino

Abb. 1: Lernset - Einsteiger Kit für Arduino

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lehrveranstaltung: Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester

Inhalt

• Einstieg in die Arduino Welt
• Programmcode (Datentypen, Grundstruktur)
• if-Verzweigung
• LED, aktiver und passiver Lautsprecher
• Arduino IDE, Serieller Monitor, Code Debugging
• Digitale Ein- und Ausgänge
• Analoge Ein- und Ausgänge

HSHL-Wiki Grundlagenartikel: Arduino

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

• haben Sie sich mit dem Arduino und der Arduino IDE vertraut gemacht.
• können Sie Programme schreiben, kompilieren und auf den Arduino übertragen.
• können Sie Variablen aller Datentypen deklarieren.
• haben Sie elektrische LED Schaltungen aufgebaut und in Betrieb genommen.
• haben Sie eine LED über eine Pulsweitenmodulation angesteuert.
• können Sie eine if-Verzweigung programmieren.

Lernzielkontrolle

1. Welche Datentypen können Sie in einem Arduino verwenden? Stellen Sie diese tabellarisch mit ihrer Länge auf.
2. Wann verwendet man welchen Datentyp?
3. Wie werden lokale und wie globale Variablen deklariert?
4. Was ist ein Makro?
5. Wann und wie verwendet man die Befehle define, static, const?
6. Wie programmiert man eine if-Verzweigung?
7. Wie steuert man eine LED an? Erstellen Sie eine Schaltskizze. Wozu dient der Widerstand?
8. Was ist der Unterschied zwischen aktiven und passiven Lautsprechern?
9. Machen Sie sich mit dem PAPDesigner vertraut. Lesen Sie den Artikel Software_Planung. Wozu dient ein PAP? Planen Sie die Programme 2.2 bis 2.4 mit einem PAP.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_02.pdf

Beispiele für Deklarationen:

const unsigned long BAUD_RATE_u32 = 9600;
const unsigned int AUFLOESUNG_u16 = 1023; 
const float ARDUINO_SPANNUNG_f32  = 5.0;
const uint8_t DIGITAL_PIN_u8 = 7;

byte i = 0;      // Zählvariablen können vereinfacht werden
byte Cnt_u8 = 0; // Alternative

Versuchsdurchführung

Aufgabe 2.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_02.pdf

Aufgabe 2.2: Wechselblinker

Zwei Leuchtdioden sollen abwechselnd blinken.

Nützliche Befehle: pinmode(), digitalWrite(), delay

Arbeitsergebnisse in SVN: Wechselblinker.ino

Musterlösung: Wechselblinker

Aufgabe 2.3: Pulsierende LED

Eine LED soll pulsierend heller und dunkler werden.

Nützliche Befehle: pinmode(), analogWrite(), delay(), if

Arbeitsergebnisse in SVN: PulsierendeLED.ino

Musterlösung: Pulsierende LED

Aufgabe 2.4: Licht und Tonsignal

Eine LED und ein Piezo-Lautsprecher sollen kontinuierlich blinken bzw. piepen. Zusätzlich werden in dieser Anleitung auch Variablen verwendet.

Dieses Mal nutzen wir auch den ersten Programmabschnitt. Hier werden Variablen eingetragen. Das bedeutet, dass sich nach der Festlegung in diesem Bereich hinter einem Buchstaben oder einem Wort für den gesamten folgenden Sketch eine Zahl verbirgt. Bei uns ist die LED an Pin4 angeschlossen und der Piezo-Speaker an Pin5. Damit man die beiden Pins später nicht verwechselt, benennen wir Pin4 und Pin5 einfach um.

• Was ist der Unterschied zwischen aktiven und passiven Lautsprechern?

Nützliche Befehle: pinmode(), digitalWrite(), delay()

Arbeitsergebnisse in SVN: LichtundTon.ino

Musterlösung: Pulsierende LED

Aufgabe 2.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.

• Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
• Wurde nachhaltig dokumentiert?
• Haben die Programme einen Header?
• Wurden der Quelltext umfangreich kommentiert?
• Wurden die PAPs erstellt und abgelegt? Passen die PAPs 100% zum Programm?

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Bewertung

Aufgabe	Punkte
2.1	2
2.2	2
2.3	2
2.4	2
2.5	2

Literatur

1. Brühlmann, T: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
2. Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen : mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly

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