Arduino UNO: Board Anatomie

Abb. 1: Arduino Uno R3

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider

Abb. 1 zeigt die Hauptkomponenten des Arduino Uno R3.

Tabelle 1: Übersicht der I/O-Pins

RX, TX	Das sind die Sende- und Empfangspins der seriellen Schnittstelle (Universal AsynchronousReceiver Transmitter, UART). Bevor der USB-Bus erfunden wurde, waren beispielsweise Mäuse und Modems per serieller Schnittstelle mit dem PC verbunden. Die Übertragungsgeschwindigkeit liegt in der Regel zwischen 1200 und 115200 Baud. Heute spielt der UART nur noch im Entwicklerbereich eine Rolle.
SCL, SDA	Die zwei Pins gehören zum I2C-Bus (Inter IC Communication), über den der Arduino Daten mit Sensoren und anderer Elektronik austauschen kann. Im Unterschied zum UART gibt es nur eine Leitung für die Hin- und Rückrichtung (SDA, Serial Data), dank eines einheitlichen Protokolls und eines Taktsignals (SCL, Serial Clock) gibt es aber keine Konflikte auf dem Bus.
SPI	Das Serial Peripheral Interface ist ein synchroner serieller Bus, mit Hin-, Rück- und Taktleitung. Beim Arduino dient er dem Datenaustausch mit Sensoren und Steuer - modulen, aber auch der Programmierung seines Flash-Speichers mit einem speziellen Gerät. Standardmäßig arbeitet der SPI auf dem Arduino mit 4 MHz.
Digital (PWM~)	Die digitalen Pins lassen sich jeweils als Ein- oder Ausgang programmieren. Arbeiten sie als Eingang, kann man dem Arduino mit einer Spannung von 0 V eine logische 0 und mit 5 V eine logische 1 von außen signalisieren, auf die er reagieren kann. Ist ein Pin als Ausgang konfiguriert, kann er per Programm seiner Umwelt oder weiterer Elektronik eine logische 1 oder eine logische 0 signalisieren. Daneben kann man die Ausgangsspannung von 5ˇV auch direkt benutzen, um eine Leuchtdiode (LED) zum Leuchten zu bringen oder ein Relais zu schalten, das wiederum ein anderes Gerät mit Batterieversorgung oder gar mit Netzspannung anschaltet. Zu beachten ist, dass ein Ausgang als Dauerlast nur einen Strom von 20 Milliampere liefert, kurzzeitig auch bis zu 40. Darüber droht ein dauerhafter Schaden des Pins. Um das zu verhindern, muss man den Strom mit einem Widerstand begrenzen. Wie man das macht, erfahren Sie im hinteren Teil des Hefts. Alternativ können einige der digitalen Pins (zu erkennen an der Tilde ~ vor der Nummer auf dem Board) ein sogenanntes PWM-Signal ausgeben. Neben der Leistungssteuerung von LEDs benötigt man dieses Signal in erster Linie zur Ansteuerung von Servo-Motoren, wie man sie im Modellbau einsetzt.
Analog In (A0–A5)	Da die Welt eben nicht nur schwarz (5ˇV) und weiß (0ˇV) ist, benötigt man noch eine Möglichkeit, Spannungen irgendwo dazwischen zu messen. Ein Analog-Digital-Wander wandelt, wie beim Mikrofon-Eingang am PC, analoge Signale in digitale Werte zwischen 0 und 1023 (10 Bit). Der UNO hat eigentlich nur einen einzigen internen Wandler, mit einem eingebauten Umschalter kann er jedoch die einzelnen externen Eingänge auf den Eingang des A/DWandlers legen. Grundsätzlich lassen sich auch alle Analog- und Bus-Pins als I/O-Pins festlegen, sodass der Arduino UNO insgesamt 20 digitale Ein- und Ausgänge befehligen kann.
5 V/3,3 V	Die beiden Pins dienen der Spannungsversorgung von Erweiterungsshields oder anderen elektronischen Komponenten.
VIn	Hier liegt die Spannung an, mit der der Ardu - ino bei Verwendung eines externen Netzteils versorgt wird. Shields mit Motoren und anderen Verbrauchern mit höherem Spannungsbedarf benötigen diesen Pin.
GND	Das ist der gemeinsame Bezugspunkt beim Zusammenschalten von Komponenten mit dem Arduino. Man kann ihn sich vereinfacht wie den Minuspol einer Batterie vorstellen.
AREF	Die analogen Eingänge nehmen die Digitalisierung in Bezug auf eine bestimmte Spannung vor, standardmäßig 5ˇV. Man kann aber auch durch eine externe Spannungs referenz einen anderen Wert vorgeben. Liefert beispielsweise ein Sensor nur eine maximale Spannung von 1ˇV, würde man bei AREFˇ=ˇ5ˇV nur ein Fünftel des Wertebereichs (0–205) nutzen. Sinnvoller wäre, AREF mit einer Referenzspannung von 1ˇV zu speisen.
IOREF	Damit signalisiert der Arduino einem Shield, mit welchem Spannungspegel er arbeitet. In der Regel spielt dieser Pin keine Rolle.
Reset	Neben dem manuellen Druck auf den Resetkopf kann auch eine externe Schaltung einen Neustart des Arduino auslösen.

Spezifikation

PC	NVIDIA® Jetson Nano™, PN: 3450 B01, 4 GB 64-bit LPDDR4 @ 25.6 GB, 64-bit Quad-Core ARM A57, 472 GFLOPS @5 W, 128 NVIDIA CUDA® GPU

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