Arduino-Plattform

Arduino-Plattform
Basisdaten
Aktuelle Version	1.0.4 & 1.5.2 Beta (6. Feb. 2013)
Betriebssystem	plattformunabhängig
Programmier­sprache	C und C++ (IDE: Java)
Kategorie	Freie Hardware
Lizenz	LGPL/GPL (freie Software)
www.arduino.cc

Arduino Uno mit USB-Schnittstelle und einem ATmega328-Mikrocontroller

Die Arduino-Plattform ist eine aus Soft- und Hardware bestehende Physical-Computing-Plattform. Beide Komponenten sind im Sinne von Open Source quelloffen. Die Hardware besteht aus einem einfachen I/O-Board mit einem Mikrocontroller und analogen und digitalen Ein- und Ausgängen. Die Entwicklungsumgebung beruht auf der Entwicklungsumgebung von Processing und Wiring, die insbesondere Künstlern, Designern, Bastlern und anderen Interessierten den Zugang zur Programmierung und zu Mikrocontrollern erleichtern soll. Arduino kann verwendet werden, um eigenständige interaktive Objekte zu steuern oder um mit Softwareanwendungen auf Computern zu interagieren (z. B. Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider, diversen Skriptsprachen, Terminal, vvvv etc.). Arduino wird intensiv an Kunsthochschulen genutzt, um interaktive Installationen aufzubauen.

Das Arduino-Projekt erhielt 2006 eine Anerkennung im Rahmen des Prix Ars Electronica in der Kategorie Digital Communities.

Hardware

Die Hardware basiert auf einem Atmel AVR-Mikrocontroller aus der megaAVR-Serie. Ursprünglich wurde der ATmega8, später der ATmega168 und aktuell der ATmega328, der ATmega1280 und der ATmega2560 verbaut. Alle Boards werden entweder über USB oder eine externe Spannungsquelle mit 5 Volt versorgt und verfügen über einen 16 MHz-Schwingquarz (es gibt Varianten mit 3,3 V Versorgungsspannung und solche mit abweichendem Takt).

Konzeptionell werden alle Boards über eine serielle Schnittstelle programmiert. Der Mikrocontroller ist mit einem Boot-Loader vorprogrammiert, wodurch die Programmierung direkt über die serielle Schnittstelle ohne externes Programmiergerät erfolgen kann. Bei älteren Boards wurde dafür die RS-232-Schnittstelle genutzt. Bei aktuellen Boards geschieht die Umsetzung von USB nach seriell über einen eigens entwickelten USB-Seriell-Konverter basierend auf dem ATmega8U2. Zuvor wurde das mit dem populären Baustein FT232RL von FTDI realisiert. Die Version Arduino Leonardo verwendet als Prozessor den ATmega32u4, welcher die USB-Unterstützung nativ bereitstellt und sich damit auch als Tastatur oder Maus gegenüber einem PC ausgeben kann.

Die Arduino-Boards stellen die meisten I/O-Pins des Mikrocontrollers zur Nutzung für elektronische Schaltungen zur Verfügung. Die aktuell gängigen Boards bieten 14 digitale I/O-Pins, von denen sechs PWM-Signale ausgeben können und sechs als analoge Eingänge dienen können. Für die Erweiterung werden vorbestückte oder teilweise unbestückte Platinen – sogenannte „Shields“ – angeboten, die auf das Arduino-Board aufsteckbar sind. Es können aber auch z. B. Steckplatinen für den Aufbau von Schaltungen verwendet werden.

Die neueste Version Arduino Due besitzt einen ARM Cortex-M3 32-Bit-Prozessor vom Typ Atmel SAM3X8E und stellt mit 84MHz Taktfrequenz die leistungsstärkste Variante dar.

Arduino	µController	Betriebs- spannung	Flash KiB	EEPROM KiB	SRAM KiB	Digitale I/O Pins	… mit PWM	Analoge Eingänge	Interfaces	Abmessungen in mm
Nano	ATmega328 (8-bit)	5V	32	1	2	14	6	8	Mini-B USB, I²C	43 × 18
Diecimila	ATmega168 (8-bit)	5V	16	0.5	1	14	6	6	USB	68,6 × 53,3
Duemilanove	ATmega328 (8-bit)	5V	32	1	2	14	6	6	USB, SPI, ICSP, I²C	68,6 × 53,3
Uno	ATmega328 (8-bit)	5V	32	1	2	14	6	6	USB, SPI, ICSP, I²C	68,6 × 53,3
Ethernet	ATmega328 (8-bit)	5V	32	1	2	14*	4	6	Ethernet, SD card, SPI, TWI	68,6 × 53,3
Mega	ATmega1280 (8-bit)	5V	128	4	8	54	14	16	USB, SPI, ICSP, I²C, 4 UART	101,6 × 53,3
Mega2560	ATmega2560 (8-bit)	5V	256	4	8	54	14	16	USB, SPI, ICSP, I²C, 4 UART	101,6 × 53,3
Mega ADK	ATmega2560 (8-bit)	5V	256	4	8	54	14	16	USB, SPI, ICSP, I²C, 4 UART	101,6 × 53,3
LilyPad	ATmega168V oder ATmega328V (8-bit)	2,7-5,5 V	16	0.5	1	14	6	6	USB ( FTDI Basic Breakout required )	ø 50
BT (Bluetooth)	ATmega328 (8-bit)	5V	32	1	2	14	4	6	Bluegiga WT11 Bluetooth, TWI, I²C, SPI	81,2 × 53,3
Leonardo	ATmega32U4 (8-bit)	5V	32	1	2.5	20	7	12	USB, ICSP, TWI, I²C, 1 UART	68,6 × 53,3
Esplora	ATmega32U4 (8-bit)	5V	32	1	2.5	-	-	-	Micro USB, ICSP, Tinkerkit Konnektoren, TFT-Konnektor(LCD-Display)
Due	AT91SAM3X8E (32-bit)	3,3V	512	nicht vorhanden	96	54	12	12	USB, CAN, ICSP, 2 TWI, 2 I²C, 4 UART, 2 DAC	101,6 × 53,3

* Einige dieser 14 Pins sind reserviert.

Software

Arduino bringt eine eigene integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) mit. Dabei handelt es sich um eine plattformunabhängige Java-Anwendung. Sie basiert auf der IDE von Processing, einer auf die Einsatzbereiche Grafik, Simulation und Animation spezialisierten Entwicklungsumgebung. Die Arduino-IDE bringt einen Code-Editor mit und bindet gcc als Compiler ein. Zusätzlich werden die avr-gcc-Library und weitere Arduino-Librarys eingebunden, die die Programmierung in C und C++ stark vereinfachen.

Für ein funktionstüchtiges Programm genügt es, zwei Methoden zu definieren:

• setup() – wird beim Start des Programms (entweder nach dem Übertragen auf das Board oder nach Drücken des Reset-Tasters) einmalig aufgerufen, um z. B. Pins als Eingang oder Ausgang zu definieren.
• loop() – wird durchgehend immer wieder durchlaufen, solange das Arduino-Board eingeschaltet ist.

Hier ein Beispiel für ein Programm (in der Arduino-Diktion: Sketch), welches eine an das Arduino-Board angeschlossene LED blinken lässt:

int ledPin = 13; // die LED ist an Pin 13 angeschlossen, was in der Variablen ledPin gespeichert ist
                 // (Diese LED ist bei den meisten Boards integriert)
 
void setup() {
    pinMode(ledPin, OUTPUT); // legt den LED-Pin als Ausgang fest
}
 
void loop() {
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // LED anschalten
    delay(1000); // 1 Sekunde (=1000 ms) warten (delay() braucht den Parameter in ms)
    digitalWrite(ledPin, LOW); // LED ausschalten
    delay(1000); // 1 Sekunde warten
}

Siehe auch

• BeagleBoard
• Ethernut
• PandaBoard
• Raspberry Pi
• Tinkerforge

Weblinks

 Commons: Arduino – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Offizielle Webpräsenz (englisch, teilweise Deutsch, mit deutschem Forum)
• Einsteiger Video Tutorials auf Youtube (youtube.de)
• Deutschsprachiges Tutorial für Einsteiger
• The Complete Beginners Guide to the Arduino (E-Buch, pdf, englisch von Earthshine Electronics; 8,15 MB)
• Kreativ programmieren mit Processing und Arduino (heise.de)
• Graphisch dokumentierte Beispiele zur Implementierung von Komponenten (fritzing – eine Projektgruppe der Fachhochschule Potsdam)
• Arduino The Documentary (2010) English HD
• Übersicht über Arduino Hardware Welt (Deutsch)
• Arduino AG: Übersicht über Hardware und Tutorial (Deutsch)
• Arduino PrX: Alles über Arduino und vieles zum Nachbauen (Deutsch)

Literatur

• Günter Spanner: Arduino: Schaltungsprojekte für Profis, Elektor Verlag, 2012, ISBN 978-3-895-76257-4
• Harold Timmis: Arduino in der Praxis, Franzis Verlag, 2012, ISBN 978-3-645-65132-5
• Manuel Odendahl, Julian Finn, Alex Wenger: Arduino – Physical Computing für Bastler, Designer und Geeks, O'Reilly Verlag, 2009, ISBN 978-3-89721-893-2
• Simon Monk: 30 Arduino Selbstbau-Projekte, Franzis Verlag, 2012, ISBN 978-3-645-65136-3
• Erik Bartmann: Die elektronische Welt mit Arduino entdecken, O'Reilly Verlag, 2011, ISBN 978-3-89721-319-7
• Ulli Sommer: Arduino: Mikrocontroller-Programmierung mit Arduino, Freeduino, Franzis Verlag, 2010, ISBN 978-3-645-65034-2
• Thomas Brühlmann: Arduino: Praxiseinstieg, mitp Verlag, 2010, ISBN 978-3-8266-5605-7
• Michael Margolis: Arduino Kochbuch, O'Reilly Verlag, 2012, ISBN 978-3-86899-353-0
• Dale Wheat: Arduino Internals, Apress Verlag, 2011, ISBN 978-1-4302-3882-9
• Maik Schmidt: Arduino Ein schneller Einstieg in die Microcontroller-Entwicklung, dpunkt Verlag, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-89864-764-9