Hallo und herzlich willkommen zu diesem Guide über den Arduino Uno.
Wir bei der BerryBase freuen uns, dich bei deinem Einstieg in die Welt der Mikrocontroller begleiten zu dürfen. Die BerryBase ist ein Maker Shop für jeden, mit einer großen Auswahl an Mikrocontrollern und deren Zubehör oder Ressourcen wie diesem Guide, um dir den idealen Start in dein Technik-Projekt zu ermöglichen.
In diesem Guide sollen Dir die Grundlagen mit der Arbeit des Arduino Uno näher gebracht werden. Also keine Scheu es ist kein weiteres Wissen vorausgesetzt, sondern der Start beginnt bei Null. Von Grundsätzlichen Informationen über konkretere Schaltpläne, bis hin zu Tipps und Tricks wie die weitere Reise aussehen soll, erfährst du alles hier. Auch fängst du hier direkt mit deinem ersten Projekt an, aber kein Sorge es ist anfängerfreundlich. Außerdem heißt es nicht umsonst, “Probieren über Studieren”.
Daher ist es großartig, dass du dich für dieses Projekt entschieden hast!
Ich bin Timm, und bastel leidenschaftlich an Arduino Projekten seit einiger Zeit. Lass uns loslegen!
Der Arduino Uno
Der Arduino Uno ist der klassische Mikrocontroller von Arduino mit allen Funktionen und entsprechender Rechenleistung. Ausgestattet mit dem neuen RA4M1 Chip von Renesas für noch bessere Leistung. Der neue Uno kommt in zwei verschiedenen Varianten. Beide behalten den selben bekannten Formfaktor, sind aber komplett überarbeitet worden.
Der Arduino Uno R4 Minima, eine leichtere Version des R4, bietet den neuen Chip für verbesserte Leistung, erhöhtes Clock Speed und einen vergrößerten Arbeitsspeicher.
Der Arduino Uno R4 Wifi stellt das vollumfängliche Paket dar. Dieser ist zusätzlich mit Bluetooth und Wifi ausgestattet und bietet eine 12×8 LED Matrix direkt auf dem Board.
Beide Modelle sind perfekt für dein nächstes Projekt geeignet. In der Zukunft wird wahrscheinlich die Wahl von Wifi und Bluetooth am wichtigsten sein. Jetzt folgt erstmal der Einstieg, damit du dich mit den beiden Modellen vertraut machen kannst.
Arduino Uno Pinout
Die Maße des Arduino Uno betragen 53.34 mm x 68.85 mm und folgen demselben Formfaktor wie vorherige Modelle. Auch das Pinout stimmt mit dem Vorgänger R3 überein.
- Power: Der Arduino kann mit einer Stromquelle von 6-24V über den VIN Pin versorgt werden oder über den Anschluss eines USB-C Kabels.
- Digitale Pins: Der Arduino Uno hat 14 digitale Pins, die für Input und Output verwendet werden können. Über diese können die verschiedensten Komponenten (z.B. Taster, LED, usw.) angeschlossen werden (D0-13).
- Analoge Pins: Die 6 analogen Pins (A0-A5) ermöglichen die Verbindung mit analogen Signalen. Zum Beispiel beim Messen von Geschwindigkeiten können die entsprechenden Daten über eine analoge Verbindung an den Uno übertragen werden.
- Masse Pins: Die schwarzen Pins (GDN) sind Masse Pins für das Anschließen verschiedener Elektronik.
- Reset: Der Reset Knopf setzt die aktuelle Schaltung zurück und das Programm auf dem Arduino Uno startet von vorne.
- PWM Pins: Die Pins mit dem ~ Symbol sind PWM Pins. Diese ermöglichen eine analoge Steuerung über digitale Pins. Weitere Informationen findest du im Guide Pulsweitenmodulation
- USB-Anschluss: Über diesen kannst du den Arduino mit deinem PC verbinden. Dieser wird dann mit Strom versorgt und kann gleichzeitig programmiert werden.
- IC2: Eine Verbindung über IC2 kann mit den Pins A4 und A5 hergestellt werden.
Für weitere und detailliertere Schaltungsinformationen siehe (Arduino Uno R4 Minima Datensheet)
Erste Vorbereitungen
Bevor du nun anfangen kannst, mit dem Arduino zu arbeiten, müssen wir erstmal ein paar Vorbereitungen treffen. Zuerst sind folgende Materialien notwendig:
- PC/Laptop (Windows/Linux/MacOS)
- USB Kabel für den Arduino Uno
Als nächstes folgt ein weiterer wichtiger Schritt. Damit der Arduino weiß, was er machen soll, müssen wir ihm dies mitteilen. Das passiert über die Arduino IDE, welche speziell für das Programmieren vom Arduino entwickelt wurde und somit alle notwendigen Funktionen bereitstellt.
Unter diesem Link findest du die Software: Arduino IDE 2.3.2
Nach dem Aufrufen vom Link sollte auf der Seite eine Kachel wie diese erscheinen. Die Software heißt “Arduino IDE” und hier in unserem Beispiel ist 2.1.1 die aktuellste Version. Sollte deine Version eine andere, also eine aktuellere sein, kannst du trotzdem ohne Probleme dem Guide folgen.
Wähle nun dein Betriebssystem aus, um den Download zu starten.
Folge nun den Anweisungen vom Installer, bis du die Anwendung vor dir siehst.
Mit dieser wirst du nun in Zukunft deine Arduino Uno Projekte programmieren können. Die Anwendung umfasst auch weitere Funktionen, wie einen Debugger oder ein Terminal, die im Laufe deiner Projekte praktisch werden können.
Erstes Setup
Vor dir solltest du jetzt die Arduino IDE sehen. Über diese Oberfläche wirst du in Zukunft alle möglichen deiner Projekte programmieren und testen können.
Als erstes verbinde nun den Arduino Uno mit deinem Rechner über das USB Kabel. Jetzt fehlt nur noch eine kleine Konfiguration in der Software, damit wir loslegen können mit der ersten Inbetriebnahme.
Wähle daher oben “Select Boards” aus, dort wird das Modell festgelegt, mit welchem wir arbeiten. Und auf welchem Port die IDE den Arduino Uno erreichen kann.
Nun sollte ein ähnliches Fenster wie dieses sich öffnen. Solltest du die IDE schon heruntergeladen haben, stelle sicher, dass du auf die aktuellste Version aktualisierst. Der R4 ist neu und ist in vielen vorherigen Versionen noch nicht enthalten. Notfalls schließe die Anwendung und öffne sie erneut. Sollten Updates verfügbar sein, sollte jetzt eine Abfrage kommen, ob du aktualisieren willst. Klick “Ja” und warte bis die Installation abgeschlossen ist. Jetzt kannst du mit dem Tutorial fortfahren.
Wähle auf der linken Seite also das Modell “Arduino Uno” aus und auf der rechten deinen Arduino Uno, den du mit dem PC verbunden hast. Solltest du dort nichts dem Arduino sofort zuordnen können, dann suche einem Port der etwas mit “usb” beinhaltet.
Bestätige deine Auswahl nun mit “ok” und das Fenster sollte sich schließen. Oben sollte jetzt statt “Select Board” “Arduino Uno” stehen. Nun sollte unten rechts ein Prompt erscheinen.
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Klicke hier “Yes” oder “Ja” an und dann sollten die nötigen Ressourcen automatisch installiert werden.
Solltest du diese Abfrage nicht sehen, dann klicke auf den “Board Manager” auf der linken Seite. Dort gibst du in der Suchleiste einfach “R4” ein. Jetzt sollte dir das entsprechende Package angezeigt werden “Arduino UNO R4 Boards”. Mit dem können wir dann den neuen R4 programmieren
In der Mitte der Arduino IDE solltest du den Quellcode mit den zwei “Funktionen” sehen. Alles, was nun in den Klammern {} bei “SetUp” steht, wird einmal ausgeführt, wenn das Programm gestartet wird. Die Funktion “loop” verhält sich schleifenartig. Das heißt, der Quellcode in den Klammern {} dieser Funktion wird wie in einer Schleife ausgeführt, bis das Programm endet.
Solltest du deinen Quellcode dann fertig geschrieben haben, kannst du durch das Klicken des “blauen Hackens” überprüfen, ob die Fehler gemacht hast. Sollte aber noch ein Fehler im Quellcode sein, taucht nun unten im Bildschirm eine Fehlermeldung in rot auf. Wenn dies nicht der Fall ist, dann kannst du nun deinen Quellcode auf den Arduino laden. Drücke hierzu einfach auf den Knopf mit dem Pfeil nach rechts, der Quellcode wird nun auf den Arduino hochgeladen und ausgeführt.
Erste Inbetriebnahme
Nun geht es darum zu testen, ob wir alles richtig eingestellt haben. Hierzu wollen wir eine LED zum Blinken bringen. So können wir gleich überprüfen, ob alles richtig läuft, während du dich gleich mit dem Ablauf vertraut machst. Viele der folgenden Schritte wirst du immer brauchen, wenn du Mikrocontroller aller Art programmierst.
Hierzu benötigst du: 2x Jumper-Kabel, 1x LED und 1x Schichtwiderstand.
Der Widerstand von Widerständen wird in Ohm (Ω) angegeben. Dieser muss dann entsprechend der LED gewählt werden. Bei den Starter Kits sind meistens kleine Anleitungen beigelegt, welche dir die richtigen zeigen. Meistens sollte dieser zwischen 200Ω-500Ω liegen. Wie viel Ohm (Ω) ein Widerstand hat, kannst du mithilfe der Grafik und anhand der farbigen Striche erkennen. Benutze den oberen Teil bei vier Strichen und den unteren bei 5 Strichen. Die ersten 3 bzw. 4 sind dafür gedacht, um den Widerstand zu bestimmen.
Nehme die Werte von (A bei 5 strichen),B,C und multipliziere den Wert mit D.
Die einzelnen Löcher des Breadboards sind nach dem folgenden Muster miteinander verbunden (rote Markierungen in Grafik). Die Einkerbung in der Mitte trennt a-e und f-j voneinander. Die Streifen sind jeweils horizontal miteinander verbunden. Während an den beiden äußeren Seiten Plus (+) und Minus (-) der Versorgungsspannung vertikal miteinander verbunden sind.
Die LED hat eine Kathode und eine Anode, was entscheidend für die Beschaltung ist. Beim falschen Anschließen kann die LED beschädigt werden. Die kürzere Seite der beiden LED-Kontakte ist die Kathode und muss mit dem Ground (GND) verbunden werden. Der Widerstand ist hierbei vor die LED geschaltet, damit diese nicht, aufgrund zu hoher Spannung, durchbrennt.
Verbinde nun das braune Kabel mit einem Ground (GND) Pin des Arduino Uno und das rote Kabel mit dem D4 Pin. (Siehe hierfür die Abbildung des Pinouts)
Als Ergebnis sollte die Schaltung ähnlich wie im Bild (Aufbau) aussehen. Wo genau du die Schaltung auf dem Breadboard platzierst, ist nicht wichtig. Beachte aber, dass die Kabel und LED richtig verbunden sind. (siehe Breadboard Verkabelung)
Damit die LED nun leuchten kann, müssen wir jetzt die Logik dafür im Quelltext schreiben. Diese sieht dann so aus:
Zuerst definieren wir die LED Nr. 4 und setzen den Modus des Pins auf Ausgabe. Die Loop-Funktion wird nun in einer Schleife ausgeführt. In unserem Kontext bedeutet HIGH, Strom fließt, und LOW bedeutet, kein Strom fließt. Jetzt setzen wir den Pin G4, der als LED definiert ist, auf HIGH. Danach integrieren wir eine Verzögerung von 2 Sekunden (2.000 Millisekunden), um das Blinken zu erzeugen. Nun setzen wir die LED wieder auf LOW. Dieser Vorgang wiederholt sich nun, und unsere LED blinkt durchgängig. (Zusätzliche Kommentare in grau im Quelltext)
Fehlerbehebung
Ich kann den Arduino Uno R4 (Minima/WIFI) beim Auswählen nicht sehen?
Die beiden Modelle vom Arduino Uno der Revision 4 sind sehr neu. Das heißt viele Versionen der Arduino IDE haben diese nicht bereits mit integriert. Aktualisiere deine Version der Arduino IDE also zuerst. Beim Öffnen der Anwendung solltest du eine Abfrage bekommen, ob du aktualisieren möchtest auf die neueste Version. Sonst kannst du auch manuell in den Einstellungen oder auf MacOS unter Hilfe > Nach Arduino IDE Updates suchen. Besteht das Problem immer noch, deinstalliere die IDE und lade eine aktuellere Version der Arduino IDE von der Webseite herunter. Danach musst du jetzt ein notwendiges Package herunterladen. Wie genau, siehst du in “Erstes Setup”.
Funktioniert der Upload nicht?
Stelle sicher, dass du den Arduino richtig verbunden hast und bei der Auswahl vom Board/Port alles stimmt. Versuche erst mit dem “Pfeil” den Quellcode auf Fehler zu überprüfen. Sollten dabei welche auftreten, lese den Hinweis aufmerksam durch. Überprüfe den Quellcode zusätzlich dann auf Tippfehler, ein einziger Tippfehler reicht schon aus, damit der Quellcode nicht mehr funktioniert. Die LEDs auf dem Arduino sollten bereits beim Anschließen an den PC leuchten, wenn nicht, versuche es mit einem anderen Kabel.
Fehler im Quelltext?
Stell sicher, dass du an alle Klammern “{}” und Semikolons “;” gedacht hast. Kontrolliere auch auf Rechtschreibfehler im Quelltext. Vergiss auch nicht, LOW und HIGH richtig zu benutzen.
LED blinkt nicht?
Überprüfe, ob der Quellcode richtig und ohne Fehler auf das Modul hochgeladen wurde. (Keine Fehlermeldung und eine LED blinkt meistens am Modul während des Hochladens) Überprüfe außerdem, ob die Kabel mit den richtigen Pins verbunden sind. Das müssen GND und D4 sein! Kontrolliere auch, ob die Verkabelung auf dem Breadboard stimmt, d. h. Anode/Kathode der LED richtig verkabelt, einen passenden Widerstand gewählt und die Komponenten sind auf dem Breadboard verbunden (siehe Breadboard Grafik).
Sollte es trotzdem nicht funktionieren, kannst du dich an Foren für Hilfe wenden. In der nächsten Sektion “Wie geht es nun weiter?” kannst du unter dem Punkt “Funktioniert etwas nicht?” Links zu Hilfsforen finden.
Deine nächsten Schritte mit dem Arduino Uno
Du kennst dich jetzt mit den grundlegenden Funktionen des Arduino Uno aus, wie dem Verbinden des Arduino Uno mit deinem Rechner. Auch kennst du den grundlegenden Aufbau der Arduino IDE zum Programmieren vom Arduino. Darüber hinaus hast du dich mit dem Aufbau des Arduino Uno auseinandergesetzt und den unterschiedlichen Modellen.
Mit den Grundlagen im Hinterkopf, bist du jetzt bereit auf eigene Faust zu experimentieren. Probiere einfach mal all dein Zubehör aus, was du eventuell im Starter Kit bekommen hast. Auf dieser Basis lassen sich dann zusätzliche, komplexere Projekte aufbauen, bei denen nur deine Kreativität Grenzen setzt. Dies könnte zum Beispiel ein musikempfindlicher LED-Strip, ein Lügendetektor oder ein Thermometer mit Anzeige sein. Wenn du dir auch mehr zutraust, wären auch Projekte wie ein Bewässerungssystem oder eine Wetterstation für dein Smart Home möglich. Auf ein fröhliches Experimentieren!
Nützlich hierfür können auch weitere Ressourcen sein:
Überblick Über den Arduino: Arduino Uno Modelle
Tutorials für Projekte: Arduino Tutorial (verschiedene Schwierigkeiten/English)
Einstieg programmieren mit C für den Arduino:
Einstig in die C Programmierung von der Uni Wuppertal
Funktioniert etwas nicht?
Arduino Help Center: Arduino Support (Englisch)
Arduino Forum: Das offizielle Arduino Forum
Du kannst auch immer die Kommentarfunktion unter diesem Blog benutzen, und ich versuche alle Fragen bestmöglich zu beantworten.