die PWM-Ansteuerung eines digitalen Pins mit dem analogWrite-Befehl ist keine vorherige Programmierung über den pinMode-Befehl erforderlich, um diesen als Ausgang festzulegen. Wir sehen, dass die setup-Funktion keinen derartigen Befehl enthält und komplett frei von Code ist.
Weitere Informationen zu PWM sind unter der folgenden Adresse zu finden:
http://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM
https://www.arduino.cc/en/Reference/AnalogWrite
Gut zu wissen
Wir haben gesehen, wie man mit ein paar Codezeilen eine LED blinken lässt. Es geht jedoch noch ein wenig kürzer:
int ledPin = 13; // Variable mit Pin 13 deklarieren + initialisieren void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); // Digitaler Pin 13 als Ausgang } void loop() { digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin)); // Toggeln der LED delay(1000); // Eine Sekunde warten }
Die entscheidende Zeile lautet:
digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin));
Wir nutzen an dieser Stelle zwei neue Konstrukte. Da ist zum einen der Befehl zum Ermitteln des Status eines digitalen Pins über digitalRead.
Außerdem nutzen wir den sogenannten NOT-Operator mithilfe des Ausrufezeichens (!), der dazu verwendet wird, ein Ergebnis in das Gegenteil zu verkehren. In der Programmiersprache C/C++ existiert kein eigener Datentyp für logische Werte wie wahr oder falsch und deshalb wird ein Wert vom Datentyp int verwendet. Wir haben in der Tabelle 2 über die Konstanten gesehen, dass ein LOW-Pegel den Wert 0 und ein HIGH-Pegel den Wert 1 besitzt. Über den NOT-Operator wird zwischen beiden hin- und hergewechselt, was auch Toggeln genannt wird. Hinweise zu booleschen Operatoren sind unter dem folgenden Link zu finden:
https://www.arduino.cc/en/Reference/Boolean
Wenn du weiter in die Thematik der Widerstände eintauchen möchtest, dann rate ich dir einen Blick in mein Buch Elektronik verstehen durch spannende Experimente – Analog- und Digitaltechnik, ISBN 978-3-946496-23-6. Dort werden unter anderem Reihenschaltungen, Parallelschaltungen und Gemischtschaltungen von Widerständen angesprochen und detailliert erklärt.
Was haben wir gelernt?
Du hast die korrekte Deklaration und die korrekte Initialisierung einer globalen Variable kennen gelernt.
Es wurde die grundlegende Sketch-Struktur vermittelt.
Die Datenübertragungsrichtung eines einzelnen Pins hast du mit dem Befehl pinMode auf OUTPUT gesetzt, so dass du ein digitales Signal (HIGH bzw. LOW) über den Befehl digitalWrite zum Ausgang schicken konntest, an der die LED angeklemmt war.
Über den Befehl delay hast du eine zeitliche Unterbrechung des Sketches eingeleitet, damit die LED eine bestimmte Zeit an beziehungsweise aus war.
Mithilfe des NOT-Operators in Verbindung mit dem Befehl digitalRead haben wir eine verkürzte Variante des Codes für das Blinken der LED kennengelernt.
Wenn man eine LED betreiben möchte, ist ein entsprechend dimensionierter Widerstand – auch Vorwiderstand genannt – unerlässlich.
Wir haben gesehen, wie sich ein Vorwiderstand mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes berechnen lässt.
Mithilfe der Farbtabelle ist es sehr einfach, einen Widerstandswert anhand der aufgedruckten Farbringe zu ermitteln.
Wir haben die Ansteuerung einer LED über einen PWM-Pin gesehen.
Workshop zur blinkenden LED
Ich möchte dir am Ende dieses Projektes die Aufgabe stellen, den Sketch so abzuändern, dass du die Zeit, in der die LED leuchtet beziehungsweise aus ist, in zwei Variablen auslagerst. Darüber kann der sogenannte Tastgrad eingestellt werden. Er beschreibt das Verhältnis von Impulsdauer und Periodendauer. Das Ergebnis wird meist in Prozent angegeben. Auf dem folgenden Impulsdiagramm siehst du die unterschiedlichen Zeiten für t bzw. T:
Abb. 8: Der Verlauf des Pegels am digitalen Ausgang Pin 13 bei einem Tastgrad von 25%
t = Impulsdauer
T = Periodendauer
Die Formel zur Berechnung des Tastgrades lautet:
Programmiere den Sketch so, dass die LED 0,5s leuchtet und 1,5s dunkel ist. Der Tastgrad würde sich wie folgt berechnen:
Das entspricht also einem Tastgrad von 0,25 und im Hinblick auf die gesamte Periodendauer leuchtet die LED also zu 25%.
Bastelprojekt 2:
Arduino-Low-Level-Programmierung
Der Arduino Uno besitzt als Herzstück einen Mikrocontroller, der die zentrale Recheneinheit auf dem Board ist. Neben der Spannungsversorgung sind zur Kommunikation mit der Außenwelt natürlich weitere Anschlüsse vorhanden. Da gibt es die analogen und digitalen Ein- beziehungsweise Ausgänge – wir haben das schon in Kapitel 1 gesehen –, die abgefragt und auf die Einfluss genommen werden kann. Da ein Mikrocontroller auf unterster Ebene digital arbeitet, werden die Informationen als HIGH- bzw. LOW-Pegel gespeichert und verarbeitet. Diese finden in bestimmten Speicherbereichen ihr Zuhause, die man Register nennt. In diesem Bastelprojekt werden wir die ganze Sache auf unterster Ebene beleuchten, was zwar knifflig anmutet, doch zum Verständnis der Grundlagen sicherlich hilfreich ist. Aber keine Bange, ich erkläre es Schritt für Schritt.
Was um Himmels Willen ist denn ein Register? Wenn es um die Programmierung eines Mikrocontrollers geht, dann besitzt er zur internen Verwaltung und Speicherung von Werten bestimmte Speicherstellen. Die meisten davon haben einen Schreib- und Lesezugriff, was bedeutet, man kann dort etwas ablegen und auch wieder auslesen. Andere können lediglich ausgelesen werden und stellen somit nur einen Lesezugriff zur Verfügung. Derartige Speicherbereiche werden Register genannt. Wenn wir gleich die sogenannten Ports kennenlernen, dann handelt es sich um Register
Die Zugänge des Mikrocontrollers
Um mit einem Mikrocontroller in Verbindung zu treten, muss es eine Möglichkeit geben, Signale zu senden und zu empfangen. Aus diesem Grund sind bestimmte Zugänge geschaffen worden, die Ports genannt werden. Port kommt aus dem Lateinischen von porta, was Tür beziehungsweise Zugang bedeutet. Auf dem Arduino-Board befinden sich mehrere nebeneinanderliegende Pins, die teilweise zu Funktionsgruppen zusammengefasst wurden. Sie werden Ports genannt und haben eine Datenbreite von acht Bits. Auf der folgenden Abbildung 1 sehen wir einige dieser Ports: