Arduino für Einsteiger: IDE installieren, erster Sketch und erste LED

Du hast einen Arduino UNO vor dir liegen und fragst dich, wie du anfängst? Dann bist du hier richtig. Der Arduino UNO ist für viele Maker der erste Microcontroller, den sie in Händen halten: Er ist erschwinglich, robust und die Arbeit mit ihm ist komfortabel.

In diesem Tutorial lernst du dein Board kennen, installierst die Arduino IDE, schreibst deinen ersten Sketch und schließt deine erste LED auf einem Breadboard an. Danach hast du alles, was du für deine ersten eigenen Projekte brauchst.

Der Arduino UNO im Überblick

Den Arduino UNO gibt es in zwei Generationen. Viele Jahre war der UNO R3 das Aushängeschild aller Arduinos. 2023 folgte der UNO R4 mit einem deutlich leistungsstärkeren Prozessor. Ihn gibt es als R4 Minima und als R4 WiFi. Letzterer bringt WLAN, Bluetooth und eine kleine LED-Matrix mit. Für dieses Tutorial ist es egal, welchen UNO du verwendest. Mehr zu den Unterschieden findest du im Tutorial zum UNO R4.

Die Power-Pins

Über die Pins 5V und 3V3 versorgst du Bauteile mit Strom, je nachdem, ob sie 5 Volt oder 3,3 Volt benötigen. Die beiden Pins GND dienen als Minuspol bzw. Erde. Über VIN kannst du umgekehrt den Arduino selbst mit Strom versorgen, zum Beispiel aus einer Batterie.

Die Analog-Pins

Mit den sechs Analog-Pins A0 bis A5 misst du Signale, die sich kontinuierlich verändern: Spannungen zwischen 0 und 5 Volt. Ein Beispiel ist ein Temperatursensor, dessen Ausgangsspannung steigt oder fällt, wenn es wärmer oder kälter wird. Ein Analog-Digital-Konverter im Arduino wandelt diese Spannung in eine Zahl von 0 bis 1023 um.

Die Digital-Pins

Auf der anderen Seite des Boards sitzen die Digital-Pins. Für deine Projekte nutzt du die Pins 2 bis 13. Pin 0 und 1 (RX/TX) sind für die serielle Kommunikation reserviert. Digital-Pins kennen nur zwei Zustände: Null und Eins, also aus und an. Damit schaltest du zum Beispiel eine LED oder ermittelst, ob ein Button gedrückt wurde.

Einige Digital-Pins sind mit einer Tilde (~) gekennzeichnet. Über sie kannst du ein sich veränderndes Signal ausgeben und so zum Beispiel eine LED dimmen. Der Fachbegriff hierfür heißt Pulsweitenmodulation (PWM).

Stromversorgung und Reset

Meistens versorgst du deinen Arduino über die USB-Buchse mit Strom. Hierüber lädst du auch deine Programme hoch. Soll dein Projekt ohne Computer laufen, schließt du einen 9V-Block an die runde Buchse daneben oder an VIN und GND an. Mit dem Reset-Knopf startest du das Programm im Speicher des Arduinos neu.

Die Arduino IDE installieren

Programmiert wird dein Arduino mit der Arduino IDE (Integrated Development Environment). Du kannst mit ihr zahlreiche Microcontroller programmieren und Bibliotheken für Sensoren und Displays verwalten. Angenehm für den Einstieg: Sie verbirgt vieles, was am Anfang noch nicht wichtig ist.

Die Arduino IDE gibt es für Windows, macOS und Linux. Die aktuelle Version findest du auf der offiziellen Download-Seite. Lade die Datei herunter, starte sie und folge den Anweisungen.

Den UNO R4 in der IDE installieren

Der UNO R3 ist bereits in der Arduino IDE enthalten. Wenn du einen UNO R4 besitzt, sind vorher ein paar Handgriffe nötig: Klicke im Menü links auf die Board-Verwaltung und trage im Suchfeld UNO R4 ein. Installiere dann das Paket Arduino UNO R4 Boards.

Schließe deinen Arduino nun per USB an und wähle ihn oben im Fenster im Menü für Board und Port aus.

Die wichtigsten Buttons

Nach dem Start öffnet sich ein Fenster für deinen Code, in der Arduino-Welt Sketch genannt. Diese Funktionen der IDE wirst du immer wieder brauchen:

Überprüfen: prüft deinen Code auf Fehler. Findet die IDE einen, markiert sie die Zeile rot und zeigt unten eine Fehlermeldung.
Upload: lädt deinen Sketch auf den Arduino. Vorher wird der Code immer überprüft.
Board: hier wählst du deinen Microcontroller und den Port aus.
Serieller Monitor: zeigt Daten und Meldungen, die dein Arduino an den Computer schickt.
Board-Verwaltung: hier installierst du weitere Boards wie den UNO R4 oder den ESP32.
Bibliotheken: ein Verzeichnis aller Bibliotheken, die du mit einem Klick installieren kannst.

Im unteren Bereich des Fensters siehst du Hinweise und Fehlermeldungen. Praktisch ist der Button Fehlermeldungen kopieren: Die kopierte Meldung kannst du direkt in eine Suchmaschine oder eine KI geben. Beide sind beim Programmieren oft der beste Freund.

Dein erster Sketch: Setup und Loop

Sobald du einen neuen Sketch anlegst, siehst du immer dasselbe Grundgerüst:

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:

}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:

}

In der Arduino IDE programmierst du in C++. setup() und loop() sind zwei Funktionen. Mit Funktionen strukturierst du deinen Code, indem du ihnen voneinander getrennte Aufgaben zuweist. Der Typ void bedeutet, dass die Funktion nichts weiter tut, als den Code zwischen ihren geschweiften Klammern auszuführen.

Setup: Dieser Code läuft genau einmal nach dem Start. Hier legst du zum Beispiel fest, ob ein Pin Signale sendet oder empfängt.
Loop: Dieser Code wird ständig wiederholt. Dein Arduino führt ihn Zeile für Zeile aus und beginnt am Ende wieder von vorne.

Achte darauf, dass jede öffnende Klammer { ein schließendes Gegenstück } hat. Solltest du eine vergessen, weist dich die IDE vor dem Hochladen darauf hin.

Lass die LED deines Arduinos blinken

Zeit für dein erstes Programm! Auf deinem Arduino UNO sitzt eine kleine interne LED, die du jetzt blinken lässt. Erstelle über Datei > Neuer Sketch einen leeren Sketch und trage in die Setup-Funktion folgende Zeile ein:

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

Die Funktion pinMode() legt die Richtung eines Pins fest: Entweder sendet er ein Signal (OUTPUT) oder er empfängt eines (INPUT). Sie erwartet zwei Parameter zwischen den runden Klammern: den Pin und die Richtung. Die interne LED heißt im Sketch LED_BUILTIN. Da der Arduino ihr Signale sendet, ist die Richtung OUTPUT.

Hinweis: Jede Zeile, die nicht mit einer geschweiften Klammer endet, schließt du mit einem Semikolon ab. Sonst lässt sich dein Sketch nicht hochladen.

Blinken ist nichts anderes als Licht an, kurz warten, Licht aus, kurz warten – und wieder von vorne. Die Wiederholung übernimmt der Loop. Dafür brauchst du zwei weitere Funktionen:

digitalWrite() sendet über einen Pin das Signal HIGH (an) oder LOW (aus).
delay() hält das Programm an. Die Dauer gibst du in Millisekunden an, delay(1000) wartet also eine Sekunde.

Ohne die Pausen würde die LED so schnell an- und ausgehen, dass es aussieht, als leuchte sie durchgehend. Der vollständige Sketch:

void setup() {
  // läuft einmal nach dem Start
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // wird ständig wiederholt
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

Lade den Sketch mit einem Klick auf Upload auf deinen Arduino. Blinkt die LED? Dann spiele etwas mit den Werten in delay() herum. Zur Übung kannst du sogar morsen, indem du die LED unterschiedlich lang aufleuchten lässt.

Noch ein Blick auf die Zeilen mit den zwei Schrägstrichen //: Das sind Kommentare. Dahinter notierst du, was in diesem Teil des Codes passiert. Der Arduino ignoriert sie.

Das Breadboard

Jetzt wird es Zeit für etwas mehr Hardware. Bauteile verbindest du am einfachsten auf einem Breadboard (Steckplatine): Du steckst sie einfach hinein. Unter den Löchern verlaufen leitfähige Leisten.

Außen: Oben und unten verlaufen zwei Leisten quer über das ganze Board, meist mit + und – gekennzeichnet. Sie verbindest du mit 5V und GND deines Arduinos und holst dir von dort Strom für deine Bauteile.
Innen: Im Zentrum sind jeweils die fünf Löcher einer Reihe miteinander verbunden.
Mitte: Eine Brücke teilt das Board in zwei getrennte Bereiche, über die kein Strom fließt.

Eine LED anschließen

Für deine erste Schaltung brauchst du eine LED, einen Widerstand mit 220 Ω, das Breadboard und drei Kabel. Orientiere dich beim Aufbau an dieser Skizze:

Eine LED hat zwei verschieden lange Beine. Das längere ist die Anode (Pluspol), das kürzere die Kathode (Minuspol). Verbinde die Anode über den Widerstand mit Digital-Pin 9 und die Kathode mit GND.

Den Widerstand darfst du nicht weglassen. Eine LED kann ihren Stromverbrauch nicht selbst regulieren: Ohne Vorwiderstand zieht sie immer mehr Strom, wird heißer und brennt schließlich durch. Mit 220 Ω fließen rund 14 mA. Damit bleibst du unter der Grenze von 20 mA und die LED leuchtet trotzdem gut sichtbar. Wie du den Wert selbst ausrechnest, liest du im Tutorial So berechnest du den Vorwiderstand einer LED.

Die LED mit einem Sketch steuern

Auch diese LED soll blinken, diesmal aber anfangs schnell und dann immer langsamer. Dafür brauchst du zwei Variablen, die du ganz oben im Sketch anlegst. So sind sie überall im Sketch verfügbar:

const int ledPin = 9;
int pause = 0;

ledPin speichert den Pin, an dem die LED hängt. Da sich dieser Wert nie ändert, steht das Schlüsselwort const davor: Die Variable ist damit eine Konstante und kann nicht versehentlich überschrieben werden. pause bestimmt, wie lange die LED aus bleibt. Dieser Wert wächst mit jedem Durchlauf des Loops um 50 Millisekunden.

const int ledPin = 9;
int pause = 0;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(ledPin, LOW);

  pause += 50;   // Kurzform für: pause = pause + 50;
  delay(pause);
}

Lade den Sketch auf deinen Arduino. Wenn alles richtig angeschlossen ist, blinkt die LED anfangs schnell. Mit der Zeit werden die Abstände größer und das Blinken langsamer.

Wie geht es weiter?

Du kennst jetzt dein Board, die Arduino IDE, das Grundgerüst eines Sketchs und das Breadboard. Damit bist du bereit für deine ersten Projekte. Als Nächstes kannst du deinem Arduino mit einem Piezo Töne entlocken oder dir einen elektronischen Würfel bauen.