Der Arduino UNO

Der erste Arduino Microcontroller ist auch gleichzeitig der bekannteste: Arduino UNO. Seine Entwicklung begann im Jahr 2003 in Italien. Einige Studenten haben ihn hier zusammen mit dem Ziel entwickelt, einen günstigen und leicht programmierbaren Microcontroller für Bastler und Studierende zu entwickeln.

Und das mit Erfolg. Im Jahr 2005 erblickte der Arduino UNO das Licht der Welt – und es dauerte nicht lange, bis er die Herzen der Maker rund um den Globus erobert hatte.

Der erste Arduino-Prototyp
Der erste Arduino-Prototyp, Foto: Philliptorrone, Wikipedia

Auch heute ist es für viele immer noch der erste Microcontroller, den sie in Händen halten. Er ist erschwinglich im Original und noch erschwinglicher in einer Kopie. Außerdem bietet er Komfort beim Aufbau von Projekten und Programmieren. Lass uns zusammen einen Blick auf seine wichtigsten Features und Komponenten werfen.

Das Gehirn: ATmega328P

Kein Microcontroller ohne Microchip. Beim Arduino UNO ist dies der ATmega328P, der zentral in einem Sockel auf dem Arduino Board sitzt.

ATmega328P
Microchip ATmega328P

Auf diesem Chip landen deine Programme, die du hochlädst – wofür dir 32KB zur Verfügung stehen. Gemessen an modernen Speichermedien klingt das nach nichts, du wirst aber sehen, dass du damit schon unheimlich viel anfangen kannst.

Wenn du dir den ATmega328P genauer anschaust, siehst du, dass er 28 “Beinchen” – sogenannte Pins – hat. Von diesen Pins kannst du 23 programmieren. Wenn du deinen Arduino UNO umdrehst, erkennst du die Leiterbahnen, die unter anderem zu den Buchsen an den Seiten des Boards führen.

Wenn du hier also zum Beispiel eine LED in die Buchse A5 steckst, verbindest du sie dadurch mit dem entsprechenden Pin am Microchip.

Die wichtigsten Pins des Arduino UNO

Als nächstes werfen wir einen Blick auf die Pins, die wir im Verlauf des Kurses benötigen werden.

Arduino Uno Power- und Analog-Pins
Power- und Analog-Pins

Hier haben wir zunächst Pins, die mit Power gekennzeichnet sind. Die beiden Pins GND dienen als “Minuspol” oder “Erde”. Das heißt, du kannst hier beispielsweise die Kathode (Minus) einer LED anschließen, um den Stromkreis zu schließen, in dem sie sich befindet.

Eine LED am Arduino UNO
Eine LED am Arduino UNO

In der Skizze oben siehst du, dass die Anode (Plus) der LED über einen Vorwiderstand an 5 Volt angeschlossen ist. Ihr Minuspol führt direkt zu GND. Über LEDs und Widerstände lernst du später mehr.

Das führt uns direkt zu den beiden Pins 5V und 3V3. Hierüber kannst du – wie die LED oben – Bauteile mit Strom versorgen. Je nachdem, wie viel Spannung (Volt) sie benötigen, stehen dir hierfür entweder 5 Volt oder 3,3 Volt zur Verfügung. Die allermeisten Hobby-Bauteile wie Servo-Motoren, Sensoren etc. benötigen eine dieser beiden Spannungen.

Fehlt nur noch der Pin VIN. Hierüber kannst du den Arduino UNO mit Strom versorgen – das schauen wir uns aber in Kürze genauer an, wenn wir über die Stromversorgung sprechen.

Die Analog-Pins

Zunächst betrachten wir die Analog-Pins A0 bis A5. Mit diesen sechs Pins kannst du Signale “messen”, die sich kontinuierlich verändern können. Tatsächlich sind das sich verändernde Spannungen zwischen 0 und 5 Volt. Ein Beispiel ist ein Temperatursensor, der sein Ausgangssignal (also die Spannung) verändert, wenn es wärmer oder kälter wird.

Diese Spannung wird im Arduino von einem sogenannten Analog-Digital-Konverter (ADC) in eine entsprechende Zahl von 0 bis 1023 umgewandelt:

Simulation: Tinkercad

In der Simulation oben siehst du den Sensor TMP36 am Arduino UNO. Durch Anpassen der Temperatur verändern sich die Zahlen rechts. Die Analog-Pins sind also immer dann nützlich, wenn du ein veränderbares Signal messen möchtest – und nicht nur entweder eine Null oder eine Eins. Allerdings kannst du über die Analog-Pins kein veränderbares Signal ausgeben, das geht nur über einige der Digital-Pins – was uns direkt auf die andere Seite des Arduino UNO führt.

Die Digital-Pins

Hier findest du insgesamt 13 Digital-Pins. Allerdings stehen dir für deine Projekte nur die Pins 2 bis 13 zur Verfügung – Pin 0 und 1 sind für etwas anderes reserviert und können nicht programmiert werden.

Mit den Digital-Pins kannst du die Signale Null (Aus) und Eins (An) messen und ausgeben. Das bedeutet zum Beispiel, dass du eine LED über einen der Pins an- und ausschalten kannst. Oder messen kannst, ob eine Taste gedrückt wurde.

Einige der Digital-Pins sind mit einer Tilde (˜) gekennzeichnet. Über diese Pins kannst du das erreichen, was du vielleicht eher von den Analog-Pins erwartest hättest: Du kannst hierüber ein analoges, also sich veränderndes Signal ausgeben. Damit kannst du zum Beispiel eine LED mit unterschiedlicher Helligkeit leuchten lassen.

Der Fachbegriff hierfür heißt Pulsweitenmodulation (PWM). Hier erfährst du mehr zu diesem Thema.

Stromversorgung

Um seine Arbeit aufnehmen zu können, benötigt dein Arduino UNO vor allem eines: Strom. Hierfür stehen dir mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Zunächst die USB-Buchse – diese wrist du sicherlich am häufigsten verwenden, da du hierüber auch deine Programme auf den hochlädst. Der Arduino erhält seinen Strom dann von deinem PC oder Laptop.

Neben der USB-Buchse befindet sich noch ein weiterer Anschluss. Hierüber kannst du zum Beispiel einen 9V-Block anschließen. Damit machst du deinen Arduino unabhängig von einem Computer und kannst ihn transportieren.

Eine weitere Möglichkeit ist der Pin VIN, den wir oben schon kurz angeschaut haben. Auch hierüber kannst du eine oder mehrere Batterien anschließen. Ihren Pluspol verbindest du mit VIN, den Minuspol mit GND.

Den Arduino neu starten

Zuletzt werfen wir noch einen Blick auf einen Button, der sich auf deinem Arduino UNO neben der USB-Buchse befindet: den Reset-Knopf. Wenn du deinen Arduino neu starten möchtest, genügt ein Drücken dieses Buttons und sein Code fängt von vorne an.

Und das soll es vorerst gewesen sein. Du kennst nun die wichtigsten Komponenten deines Arduino UNO, die wir auch im weiteren Verlauf des Kurses verwenden werden.