{"id":68174,"date":"2023-01-18T08:00:29","date_gmt":"2023-01-18T07:00:29","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/opis-wyprowadzen-do-arduino\/"},"modified":"2023-08-18T15:49:15","modified_gmt":"2023-08-18T13:49:15","slug":"beschreibung-der-anschluesse-fuer-den-arduino","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.de\/blog\/beschreibung-der-anschluesse-fuer-den-arduino\/","title":{"rendered":"Beschreibung der Anschl\u00fcsse f\u00fcr den Arduino"},"content":{"rendered":"Lesezeit<\/span> 6<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
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Arduino-Minicomputer bieten ihren Nutzern eine Vielzahl von M\u00f6glichkeiten, und das macht sie ideal f\u00fcr viele verschiedene und interessante Projekte. Dieser Artikel beschreibt die Funktionen der verschiedenen Pins des Arduino UNO R3-Boards<\/a>, das auf dem 8-Bit-Mikrocontroller AVR ATmega328P basiert.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - \u00dcbersicht \u00fcber die Anschl\u00fcsse<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Die meisten Arduino-Modelle<\/a>, darunter auch das beliebteste, das Arduino UNO R3<\/a>, sind mit einem 8-Bit-AVR-Mikrocontroller ATmega328P ausgestattet. Die Pfade auf der Platine wurden so verlegt, dass sie Verbindungen zwischen den Mikrocontroller-Leitungen und den Stiftleisten bilden, so dass<\/b> wir die Arduino-Platine mit externen Ger\u00e4ten verbinden k\u00f6nnen, z. B. Arduino Shield Module (z.B. Kommunikationsmodule), sowie einzelne Komponenten wie LEDs, Transistoren, Sensoren, Potentiometer und andere. Die Pinbelegung des Arduino UNO R3 umfasst 14 digitale Pins, sechs analoge Pins, sowie Stromanschl\u00fcsse, einen USB-Anschluss und einen Anschluss f\u00fcr einen optionalen externen USB-ASP-Programmierer. Die Pinbelegung der Arduino UNO R3 Platine ist in der Abb. dargestellt. 1.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Abb. 1 – Pinbelegung (pinout) auf der Original Arduino UNO R3 Platine<\/span><\/em><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - Stromversorgung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Wie jedes andere elektronische Ger\u00e4t ben\u00f6tigt auch das Arduino-Board eine Versorgungsspannung, um zu funktionieren. Die Stromversorgung des Arduino UNO R3 kann auf drei Arten erfolgen.<\/b><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Die erste M\u00f6glichkeit besteht darin, einen externen Netzadapter an eine 5,5-mm-\/2,1-mm-Buchse anzuschlie\u00dfen<\/b>. Die empfohlene Ausgangsspannung liegt zwischen 7 V und 12 V DC. Eine gleichgro\u00dfe Versorgungsspannung kann auch von der Stromversorgung an die Kontaktplatten oder ein anderes \u00e4hnliches Modul geliefert werden<\/b>, indem sie an den ‘VIN’-Pin angeschlossen wird. Die Stromversorgung kann auch \u00fcber den integrierten USB-Typ-B-Anschluss<\/b> erfolgen – unabh\u00e4ngig davon, ob der Arduino an einen Host-Computer angeschlossen ist oder \u00fcber ein Smartphone-Ladeger\u00e4t mit Strom versorgt wird. <\/p>\n

Die Art der Stromversorgung sollte entsprechend dem Strombedarf der Anwendung<\/b>, die Sie auf der Grundlage des Arduino-Boards entwickeln, ausgew\u00e4hlt werden. Der ‘VIN’-Pin ist \u00fcber eine Gleichrichterdiode mit dem Plus der Stromversorgung verbunden, was eine Besch\u00e4digung des Moduls bei Anlegen einer Verpolungsspannung verhindert. Das USB-Netzteil hingegen liefert einen maximalen Ausgangsstrom von 500 mA. Die Arduino-Pins k\u00f6nnen je nach den Spezifikationen der externen Hardware entweder mit 3,3 V oder 5,0 V betrieben werden (‘3V3’- bzw. ‘5V’-Pins).<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Unabh\u00e4ngig von der gew\u00e4hlten Stromquelle muss der Stromkreis \u00fcber GND geschlossen werden<\/b> – auf der Arduino-Platine gibt es f\u00fcnf “GND”-Leitungen, die galvanisch miteinander verbunden sind. Andererseits unterbricht der “RESET”-Pin, wenn er mit Masse kurzgeschlossen wird (z. B. mit einem On-Board-Taster), vor\u00fcbergehend die Stromversorgung und startet den Arduino neu. Auf der Platine befindet sich auch der Pin ‘IOREF’, an den die Referenzspannung angelegt wird, mit der der Mikrocontroller arbeiten soll.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - analoge Pins<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Die analogen Pins des Arduino (‘A0’ – ‘A5’) sind \u00fcber einen Multiplexer mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers verbunden, der ein integraler Bestandteil des ATmega328P Mikrocontrollers ist. Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) erm\u00f6glicht die Umwandlung von Spannungen (Analogsignal) im Bereich von 0V-5V in eine digitale Form, ausgedr\u00fcckt in Bits. Die Aufl\u00f6sung des ADC im Arduino betr\u00e4gt 10 Bit. Das bedeutet, dass die Anzahl der Spannungsquantisierungsstufen am Eingang des Wandlers 1024 betr\u00e4gt (nimmt Werte von 0-1023 an) und die Spannung mit einer Aufl\u00f6sung von 4,89mV gemessen wird.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Wir k\u00f6nnen die Aufl\u00f6sung auch erweitern, indem wir eine Spannung von weniger als 5 V an den ‘AREF’-Pin anlegen, an den eine Referenzspannung angelegt werden sollte<\/b>, in Bezug auf die der Wandler die Spannung an den ihm zugef\u00fchrten Eing\u00e4ngen misst. Die Abtastfrequenz des ADC hingegen liegt bei ca. 9600Hz, was bedeutet, dass wir den DAC-Eingang mit einem Signal f\u00fcttern k\u00f6nnen, das einwandfrei in eine digitale Form umgewandelt wird, solange die h\u00f6chste in seinem Spektrum enthaltene Frequenz die H\u00e4lfte der Abtastfrequenz des ADC im Arduino nicht \u00fcberschreitet, d.h. nicht mehr als 4800Hz. Typische Anwendungen f\u00fcr den ADC a Arduino sind analoge Sensoren, Potentiometer sowie die Steuerung von Sprachbefehlen \u00fcber Mikrofon (VoIP), die \u00fcber das Internet an ein anderes Ger\u00e4t gesendet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - digitale Pins<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Der Arduino Uno hat 14 digitale Pins (‘D0’ – ‘D13’), die als Eing\u00e4nge oder Ausg\u00e4nge konfiguriert werden k\u00f6nnen<\/b>, wobei der digitale Pin ‘D13’ mit einer On-Board-LED verbunden ist, mit der die korrekte Funktion des Boards \u00fcberpr\u00fcft werden kann, z.B. mit einem kurzen Programmcode, der das zyklische Blinken der LED steuert. Die maximale Strombelastbarkeit eines einzelnen digitalen Pins betr\u00e4gt 20 mA. Digitale Pins arbeiten mit logischen Zust\u00e4nden<\/b>, die einen Bit-Wert darstellen – ein niedriger Zustand steht f\u00fcr ein Null-Bit und ein hoher Zustand f\u00fcr ein Ein-Bit. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Wenn die digitalen Pins am Arduino als Ausg\u00e4nge eingestellt sind, betr\u00e4gt die Spannung f\u00fcr den niedrigen Zustand normalerweise 0 V und f\u00fcr den hohen Zustand 5 V. Sind die digitalen Pins dagegen als Eing\u00e4nge konfiguriert, die Signale von externen Ger\u00e4ten empfangen, werden die einzelnen Logikpegel durch Spannungsbereiche definiert. So interpretiert der Arduino eine Eingangsspannung zwischen 0,0V und 0,8V als einen niedrigen Zustand (‘0’) und zwischen 2,0V und 5,0V als einen hohen Zustand (‘1’). Der Bereich von 0,8V bis 2,0V zeigt dagegen einen verbotenen Zustand an, in dem keine \u00c4nderung des logischen Zustands zul\u00e4ssig ist.<\/span><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - digitale Pins mit Funktion zur Erzeugung von PWM-Wellenformen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Zus\u00e4tzlich zu ihrer Standardfunktionalit\u00e4t k\u00f6nnen die digitalen Pins “D3”, “D5”, “D6″, D9”, “D10” und “D11” zur Erzeugung einer PWM-Wellenform<\/b> (Rechteckwellenform mit variablem F\u00fcllfaktor) verwendet werden. Standardm\u00e4\u00dfig ist die Frequenz des PWM-Signals im Arduino<\/a> auf etwa 490 Hz eingestellt. Der F\u00fcllfaktor hingegen bestimmt, wie lange w\u00e4hrend einer einzelnen Periode ein Low-Zustand an einem digitalen Pin im PWM-Modus auftritt und bestimmt den Durchschnittswert des Signals \u00fcber die gesamte Periode. <\/p>\n

Betr\u00e4gt das Tastverh\u00e4ltnis des am Stift ‘D3’ erzeugten PWM-Signals beispielsweise 40 %, so betr\u00e4gt die durchschnittliche Spannung eines solchen Signals \u00fcber die gesamte Periode bei einer Spitzenspannung von 2V. Je h\u00f6her der Wert des F\u00fcllfaktors ist, desto h\u00f6her ist auch der Durchschnittswert der PWM-Wellenform \u00fcber die gesamte Periode<\/b>. Typische Anwendungen f\u00fcr das PWM-Signal in Arduino<\/a> sind Drehzahlregler f\u00fcr Elektromotoren, Helligkeitsregler f\u00fcr LED-Beleuchtung und Musiksyntheseger\u00e4te.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - Kommunikationspins - UART-Schnittstelle<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Um mit externen Ger\u00e4ten zu kommunizieren, verwendet der Arduino mehrere verschiedene Kommunikationsprotokolle<\/b>. Eines davon ist das Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART)-Protokoll. Es handelt sich um ein serielles Protokoll, das \u00fcber die digitalen Pins “D0” (“RX” – Empf\u00e4nger – empf\u00e4ngt Signal von externem Ger\u00e4t) und “D1” (“TX” – Sender – sendet Signal an externes Ger\u00e4t) realisiert wird. Diese Schnittstelle erm\u00f6glicht die Kommunikation mit externen Modulen sowie mit dem Computer – sie ist mit dem USB-Anschluss verbunden.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Arduino - Kommunikationspins - SPI-Schnittstelle<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Eine weitere Schnittstelle, die der Arduino f\u00fcr die Kommunikation mit externen Ger\u00e4ten verwendet, ist SPI (engl. Serial Peripheral Interface), ein serielles Protokoll, das es einem Mikrocontroller erm\u00f6glicht, mit einem oder mehreren Ger\u00e4ten<\/b>zu kommunizieren, und auch die synchrone Kommunikation mit einem anderen Mikrocontroller<\/b>in einer Master-Slave-Topologie erm\u00f6glicht, bei der der Master der Master und der Slave der Slave ist, wobei der Mikrocontroller in der Standardtopologie der Master ist. Der Arduino UNO R3<\/a> verf\u00fcgt \u00fcber folgende SPI-Schnittstellenpins:<\/p>\n