Abb. 1: Die Ports des Arduino Uno
Die farbig markierten Ports sind mit den folgenden Pins verbunden:
Port B: Digitale Pins 8 bis 13
Port C: Analoge Eingänge (A0 bis A5)
Port D: Digitale Pins 0 bis 7
Da jeder der drei genannten Ports individuell programmiert werden kann, sind zusätzliche Register erforderlich, die für die Konfigurationen notwendig sind. Der kleine Buchstabe x wird später durch den benötigten Port ersetzt. Die Ports haben ebenfalls eine Datenbreite von acht Bits und lauten wie folgt:
DDRx (Data Direction Register): Definiert einen Pin entweder als Eingang (0) oder als Ausgang (1): read/write.
PORTx (Pin Output Value): Setzt den Pin-Status auf HIGH oder LOW: write.
PINx (Pin Input Value): Liest den Wert eines Pins: read only.
http://www.arduino.cc/en/Reference/PortManipulation
Die Programmierung eines Ports
Sehen wir uns die Sache einmal im Detail an, wobei ich nochmal erwähne, dass diese Art des Arbeitens schon in Richtung Fortgeschrittenenprogrammierung geht, doch zum tieferen Verständnis trägt dieses Wissen allemal bei. Werfen wir doch einmal einen Blick auf Port B mit den digitalen Pins 8 bis 13.
Abb. 2: Port B
An den Buchsen, die auch Header genannt werden, sind nicht alle Pins einem Port zugeordnet. Wir erkennen das hier an den kleinen diagonalen Kreuzen. Auf der Seite der Header befinden sich Beschriftungen, die Hinweis auf die Funktion geben, was in meinen Augen eine sehr nützliche und hilfreiche Sache ist. Die vier Anschlüsse von links gesehen können nicht für unsere Vorhaben verwendet werden, da sie dem I²C-Bus, der Spannungsversorgung und der Masse zugeordnet sind. Damit wir auf die digitalen Pins 8 bis 13 zugreifen können, müssen entsprechende Register vorbereitet werden. Doch zuvor sollten wir uns im Klaren darüber sein, welche Pins als Ein- und welche als Ausgänge arbeiten sollen. Wir machen es uns einfach und legen Folgendes fest:
Pin 8, 9 und 10: Eingänge
Pin 11, 12 und 13: Ausgänge
Ich habe anfangs schon die Register erwähnt, die zur Konfiguration und zur Ansteuerung der Ports verwendet werden. Auf der folgenden Abbildung 3 sehen wir zwei Register mit acht Bit Datenbreite, die diese Funktion übernehmen, wobei wir später in diesem Projekt noch die Bekanntschaft mit einem weiteren Register machen:
Abb. 3: Die Register DDRx und PORTx
Sie haben die Bezeichnung DDRx und PORTx. Fangen wir mit DDRx an, das für die Datenflussrichtung verantwortlich ist, wobei das x für den jeweiligen Port steht. In unserem Fall also DDRB. Wir wissen, dass Eingänge mit dem Wert 0 und Ausgänge mit dem Wert 1 konfiguriert werden.
Abb. 4: Die Konfiguration von Port B
Die Pfeile geben die Datenflussrichtung an und wir müssen die Programmierung, wie im nachfolgenden Sketch zu sehen, in die Entwicklungsumgebung eingeben. Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, was ich im letzten Bastelprojekt 1 bereits ausführlich dargestellt habe: Die setup-Funktion wird einmalig zum Sketch-Start ausgeführt und die loop-Funktion kontinuierlich in einer Endlosschleife:
void setup() { DDRB = 0b11111000; // Pin 8, 9, 10 als INPUT. Pin 11, 12, 13 als OUTPUT PORTB = 0b00111000; // Pin 11, 12, 13 auf HIGH-Pegel setzen } void loop() {/* leer */}
In diesem Beispiel befindet sich nur in der setup-Funktion der Quellcode, denn wir benötigen lediglich eine einmalige Ausführung und deswegen ist die loop-Funktion leer. Die Zuweisung eines Wertes an das jeweilige Register kann im Binärformat erfolgen, was die Sache in meinen Augen sehr vereinfacht, denn auf diese Weise ist sofort ersichtlich, wie die einzelnen Pins des Ports arbeiten. Durch das Vorangestellte 0b erreichen wir die Interpretation des nachfolgenden Wertes als Binärzahl:
DDRB = 0b11111000; // Entspricht dem Dezimalwert 248
Was wir brauchen
Für dieses Bastelprojekt benötigen wir folgende Bauteile:
| Tabelle 1: Bauteilliste | |
| Bauteil | Bild |
|---|---|
| LED grün 6x |
|
| Widerstand 330Ω 6x |
|
| Widerstand 10KΩ 3x |
|
| Mikrotaster 3x |
|
Der Schaltplan zur Ansteuerung der LEDs sieht wie folgt aus:
Abb. 5: Der Schaltplan mit 6 LEDs
Der Versuchsaufbau auf einem Arduino Discoveryboard könnte wie folgt aussehen:
Abb. 6: Der Versuchsaufbau mit sechs Leuchtdioden auf dem Arduino Discoveryboard
Auf diese Weise kann mit unterschiedlichen Werten in der Ansteuerung gespielt werden und das Ergebnis ist sofort ersichtlich. Es gilt zu beachten, dass lediglich die Pins 11, 12 und 13 als Ausgänge konfiguriert wurden. Der Aufbau zeigt jedoch sechs Leuchtdioden an den Pins 8 bis 13. Was muss geändert werden, damit alle sechs Leuchtdioden angesteuert werden können? Die Antwort ist sicherlich einfach. Doch halt! Was ist überhaupt eine Leuchtdiode und was ist bei der Ansteuerung zu beachten? Eine Leuchtdiode – auch kurz LED (Light Emitting Diode) genannt – ist ein Halbleiterbauelement, das Licht einer bestimmten Wellenlänge abgibt und abhängig vom verwendeten Halbleitermaterial ist. Wie der Name Diode schon vermuten lässt, ist beim Betrieb auf die Stromrichtung zu achten, denn nur in Durchlassrichtung sendet die LED Licht aus. Bei entgegengesetzter Polung geht die LED nicht kaputt, sie bleibt aber einfach dunkel. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass eine LED immer mit einem richtig dimensionierten Vorwiderstand betrieben wird. Andernfalls leuchtet sie einmal in einer beeindruckenden Helligkeit auf und dann nie wieder. Wie du den Wert des Vorwiderstands bestimmst, hast du schon im Bastelprojekt 1 gelernt.