Der Arduino-Sketch
Der Sketch zur Abfrage des Tasters und Ansteuerung der LED sieht wie folgt aus:
int ledPin = 13; // LED-Pin 13 int tasterPin = 8; // Taster-Pin 8 int tasterStatus; // Variable für den Tasterstatus void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); // LED-Pin als Ausgang pinMode(tasterPin, INPUT); // Taster-Pin als Eingang } void loop() { tasterStatus = digitalRead(tasterPin); if(tasterStatus == HIGH) digitalWrite(ledPin, HIGH); else digitalWrite(ledPin, LOW); }
Den Code verstehen
Es ist zu erkennen, dass in diesem Sketch mit mehreren Variablen gearbeitet wird, die am Anfang erst einmal deklariert werden müssen. Die Erklärungen dazu befinden sich hinter den Deklarationen im Sketch als Kommentare.
Was ist bei einem digitalen Pin zu beachten?
Ein digitaler Pin arbeitet standardmäßig als Eingang und benötigt deswegen keine explizite Konfiguration über den Befehl pinMode, wie das hier zu sehen ist. Es erhöht jedoch die Lesbarkeit, wenn es trotzdem erfolgt. Es kann weggelassen werden, wenn der Speicherplatz einmal knapp werden sollte.
Werfen wir kurz einen Blick auf das Flussdiagramm:
Abb. 8: Das Flussdiagramm zur LED-Ansteuerung
Das Diagramm liest sich recht einfach. Wenn die Ausführung des Sketches in der loop-Endlosschleife angekommen ist, wird der Zustand des Taster-Pins kontinuierlich abgefragt und in der Variablen tasterStatus abgelegt. Die entsprechende Zeile lautet:
tasterStatus = digitalRead(tasterPin);
Je nach Rückgabewert erfolgt die Auswertung über eine Kontrollstruktur in Form einer if-else-Anweisung (Wenn-Dann-Sonst):
if(tasterStatus == HIGH) digitalWrite(ledPin, HIGH); else digitalWrite(ledPin, LOW);
Die if-Anweisung bewertet den in runden Klammern stehenden Ausdruck, der umgangssprachlich ungefähr so formuliert werden könnte: »Ist der Inhalt der Variablen tasterStatus gleich dem Wert HIGH? Falls ja, dann führe den Befehl aus, der der if-Anweisung unmittelbar folgt. Falls nicht, fahre mit der Anweisung fort, die der else-Anweisung folgt.« Das folgende Flussdiagramm erleichtert das Verständnis dieser Kontrollstruktur:
Abb. 9: Flussdiagramm zur if-else-Kontrollstruktur
Es gibt auch noch eine einfachere Variante dieser Kontrollstruktur, bei der der else-Zweig nicht vorhanden ist. Du siehst, dass ein Programmablauf nicht unbedingt geradlinig verlaufen muss. Es können Verzweigungen eingebaut werden, die anhand von Bewertungsmechanismen unterschiedliche Befehle oder Befehlsblöcke zur Ausführung bringen. Ein Sketch agiert nicht nur, sondern reagiert auf äußere Einflüsse, beispielsweise auf Sensorsignale.
Zuweisungsoperator kontra Gleichheitsoperator
Ein sehr häufiger Anfängerfehler ist die Verwechslung von Gleichheits- und Zuweisungsoperator. Der Gleichheitsoperator == und der Zuweisungsoperator = haben völlig unterschiedliche Aufgaben, werden aber häufig verwechselt. Das Heimtückische ist, dass beide Schreibweisen in einer Bedingung verwendet werden können und gültig sind.
Hier die korrekte Verwendung des Gleichheitsoperators:
if(tasterStatus == HIGH)
Nun die falsche Verwendung des Zuweisungsoperators:
if(tasterStatus = HIGH)
Aber warum erzeugt diese Schreibweise keinen erkennbaren Fehler? Ganz einfach: Es erfolgt eine Zuweisung der Konstanten HIGH (numerischer Wert 1) an die Variable tasterStatus. 1 bedeutet kein Nullwert und wird als true (wahr) interpretiert. Bei einer Codezeile, die if(true)... lautet, wird der nachfolgende Befehl immer ausgeführt. Ein numerischer Wert 0 wird in C/C++ als false (falsch) angesehen und jeder von 0 verschiedene als true. Derartige Fehler haben es in sich und es muss immer wieder sehr viel Zeit darauf ver(sch)wendet werden, sie ausfindig zu machen.
Troubelshooting
Überprüf deine Steckverbindungen auf dem Breadboard, ob sie wirklich der Schaltung entsprechen.
Sind die LEDs richtig herum eingesteckt worden? Denk an die richtige Polung.
Hast du den Taster richtig angeschlossen?
Was haben wir gelernt?
Der Mikrocontroller des Arduino Uno verfügt über interne Pullup-Widerstände, die einen Wert von 20KΩ besitzen.
Diese Widerstände können entweder über eine Sequenz von pinMode- beziehungsweise digitalWrite-Befehlen oder über einen einzigen pinMode-Befehl mit den Modi INPUT_PULLUP oder INPUT aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden.
Über den Befehl digitalRead kann der Pegel eines digitalen Pins abgefragt werden.
Über Kontrollstrukturen wie if oder if-else kann Einfluss auf den Programmablauf genommen werden.
Bastelprojekt 4:
Blinken mit Intervallsteuerung
Im Bastelprojekt 1 zur Ansteuerung einer LED hast du gesehen, wie wir über die Verzögerungsfunktion delay eine Unterbrechung in der Ausführung des Sketches an der betreffenden Stelle hervorgerufen haben. Die angeschlossene LED an dem digitalen Pin blinkte in regelmäßigen Abständen. Eine solche Schaltung und Programmierung hat jedoch einen entscheidenden Nachteil, den wir zuerst erkennen und dann beheben wollen. Wir müssen die Blinkschaltung dazu ein wenig modifizieren und erweitern.
Drücke den Taster – und er reagiert
Was geschähe wohl, wenn du an einem anderen digitalen Eingang zusätzlich einen Taster anschließen würdest, um dann seinen Zustand kontinuierlich abzufragen? Wenn du diesen Taster drückst, soll zeitgleich eine weitere LED leuchten. Vielleicht ahnst du schon, worauf ich hinausmöchte. Solange die Sketch-Ausführung in der delay-Funktion gefangen ist, wird die Abarbeitung des Codes unterbrochen und der digitale Eingang kann demnach nicht abgefragt werden. Du drückst also den Taster und es passiert einfach nichts.
Was wir brauchen
Für dieses Bastelprojekt benötigen wir die folgenden Bauteile:
| Tabelle 1: Bauteilliste | |
| Bauteil | Bild |
|---|---|
| LED rot 1x |
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| LED gelb 1x |
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| Mikrotaster 1x |
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