3. Arduino - Digital Read Serial

Das Projekt „Arduino Digital Read Serial“ ist ein hervorragendes Beispiel, wie digitale Signale durch den Arduino Mikrokontroller gelesen und über die serielle Schnittstelle ausgegeben werden können. Lass uns mit diesem Projekt tief in diese Thematik eintauchen und die verschiedenen Aspekte dieser Funktionalität betrachten.

1. Einführung
2. Komponenten und Aufbau
3. Der „Arduino Digital Read Serial“-Sketch
4. Funktionsweise
6. Serielle Kommunikation
5. Digitale Signale und deren Bedeutung
7. Anpassungen und Erweiterungen
8. Praxisbeispiele
9. Fazit

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1. Einführung

Der „Arduino Digital Read Serial“-Sketch ist ein einfaches, aber mächtiges Beispiel, um die Grundkonzepte des digitalen Lesens und der seriellen Kommunikation zu verstehen. Diese beiden Konzepte sind in der Welt der Mikrocontroller-Programmierung allgegenwärtig und bilden die Grundlage für weitere Funktionalitäten in weit aus komplexeren Projekten und Anwendungen.

2. Komponenten und Aufbau

Um das Projekt „Arduino Digital Read Serial“ umzusetzen, benötigt man einige grundlegende Komponenten:

- Arduino Uno (oder ein anderes kompatibles Board, wie Arduino Nano)
- Ein Taster
- 10k Ohm Widerstand
- Steckbrett und Verbindungskabel

Der Aufbau mit diesen Komponenten sieht dann wie folgt aus:

Der Taster ist mit dem digitalen Pin 2 des Arduino verbunden, und ein Pull-Down-Widerstand wird verwendet, um ein stabiles Signal zu gewährleisten.

Was bedeutet Pull-Down-Widerstand?

Wie du im Schaltbild sehen kannst, ist der Pull-Down-Widerstand auf der Signalseite des Tasters (dort wo auch der Digitaleingang angeschlossen ist) und auf der anderen Seite mit dem Ground verbunden. Dadurch kann nach dem Loslassen des Tasters die noch anstehende Spannung von 5 V durch eine Stromfluss über den Pull-Down-Widerstand Richtung Ground abgebaut werden, sodass sich relativ schnell 0 V (also "LOW") einstellen werden. Würdest du diesen Widerstand nicht einbauen, würdest du über den Digitaleingang des Arduino vielleicht noch ein "HIGH" sehen können, obwohl du bereits den Taster losgelassen hast.

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3. Der „Arduino Digital Read Serial“-Sketch

Der eigentliche Sketch ist relativ einfach und kann wie folgt dargestellt werden:

int buttonPin = 2; // Der Taster ist mit dem digitalen Pin 2 verbunden
int buttonState = 0; // Variable zum Speichern des Tasterzustands
void setup() {
pinMode(buttonPin, INPUT); // Setze den Taster-Pin als Eingang
Serial.begin(9600); // Initialisiere die serielle Kommunikation mit 9600 Baud
}
void loop() {
buttonState = digitalRead(buttonPin); // Lese den Zustand des Tasters
Serial.println(buttonState); // Drucke den Zustand des Tasters auf die serielle Schnittstelle
delay(100); // Warte kurz, um die Lesbarkeit der Ausgabe zu verbessern
}

Zu finden ist dieser auch in der Arduino IDE. Gehe dazu auf „Datei“ > „Beispiele“ > „01.Basics“ und „DigitalReadSerial“ aus.

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4. Funktionsweise

Im Sketch „Arduino Digital Read Serial“ passiert Folgendes:

int buttonPin = 2; // Der Taster ist mit dem digitalen Pin 2 verbunden
int buttonState = 0; // Variable zum Speichern des Tasterzustands

Kopf-Bereich: Hier werden 2 Integer Variablen definiert: "buttonPin" definiert den angeschlossenen Pin am Taster (hier Pin 2), und "buttonState" definiert den Zustand des Taster mit "0" (nicht gedrückt) oder "1" (gedrückt)

void setup() {
pinMode(buttonPin, INPUT); // Setze den Taster-Pin als Eingang
Serial.begin(9600); // Initialisiere die serielle Kommunikation mit 9600 Baud
}

Setup-Funktion: Der Pin, an dem der Taster angeschlossen ist (hier Pin 2), wird als Eingang konfiguriert. Die serielle Kommunikation wird mit einer Baud-Rate (Kommunikationsgeschwindigkeit) von 9600 initialisiert, sodass Daten an den seriellen Monitor gesendet werden können.

void loop() {
buttonState = digitalRead(buttonPin); // Lese den Zustand des Tasters
Serial.println(buttonState); // Drucke den Zustand des Tasters auf die serielle Schnittstelle
delay(100); // Warte kurz, um die Lesbarkeit der Ausgabe zu verbessern
}

Loop-Funktion: Der Zustand des Tasters wird mit der digitalRead-Funktion gelesen und in die Variable "buttonState" geschrieben. Über die Funktion "Serial.println()" wird dann der Zustand über die serielle Schnittstellen ausgegeben, wobei da "ln" dafür sorgt, dass die Zustände immer in eine neue Zeile geschrieben werden. Die Verzögerungsfunktion "delay(100)" sorgt dafür, dass die Ausgabe im seriellen Monitor lesbar bleibt.

6. Serielle Kommunikation

Serielle Kommunikation ist eine Methode, um Daten bitweise über eine einzelne Leitung zu übertragen. Arduino Boards können die serielle Schnittstelle zum einen dazu verwenden, um über das USB-Kabel mit dem Computer zu kommunizieren, zum anderen aber auch zu anderen Mikrokontrollern oder anderen Elektronik-Komponenten zu kommunizieren, Stichwort "UART". Die serielle Schnittstelle ist besonders nützlich, um Daten von Sensoren zu überwachen oder Debugging-Informationen auszugeben. In diesem Sketch wird die serielle Schnittstelle verwendet, um den Zustand des Tasters an den "seriellen Monitor" zu senden.

Du fragst dich jetzt wahrscheinlich wie du den "seriellen Monitor" aufrufen kannst. Er ist bereits Teil der Arduino IDE und kann über „Werkzeuge“ > „Serieller Monitor“ oder über die Tastenkombination "Strg + Umschalttaste + M" aufgerufen werden.

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5. Digitale Signale und deren Bedeutung

Digitale Signale sind in der Elektronik allgegenwärtig. Ein digitales Signal kann nur zwei Zustände annehmen: HIGH (1) und LOW (0). Diese binären Zustände werden verwendet, um Informationen zu übertragen und verschiedene Arten von Schaltungen zu steuern. In diesem Beispiel repräsentiert der Taster ein digitales Signal, das entweder gedrückt (HIGH) oder nicht gedrückt (LOW) ist.

7. Anpassungen und Erweiterungen

Der „Digital Read Serial“-Sketch kann leicht angepasst und erweitert werden, um komplexere Aufgaben zu erfüllen:

- Debouncing: Mechanische Taster können bei Betätigung „prellen“, was bedeutet, dass sie mehrmals zwischen HIGH und LOW wechseln. Dies kann durch Software-Debouncing behoben werden.
- Mehrere Taster: Weitere Taster können hinzugefügt werden, um komplexere Eingabemöglichkeiten zu schaffen.
- Sensorintegration: Verschiedene Arten von Sensoren können integriert werden, um nützliche Daten über die serielle Schnittstelle (UART-Kommunikation) zu senden.
- Benutzerdefinierte Protokolle: Benutzerdefinierte Kommunikationsprotokolle können implementiert werden, um spezifische Datenformate zu verwenden.
8. Praxisbeispiele

Die Techniken, die in diesem Beispiel verwendet werden, finden sich in vielen praktischen Anwendungen wieder:

- Interaktive Projekte: Taster werden oft in interaktiven Projekten verwendet, um Benutzersteuerungen zu implementieren.
- Debugging: Serielle Kommunikation wird häufig zum Debuggen und Überwachen von Systemen verwendet.
- Datenprotokollierung: Sensoren können über die serielle Schnittstelle Daten an einen Computer senden, um diese zu protokollieren und zu analysieren.
9. Fazit

Das „Digital Read Serial“-Projekt illustriert die grundlegenden Konzepte des digitalen Lesens und der seriellen Kommunikation und zeigt, wie einfache Eingaben von Tastern verarbeitet und überwacht werden können. Es bietet eine hervorragende Grundlage für weiterführende Projekte und verdeutlicht, wie digitale Signale und serielle Kommunikation in der Welt der Mikrocontroller-Programmierung zusammenwirken.

Arduino bleibt ein mächtiges Werkzeug sowohl für Anfänger als auch für erfahrene Entwickler. Projekte wie dieses helfen, die Grundlagen der Elektronik und Programmierung greifbar und verständlich zu machen.

Du willst dich noch tiefer in die Thematik dieses Projektes einlesen? Dann schau mal hier.

https://smarthome-assistant.info/3-arduino-digital-read-serial/