Arduino-Programmierung

Im folgenden Abschnitt wird die für das Programmieren eines Arduinos notwendige Syntax schrittweise, aber möglichst knapp vorgestellt.

Definition von Variablen

Variablen sind dafür da, um bestimmte Werte (Zahlen oder Zeichenketten) zu speichern und an einer oder mehreren anderen Stellen im Programm wieder abrufen zu können. Bei der Definition einer Variablen wie in Zeile 3 des obigen Programmbeispiels muss angegeben werden, welchen Datentyp die Variable speichern soll.

Typ Bits/Bytes Umfang Beschreibung
boolean 1 Bit 0 bis 1 Falsch oder Wahr
byte 1 Byte 0 bis 255 Natürliche Zahl
int 2 Bytes -32\,768 bis +32\,767 Ganze Zahl mit Vorzeichen
unsigned int 2 Bytes 0 bis 65\,535 Ganze Zahl ohne Vorzeichen
float 4 Bytes -3.4028235E+38 bis +3.4028235E+38 Rationale Zahl
double 8 Bytes 10E-308 bis 10E+308 Rationale Zahl mit doppelter Genauigkeit
char 1 Byte -128 bis 127 Ein einzelnes Zeichen (ASCII)

Im Unterschied zur Programmiersprache C können Variablen auch lokal, also innerhalb einer Funktion definiert werden; sie haben dann allerdings auch nur innerhalb dieser Funktion ihre Gültigkeit: Beispielsweise kann eine Variable, die innerhalb der setup()-Funktion definiert wurde, nicht innerhalb der loop()-Funktion verwendet werden. Erfolgt die Definition einer Variablen hingegen am Beginn der Datei (noch vor der setup()-Funktion), so kann diese in allen Programm-Teilen genutzt werden.

Ist der Datentyp einer Variablen (einmalig) festgelegt, so kann dieser mittels des Zuweisungs-Operators = ein neuer Wert zugewiesen werden.

Zeichenketten (“Strings”) lassen sich als Listen (“Arrays”) von char-Variablen abspeichern; die Syntax dafür lautet beispielsweise:

char string1[] = "Arduino";     // Definition einer konkreten Zeichenkette
char string2[50] ;              // Deklaration einer Zeichenkette
                                // (mit maximal 49 Zeichen)

Wird bei der Deklaration einer Zeichenkette die Länge mittels eines Zahlenwerts explizit angegeben, so muss beachtet werden, dass stets ein Zeichen weniger als angegeben genutzt werden kann, da jede Zeichenkette automatisch mit dem “String-Ende”-Zeichen \0 beendet wird.

Mehrere Zahlen lassen sich ebenfalls in Form einer Liste speichern; die Syntax hierfür lautet beispielsweise:

int numbers[5] = {0, 5, 10, 15};    // Definition eines Zahlen-Arrays

In einem Zahlen-Array können maximal genauso viele Werte gespeichert werden, wie bei der Deklaration beziehungsweise Definition angegeben wurden.

Standard-Funktionen

Operatoren

Kontrollstrukturen

... to be continued soon ...

INO: Arduino aus einer Shell heraus ansteuern (optional)

Die Arduino-IDE ist zwar einfach zu bedienen; wer allerdings einen so komfortablen Editor wie Vim in Kombination mit dem Vicle-Plugin und tmux gewohnt ist, der wird auf seine gewohnte Umgebung kaum verzichten wollen.

Unter Linux müssen hierfür folgende Pakete installiert werden:

sudo aptitude install picocom python-setuptools

sudo easy_install ino

Das Hauptprogramm, das die Kommunikation mit dem Arduino übernimmt, heißt Ino; momentan gibt es allerdings nur eine Variante für Python2. Hat man die obigen Pakete installiert, so kann man, wie im Quickstart-Tutorial (en.): ausführlich beschrieben, ein neues Projekt anlegen:

# Projekt-Ordner erstellen:
mkdir arduino-projekte

# In den Projekt-Ordner wechseln:
cd arduino-projekte

# Projekt initiieren:
ino init -t blink

Durch die obigen Anweisungen wird im Projekt-Ordner ein lib-Verzeichnis für mögliche externe Programm-Bibliotheken sowie ein src-Verzeichnis für den eigentlichen Quellcode des Projekts angelegt. In diesem Verzeichnis wird durch den Aufruf von ino init automatisch die Datei sketch.ino neu angelegt; durch die optionale Angabe von -t blink enthält diese Datei ein minimales Beispielprogramm; bei einem Aufruf von ino init ohne weitere Argumente enthält diese Datei lediglich eine leere setup() und loop()-Funktion als Template.

Um ein Arduino-Programm (häufig auch “Sketch” genannt) zu kompilieren, kann man im Projekt-Ordner folgendes eingeben:

# Projekt kompillieren:
ino build

Wurde der Kompilierungs-Vorgang erfolgreich durchlaufen, so kann man das Programm anschließend auf den Arduino hochladen:

# Projekt auf Arduino hochladen:
ino upload

Fertig! Wurde der oben optional gewählte Beispielcode blink nicht verändert, so beginnt die im Arduino am Pin 13 fest eingebaute LED zu blinken.

Möchte man ein anderes Arduino-Board als ein Arduino-UNO nutzen, so kann man die unterstützten Typen mittels ino list-models anzeigen und beispielsweise bei Verwendung eines Arduino Mega 2560 mittels ino build -m mega2560 als Ziel festlegen; das gleiche gilt für die Einstellung einen anderen seriellen Ports, der beispielsweise mittels ino upload -m mega2560 -p /dev/ttyACM1 festgelegt werden kann. Wie im Quickstart-Tutorial beschrieben, kann hierfür auch eine Konfigurations-Datei im Projektordner angelegt werden.

Weitere Hilfe zu Ino erhält man, indem man ino --help oder beispielsweise ino build --help für eine Beschreibung des Build-Subprogramms eingibt.

INO: Ausgabe des seriellen Monitors in einer Shell (optional)

Auch der so genannte “Serielle Monitor” ist über die Shell erreichbar. Um dies zu testen, kann man hierfür das Beispiel-Programm in der Datei src/sketch.ino durch folgenden Code ersetzen:

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
    Serial.println(millis());
    delay(1000);
}

Ruft man wiederum ino build und ino upload auf, so kann man sich anschließend über folgenden Aufruf die Ausgabe des seriellen Monitors anzeigen lassen:

# Programm kompillieren und hochladen:
ino build && ino init

# Seriellen Monitor starten
ino serial

Man bekommt mit dem obigen Beispielcode damit angezeigt, wie viele Millisekunden seit dem letzten Aufruf des seriellen Monitors vergangen sind. Der serielle Monitor kann durch die Tastenkombination Ctrl a Ctrl x wieder beendet werden.