Arduino (seit März 2015 auch Genuino) ist eine aus Soft- und Hardware bestehende Physical-Computing-Plattform. Beide Komponenten sind im Sinne von Open Source quelloffen. Die Hardware besteht aus einem einfachen E/A-Board mit einem Mikrocontroller und analogen und digitalen Ein- und Ausgängen. Die Entwicklungsumgebung basiert auf Processing und soll auch technisch weniger Versierten den Zugang zur Programmierung und zu Mikrocontrollern erleichtern. Die Programmierung selbst erfolgt in C bzw. C++, wobei technische Details wie Header-Dateien vor den Anwendern weitgehend verborgen werden und umfangreiche Bibliotheken und Beispiele die Programmierung vereinfachen. Arduino kann verwendet werden, um eigenständige interaktive Objekte zu steuern oder um mit Softwareanwendungen auf Computern zu interagieren (z. B. Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider, diversen Skriptsprachen, Terminal, vvvv etc.). Arduino wird beispielsweise auch an Kunsthochschulen genutzt, um interaktive Installationen aufzubauen.
Die Arduino-Hardware
Die Hardware eines typischen Arduinoboards basiert auf einem Atmel AVR-Mikrocontroller aus der megaAVR-Serie. Abweichungen davon gibt es unter anderem bei den Arduinoboards Arduino Due (ARM Cortex-M3 32-Bit-Prozessor vom Typ Atmel SAM3X8E), Yún, Tre, Gemma und Zero, wo andere Mikrocontroller von Atmel eingesetzt werden. Eine Besonderheit stellen zudem die Arduinoboards Yún und Tre dar, die zusätzlich zum Mikrocontroller einen stärkeren Mikroprozessor besitzen. Alle Boards werden entweder über USB (5 V) oder eine externe Spannungsquelle (7–12 V) versorgt und verfügen über einen 16-MHz-Schwingquarz. Es gibt auch Varianten mit 3,3 V-Versorgungsspannung und Varianten mit abweichendem Takt. Konzeptionell werden alle Boards über eine serielle Schnittstelle programmiert, wenn Reset aktiviert ist. Der Mikrocontroller ist mit einem Boot-Loader vorprogrammiert, wodurch die Programmierung direkt über die serielle Schnittstelle ohne externes Programmiergerät erfolgen kann. Bei älteren Boards wurde dafür die RS-232-Schnittstelle genutzt. Bei aktuellen Boards geschieht die Umsetzung von USB nach seriell über einen eigens entwickelten USB-Seriell-Konverter, basierend auf dem ATmega8u2. Zuvor wurde das mit dem populären Baustein FT232RL von FTDI realisiert. Die Version Arduino Leonardo verwendet als Prozessor den ATmega32u4, der die USB-Unterstützung nativ bereitstellt und sich damit auch als Tastatur oder Maus gegenüber einem PC ausgeben kann. Alle Arduinoboards, bis auf den Arduino Esplora, stellen digitale Input- und Output-Pins (kurz: I/O-Pins) des Mikrocontrollers zur Nutzung für elektronische Schaltungen zur Verfügung. Üblich ist auch, dass eine bestimmte Anzahl dieser Pins PWM-Signale ausgeben können. Zusätzlich stehen dem Benutzer eine bestimmte Anzahl an analogen Eingängen zur Verfügung. Für die Erweiterung werden vorbestückte oder teilweise unbestückte Platinen – sogenannte „Shields“ – angeboten, die auf das Arduino-Board aufsteckbar sind. Es können aber auch z. B. Steckplatinen für den Aufbau von Schaltungen verwendet werden.
Die Arduino-IDE
Arduino bringt eine eigene integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) mit. Dabei handelt es sich um eine Java-Anwendung, die für die gängigen Plattformen Windows, Linux und MacOS kostenlos verfügbar ist. Sie basiert auf der IDE von Processing, einer auf die Einsatzbereiche Grafik, Simulation und Animation spezialisierten Entwicklungsumgebung. Die Arduino-IDE bringt einen Code-Editor mit und bindet gcc als Compiler ein. Zusätzlich werden die avr-gcc-Library und weitere Arduino-Librarys eingebunden, die die Programmierung in C und C++ stark vereinfachen.
Der obligatorische erste Sketch
/* Blink Schaltet die Arduino eigene LED in einer Dauerschleife, jeweils eine Sekunde an und wieder aus. Die fest eingebaute LED wird über PIN 13 angesteuert. */ // Die Setup-Funktion läuft einmal wenn das Board mit Strom versorgt wird oder Reset gedrückt wird void setup() { // Pin 13 als Ausgabepin definieren. pinMode(13, OUTPUT); } // Die Funktion loop läuft als Dauerschleife bis das Board vom Strom genommen wird void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // Schaltet die LED an (HIGH) delay(1000); // 1000 Milisek warten digitalWrite(13, LOW); // Schaltet die LED aus (LOW) delay(1000); // wieder 1000 Milisek warten }
Hier wird das Programm erläutert...