Die große Arduino-Kursreihe

Kombiniere die Welt der Informatik mit der Elektronik

Ein interaktives Erlebnis

Durch den interaktiven Aufbau kannst du spielerisch leicht eigene Projekte entwickeln: Lerne in der Kursreihe alles, was du über den Mikrocontroller und seine Programmierung wissen musst und vertiefe die Inhalte im Projekt Space und der Arduino Spielwiese.

Warum Arduino?

Der Arduino ist ein Mikrocontroller, ein sogenanntes Entwickler-Board.

Leicht zu programmieren und bestens geeignet, um viele unterschiedliche Bauelemente anzuschließen und anzusteuern. Lerne, den Mikrocontroller zu programmieren und die unterschiedliche Bauelemente kennen und verstehen.

Es ist jedes Mal ein Erfolgserlebnis, wenn alles beginnt zu blinken und zu leuchten, genauso – wie du es programmiert hast.

Alles, was du brauchst

Hardware

Mit der richtigen Hardware machts einfach am meisten Spaß!

In deinem „Arduino-Starterset“ findest du einen Mikrocontroller sowie unterschiedliche Bauteile zum Anschließen und  Programmieren.

Zur Hardware - Info

In der Arduino-IDE schreibst du deinen eigenen Code und mit dem richtigen USB-Treiber bringst du alle Arduino-Boards zum Laufen.

Zur Software
Simulation

Lust sofort zu Starten?

Es gibt viele Simulationstools, die genauso funktionieren wie die Hardware: Vom Anschluss bis zur Programmierung.

Infos zum Tool

Eine Einführung zur Hardware, der Softwere und dem Simulationstool ThinkerCAD bekommst du im Starterkurs!

Die große Arduino-Kursreihe

Starterkurs

Dein Einstieg in die Welt des Mikrocontrollings! Lerne die Hardware kennen, schreibe deine ersten Programme und lege das Fundament für alle folgenden Kurse

Bonus-Lektion zu Starterkurs
Gerade am Anfang werden viele Fehler gemacht, was dazu führt, dass eure Programme nicht funktionieren. Dabei sind es immer dieselben kleinen Fehler, die spielend leicht zu korrigieren sind: Lerne damit umzugehen!

Aufbaukurs 1

Einzelne Codezeilen schreiben kannst du, jetzt geht es darum deinen Code zu strukturieren. Lerne mit praktischen Übungen Funktionen, Befehle und Kommentare in deinen Code einzubinden.

Aufbaukurs 2

Variablen sind in der Informatik nicht wegzudenken, für fast alle Programme ein muss. In einem ersten Schritt lernst du sie kennen und kannst dein Wissen direkt anwenden, um Noten mithilfe von Variablen zuzuweisen.

Aufbaukurs 3

Im Code den Wert einer Variable zu verändern oder vestzulegen wird als Zuweisung bezeichnet, mit Variablen zu rechnen allgemein als Rechenoperation. Damit umgehen zu können bedarf jedoch etwas Übung, zumindest zu Beginn.

Aufbaukurs 4

Steuere den Mikrocontroller mit einem Tastendruck.

All unsere bisherigen Programme waren rein zeitgesteuert, das gilt es zu ändern. Durch Kontrollstrukturen können wir unsere Programme lenken und mit Bauteilen wie dem Taster in laufende Programme eingreifen. 

Weitere Kurse in Entwicklung

Es geht gerade erst los: Folgende Themene werden im Laufe der nächsten Monate veröffentlicht:

Optik mit dem Arduino
Das Spiel mit Licht

Das Liquid Crystal Display
Die Welt anzeigen

Sensorik mit dem Arduino
Die Welt vermessen

Aktorik mit dem Arduino
Die Welt steuern

Diy Projekte
Löten und löten lernen

Projekt-Space

Die Erweiterung zur Kursreihe

In der Kursreihe lernst du mit den Mikrocontroller umzugehen.

Hier kannst du dein Können in hardwarenahen Projekten anwenden und die kreativsten, anspruchvollsten und lustigsten Projekte umsetzen. Dabei wirst du in jedem Projekt mit hilfreichen Tipps, Erklärungen und Lösungen unterstützt!

zum Projekt Space

Arduino-Lexikon

Deine Bauteile

Die Hardware auf einen Blick. Im Hardware-Lexikon findest du alles rund um die Bauteile: Vom Anschluss bis zur Ansteuerung. Das Lexikon wird von Kurs zu Kurs erweitert.

zum Lexikon

Entdecke deinen Mikrocontroller

Lerne deinen Arduino und seine Ansteuerungsmöglichkeiten kennen, klicke einfach die (4) Begriffe an.

Entwicklerboard
I/O-Pins (digital & analog)
Stromversorgung
Die Hardware "Arduino"

Arduino-Spielwiese

Spielerisch lernt sich immer noch a besten – egal ob Jung oder Alt. Entdecke die unterschiedlichsten Spiele und Knobeleien rundum das Themenfeld Mikrocontrolling, Mathematik, Informatik und Elektronik!

zur Spielwiese
Mikrocontroller - Memory
Modulo - Rechenrätsel
Algorithmen
Arduino - Puzzle

Der Arduino als Entwickler-Board

Der "eigentliche" Mikrocontroller

Die Pins (Pinheader), die Spannungswandler, der USB-Port und alles weitere dient dazu, dass wir mit dem Board experimentieren und viele Komponenten (LEDs, Piezo, Taster, ...) anschließen können.

M3-Bohrlöcher

Mit Abstandshaltern kann der Arduino (beispielsweise auf einer Platte) fest montiert werden. In den Kursen zu "Spiele mit dem Arduino" nutzen wir die Bohrungen, um uns das Spielfeld aufzubauen.

Pinheader (2,54mm), zum anschließen der Bauelemente.

Mehr über die Bauelemente und Jumper-Kabel erfärst du im Starterkurs, wenn wir uns die Hardware genauer ansehen.

Über den USB-Anschluss (USB-B) kannst du deinen Code auf den Mikrocontroller aufspielen.

Das USB-Interface

Wandelt die über die USB-Schnittstelle eingespeisten Signale in ein für den Arduino passendes Format um.

Wichtig: Es gibt unterschiedliche USB-Chipsätze! Die meist verbauten sind der ATmega16U2 und der CH340. Sollte dein Arduino nict richtig funktionieren, fehlt dir eventuell der passende Treiber (für den CH340-Chip): zum Download

Der Arduino ist ein sogenanntes Entwickler-Board.

Nebem den „eigentlichen“ Mikrocontroller gibt es auf dem Arduino noch viele weitere Elemente. Diese dienen alle dazu, dass du viele Bauteile (LEDs, Taster, Sensoren, …) anschließen kannst.

Die I/O-Pins am Arduino

Die digitalen Pins

Im Starterkurs nutzen wir die digitalen Pins beispielsweise zur Steuerung von Leuchtdioden, indem wir den Ausgang (Output) ein- oder ausschalten (um die LED entsprechend an- oder auszumachen). Später schließen wir einen Taster (ebenfalls an die digitalen Pins) an und können einlesen (Input), ob der Taster gerade gedrückt ist oder eben nicht. Durch die Funktion der Pins (Input/Output) kommt die Bezeichnung I/O-Pin.

onBoard-LED
Beschriftet mit "L"

Die meisten Arduinos haben zusätzlich eine On-Board-LED, die mit einem digitalen Pin (meistens Pin 13, sowie einem On-Board-Widerstand) in Reihe geschaltet ist. Die Stromstärke ist an Pin 13 auf 20mA begrenzt (und praktischer Weise ist direkt daeben ein GND-Pin), so dass hier eine externe LED direkt (ohne Vorwiderstand) angeschlossen werden kann.

Über diesen Pin können also gleichzeitig eine externe Leuchtdiode sowie die onBoard-LED programmiert werden.

Manche digitale Pins besitzen ein zusätzliches Symbol ~ (beispielsweise Pin 11). Hierbei handelt es sich um PWM-Pins.

Die Pulsweitenmodulation (kurz PWM) kann beispielsweise genutzt werden, um eine LED zu dimmen oder Servo-Motoren anzusteuern. Mehr zur Pulsweitenmodulation, dimmbaren Leuchtdioden und RGB-LEDs in “Optik mit dem Arduino.

Wichtig: Die digitalen Pins 0 und 1 sollten nicht als I/O-Pins (Eingabe/Ausgabe-Pins, beispielsweise für LEDs oder Taster) verwendet werden.

Die Pins dienen zum senden und empfangen von Daten

RX – Receive (Empfangen)
TX – Transmit (Senden)

Über die Pins (UART-Schnittstelle) können Daten von eurem PC und dem Arduino übertragen werden, ebenso können auf diese Weise auch 2 Boards miteinander verbunden werden. So können (laufende) Programme überwacht werden.

Neben den Pins 0 und 1 (TX/RX) gibt es auch 2 LEDs mit der selben Bezeichnung. Die beiden LEDs blinken, wenn Daten über den (seriellen) USB-Port auf den Mikrocontroller gespielt werden. Werden hingegen die Pins (TX/RX) genutzt, blinken sie nicht.

An den digitalen Pins liegt immer eine Spannung von 0V oder 5V an (digital bedeutet, dass es nur diese Werte „0 oder 5“ gibt).

Die analogen Pins

Mit diesem Pin kann der Referenzwert (für die analoge Eingänge am Mikrocontroller) eingestellt werden um den Messbereich einzugrenzen und so eine höhere Genauigkeit zu erzielen.

Wichtig: Immer nur Spannungen zwischen 0V und 5V für die externe Referenzspannung verwenden!

Mehr über den AD-Wandler und die verwendung von Sensoren findest du im Kurs "Sensorik mit dem Arduino".

Einige Board besitzen separate SDA- und SDL-Anschlüsse. Alternativ hierzu können auch die beiden analogen Pins A4 (SDA, serial data) und A5 (SDC, serial clock) verwendet werden.

I2C-Pins
Bei einem I²C-Bus werden Daten vom SCL (Serial Clock) und SDA (Serial Data) vom Master (dem Arduino) zu den angeschlossenen Slaves (beispielsweise ein LCD) übertragen.

Mehr hierzu im Kurs "Liquid Crystal Display" (unter dem Punkt I2C-Modul).

An die analogen Pins weren Sensoren angeschlossen.
Sie können alle Werte zwischen 0V und 5V einlesen (analog), die anschließend von dem AD-Wandler (Analog-Digital-Wandler) umgewandelt werden.

Vertauschte Welt

Alternativ können die analogen Pins auch als digitale Pins (mit fester Spannung) genutzt werden, um beispielsweise LEDs anzuschließen.

Im Beispiel aus dem Projekt Space nutzt die vierstellige 7-Segment-Anzeige bereits alle digitalen Pins (beim Arduino Uno), so dass die Taster an die analogen Pins angeschlossen werden müsse.

Anders herum können an die digitalen Pins auch Sensoren angeschlossen werden. Der Nachteil hier ist jedoch, dass nur Spannungen größer 2,5V (HIGH) und kleiner 2,5V (LOW) unterschieden werden können.

Strom und Spannung

Die Power-Pins

Diese GND-Pins werden als Masse (Referenzspannung 0V) verwendet. Auf dem Board gibt es mehrere GND-Pins, es ist egal, welcher verwendet wird!

Durch jedes Bauteil, das an den Mikrocontroller angeschlossen wird, fließt Strom. Schließt ihr beispielsweise eine LED an Pin 13 an, fließt der Strom aus Pin 13 -> durch die LED -> in GND.

Diese Pins (5V bzw. 3,3V) dienen zum Abgreifen einer definierten Spannung (5V bzw. 3,3V) und können mehr Strom liefern als die I/O-Pins (analoge und digitale Pins).

An dem 5V Pin wird später beispielsweise das LCD-Display angeschlossen. Alternativ können auch über diese Pins (da sie höhere Ströme ausgeben können) mehr als die im Folgenden beschriebenen 10 LEDs angeschlossen werden.

Auf allen Boards befindet sich ein Reset-Button. Wird dieser betätigt, startet der Mikrocontroller neu.

Alternativ hierzu, kann auch der RES-Pin auf Masse (GND) gezogen werden.
In späteren Kursen werden hierzu Taster (manuelle Betätigung) oder Transistoren (als “automatische Schalter”) verwendet, um das Board neu zu starten.

Reset-Button

Wie der Name bereits vermuten lässt, kann der Mikrocontroller über diesen Button neu gestartet werden, sodass der (dein) Code erneut (von Beginn an) ausgeführt wird.

An diesen Pins können (definierte) Spannungen angelegt oder abgegriffen werden. Sie dienen also zur Stromversorgung des Boards und der angeschlossenen Bauelemente.

Stromversorgung des Mikrocontrollers

Wir müssen hier zwischen 2 Begriffen unterscheiden

Betriebsspannung: 5V, die beispielsweise an allen digitalen Pins anliegen
Versorgungsspannung: Die Spannung, die der Mikrocontroller benötigt, um zu funktionieren.

USB-Port

Wird der Mikrocontroller mit dem USB-B-Kabel an den PC angechlossen, dient die USB-Buchse zur Stromversorgung und Datenübertragung.

2,1 mm DC-Anschluss

Alternativ könnt ihr das Board auch über die (runde) DC-Buchse mit Strom versorgen.
Die maximale Stromstärke, die angeschlossen werden darf, liegt bei 1A (Eingangsspannung 7-12V).

Wird beispielsweise mit eine Batterie-Clip eine 9V-Batterie angeschlossen, läuft das zuletzt auf den Mikrocontroller aufgespielte Programm.

Der Arduino kann auch über den VIN -Pin mit Strom versorgt werden. 

Denkt daran, dass ihr hier nicht nur den VIN-Pin, sondern auch GND mit eurer Spannungsquelle verbinden müsst.

Der Spannungsstabilisator erzeugt aus der Versorgungsspannung eine stabile Spannung von 5V (die Betriebsspannung).

Die Kondensatoren glätten die Versorgungsspannung.

Die empfohlene Versorgungsspannung liegt bei 7-12V.  Maximal können 20V angelegt werden, dies führt jedoch zur Erhitzung der Spannungsregler auf dem Mikrocontroller. (Das ist bei kurzen Zeiten nicht schlimm.)

Maximale Ausgabe

Der maximale Strom, den ein I/O-Pin liefern kann, liegt bei 40mA. Der Gesamtstrom aller I/O-Pins darf 200mA nicht überschreiten. Deshalb dürft nie mehr als 10 LEDs direkt an den Mikrocontroller angeschlossen werden! Die “Power-Pins“ (z.B. der 5V-Pin), können viel höhere Strome ausgeben: Anschluss über USB (bis 500mA), Anschluss mit einem Netzteil (bis 1000mA).

Die Hardware "Arduino"

Unterschiedliche Boards

Die Boards unterscheiden sich in der Anzahl der Pins (und haben etwas mehr bzw. weniger Leistung). Dar beliebteste Arduino ist der Arduino Uno.

Der USB-Chip

Wichtig zu Wissen ist auch, dass auf den (Clone-)Boards unterschiedliche USB-Chipsätze verbaut werden. Die meist verbauten sind der ATmega16U2 und der CH340. Sollte dein Arduino nict richtig funktionieren, fehlt dir eventuell der passende Treiber (für den CH340-Chip): zum Download

Arduino Mega
Arduino Uno
Arduino Micro
Ist mein Arduino ein "echter" Arduino?

Die kurze Antwort: Vermutlich nicht: Die Mehrzahl der Boards auf dem Markt sind sogenannte „Clone-Boards“. Das sind Arduinos (Boards) von anderen Herstellern als der Firma Arduino.

„Open Source“ heißt so viel wie „öffentlich“. Jeder kann sich also die Dateien ansehen, ändern und benutzen. Streng genommen bezieht sich das jedoch auf die Software und auch hier gibt es wiederum verschiedene Lizenzbedingungen zu beachten. Aber das lassen wir an dieser Stelle mal beiseite. Open-Source-Software (beispielsweise die Arduino-IDE) gibt es oft – die Hardware (Bau- und Schaltpläne, verwendete Komponenten und so weiter) werden meistens jedoch nicht veröffentlcht.

Die Arduino-Boards stehen ebenfalls unter der sogenannten Open-Source-Lizenz. Jeder kann sich also ansehen, wie das Board aufgebaut ist, welche Teile verbaut sind und wie sie verkabelt sind. So kann sich jeder sein eigenes Arduino-Board herstellen.

Die Marke "Arduino"

Es gibt „nur“ eine Sache zu beachten: Die Hersteller dürfen nicht Arduino auf die Board schreiben, der Name ist nämlich als Marke geschützt. Deshalb ist auf vielen Boards/Sets weder der Name „Arduino“ noch das offizielle Logo von der Firma zu finden. Achte bei deinem Arduino mal darauf.

Die verbauten Komponenten sowie die Handhabung sind bei vielen Klonen oft genauso gut wie beim Original. Natürlich gibt es auch hier chinesischen Billigprodukten, bei denen dies nicht zutrifft.