Mikrocontroller programmieren

Ein Mikrocontroller steckt in Waschmaschine, Fahrradtacho oder Ampel — ein kompletter kleiner Computer auf einem einzigen Chip.

• Prozessor:führt das Programm Befehl für Befehl aus, im Takt eines Taktgebers.
• RAM:Arbeitsspeicher für Variablen — verliert seinen Inhalt ohne Strom.
• Flash:Programmspeicher — das Programm bleibt auch ohne Strom erhalten.
• Pins:Ein- und Ausgänge; ein digitaler Pin kennt nur HIGH (5 V) und LOW (0 V).
• Arduino Uno:Platine mit dem Mikrocontroller ATmega328P: 16 MHz Takt, 2 KB RAM, 32 KB Flash (davon 0,5 KB für den Bootloader), 14 digitale Pins, eingebaute LED an Pin 13.
• Größenvergleich:Ein Laptop mit 16 GB RAM hat rund acht Millionen Mal so viel Arbeitsspeicher.

Ein Arduino-Programm heißt Sketch und wird in C++ geschrieben. Statt main gibt es zwei Funktionen:

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);         // Pin 13 als Ausgang
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);      // 5 V an Pin 13: LED an
  delay(200);                  // 200 ms warten
  digitalWrite(13, LOW);       // 0 V: LED aus
  delay(300);                  // 300 ms warten
}

• setup():läuft einmal nach dem Einschalten oder Reset — hier werden die Pins eingestellt.
• loop():wird danach endlos immer wieder aufgerufen.
• pinMode:pinMode(13, OUTPUT) macht Pin 13 zum Ausgang.
• digitalWrite:HIGH legt 5 V an den Pin, LOW 0 V.
• delay:delay(200) wartet 200 Millisekunden — in dieser Zeit tut der Controller nichts anderes.
• Hochladen:Die Arduino-IDE übersetzt den Sketch auf dem PC in Maschinencode für den ATmega328P und überträgt ihn per USB in den Flash. Danach läuft er auch ohne PC.

Ein Taster zwischen Pin 2 und GND schaltet die LED — dank INPUT_PULLUP ohne zusätzlichen Widerstand:

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT_PULLUP);    // Taster zwischen Pin 2 und GND
}

void loop() {
  if (digitalRead(2) == LOW) { // gedrückt = LOW
    digitalWrite(13, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(13, LOW);
  }
}

• INPUT_PULLUP:schaltet einen eingebauten Widerstand (etwa 20–50 kΩ) nach 5 V zu — der offene Pin liest sicher HIGH.
• Gedrückt:Der Taster verbindet Pin 2 mit GND → digitalRead(2) liefert LOW.
• Losgelassen:Der Widerstand zieht den Pin auf 5 V → HIGH. Die Logik ist also umgedreht.
• Periode:Beim Blinken wiederholt sich das Muster; eine Wiederholung dauert die Periodendauer \(T\).
• Frequenz:\(f\) gibt an, wie oft pro Sekunde sich das Muster wiederholt; Einheit Hertz: \(1\,\text{Hz} = 1\,\tfrac{1}{\text{s}}\).

Lies den Sketch und markiere auf der Zeitleiste jedes 250-ms-Kästchen, in dem die LED leuchtet (Klick oder Enter, Pfeiltasten wandern). Prüfen vergleicht, ▶ spielt 4 Sekunden auf dem Board ab.

Halte fest: Eine Periode ist ein kompletter Durchlauf von loop() — T ist die Summe aller Wartezeiten darin. A und B haben dieselbe Periode (1 s, f = 1 Hz), nur das Verhältnis von an zu aus unterscheidet sich; C blitzt zweimal pro Periode und hat T = 2 s.