Arduino verstehen und anwenden Teil 7: Schnittstellenpraxis – Kommunikation mit Laptop und PC

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Aus ELVjournal 06/2014     0 Kommentare
 Arduino verstehen und anwenden Teil 7: Schnittstellenpraxis – Kommunikation mit Laptop und PC

Inhalt des Fachbeitrags

  • Serielle Datenübertragung
  • Grundlagen der seriellen Kommunikation
  • Die serielle Schnittstelle am Mikrocontroller
  • Die Befehle zur Steuerung der seriellen Schnittstelle
  • Der Arduino geht auf Sendung: Übertragung von Daten vom Arduino an den PC
  • Der Arduino an der kurzen Leine: direkte Steuerung des Controllers mit dem PC
  • Ausblick
  • Empfohlenes Material
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Im siebten Teil der Artikelserie „Arduino verstehen und anwenden“ geht es um die Übertragung von Daten über Schnittstellen. Die zentrale Schnittstelle des Arduino ist das USB-Interface, über das jeder aktuelle Arduino verfügt.

Über die USB-Buchse wird der Arduino nicht nur mit Strom versorgt, sondern auch die gesamte Datenkommunikation läuft über diese Schnittstelle. Dabei sind zwei grundlegende Methoden zu unterscheiden:

  • Übertragung von Sketchen zum Arduino
  • Austausch von Daten zwischen PC und Arduino, während auf dem Prozessor ein Programm abläuft

In diesem Artikel werden die Funktion dieser Schnittstelle und ihre möglichen Anwendungen genauer behandelt.

Serielle Datenübertragung

Wenn Daten zwischen einem Mikrocontroller und einem PC ausgetauscht werden sollen, so ist dafür die serielle Schnittstelle noch immer das Mittel der Wahl. Dies mag in Zeiten der allgegenwärtigen USB-Schnittstelle etwas überraschen, und schließlich ist der Arduino ja auch über eine USB-Schnittstelle mit dem PC verbunden. Wenn man den Aufbau des Arduino-Boards aber etwas genauer betrachtet, so stellt man fest, dass der Mikrocontroller tatsächlich nur über eine klassische serielle Verbindung kommuniziert. Erst ein weiterer Baustein sorgt für die Umsetzung der RS232-Signale auf ein USB-kompatibles Format. In den früheren Arduino-Versionen wie dem Duemillenove wurde die Umsetzung von einem Spezialbaustein übernommen, dem FT232RL der Firma Future Technologies. Da der FT323RL verhältnismäßig teuer ist, wurde dieser Baustein beim aktuellen Arduino Uno durch einen zweiten AVR-Controller, den ATmega16U2, ersetzt. Dieser Controllertyp verfügt über eine integrierte USB-Schnittstelle und kann mittels einer speziellen Firmware USB-Signale in das RS232-Format umwandeln. Noch einen Schritt weiter ist der Arduino Leonardo. Hier wurde der Controllertyp ATmeg32U4 als Hauptcontroller eingesetzt. Dieser kann, wie der Mega16U4, ebenfalls direkt USB-Signale verarbeiten. Auch im Arduino Micro kommt dieser Chip zum Einsatz. Erst aufgrund der besonders kleinen Gehäusebauform des Chips konnte der Micro auf die Größe eines klassischen DIL-ICs reduziert werden. Die USB-Schnittstelle ist natürlich auch ein weiterer Grund für die große Beliebtheit der Arduino-Boards. Durch diese Schnittstelle kann der Arduino an praktisch jeden modernen PC oder Laptop problemlos angeschlossen werden. Der Anwender braucht sich um Schnittstellenwandler etc. keine Gedanken mehr zu machen. Aber auch wenn die RS232-Schnittstelle in der modernen PC-Technik praktisch ausgestorben ist, so ist sie doch in anderen Bereichen noch weit verbreitet. So ist RS232-Kommunikation noch sehr häufig in folgenden Anwendungen zu finden:

  • Externe GPS-Module, sogenannte „GPS-Mäuse“
  • Seriell angesteuerte LC-Displays
  • Messgerätetechnik
  • Industrielle Steuerungen etc.

Auch bei der Verbindung von einzelnen Mikrocontrollern untereinander spielt die serielle Schnittstelle noch eine große Rolle. Außerdem können gerade auch sehr preisgünstig erhältliche oder noch vorhandene ältere PCs mit RS232-Schnittstelle in Kombination mit Mikrocontrollern nutzbringend eingesetzt werden. Da hier meist keine sehr hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Rechners gestellt werden, bieten sich solche Rechner als „Terminaleinheiten“ für den Arduino an.

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