Arduino Programmierung

Die Programmiersprache in welcher man beim Arduino entwickelt ist C++. Jedoch stehen einem nicht der volle Umfang der Sprache C++ zur Verfügung.
Auf dieser Seite möchte ich gerne eine kleine Referenz abbilden. Eine sehr ausführliche Referenz findet man auf der Seite https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage.

Aufbau eines Sketches

Ein Arduino Sketch ist immer mit mindestens dieser 2 Funktionen aufzubauen :

Die Funktion „setup“ wird einmalig beim Starten des Arduinos ausgeführt (bzw. jedesmall wenn der Resetknopf betätigt wird).

Hingegen die „loop“ Funktion wird wie der Name erahnen läßt dauerhaft ausgeführt. D.h. bei einem Arduino UNO mit 16MHz 16 MIPS (Millionen Instruktionen pro Sekunde).
diese geschwindigkeit wird jedoch durch die Verarbeitung von Daten und der kommunikation mit Sensoren und Modulen gebremst so das dieser Wert wohl nie erreicht werden kann.

Datentypen

Es stehen dem Entwickler folgende Datentypen zur Verfügung:

Datentyp Beschreibung Beispiel
long ganze Zahlen (-2⁹ bis 2⁹) long t = 3;
int ganze Zahlen (-32.768 bis 32.767) int i = 3;
float Gleitkommazahl (-3,4E+38 bis 3,4E+38) float t = 3.3;
String Zeichenkette (Zahlen, Buchstaben, Sonderzeichen) String value = „test“;
String value = String(„test“)
char  Zeichen char c = ‚A‘;

Array

Ein Array ist kein Datentyp, ein Array ist eine Möglichkeit für die Aufzählung von mehreren Werten zu einem Datentyp.
Hier ein Beispiel:

Zeile 2 initialisieren eines Arrays mit maximal 3 Werten und gleichzeitiger Zuweisung der Werte 1,2,3.
Zeile 3 entnehmen des ersten Wertes bei Position 0 des Arrays.
Zeile 4 entnehmen des ersten Wertes bei Position 1 des Arrays.
Zeile 5 entnehmen des ersten Wertes bei Position 2 des Arrays.

Die Aufzählung beginnt immer bei 0 d.h. 0,1,2,3……

Daten ändern

Die Daten in einem Array können nicht nur gelesen, sondern auch geschrieben werden.

Beliebte Fehler bei Arrays

Der Wertebereich des Arrays ist falsch dimensioniert.

Hier hilft uns der Kompiler der Arduino IDE weiter und gibt folgende Fehlermeldung aus (leicht eingekürzt):

Im Klartext heißt diese Fehlermeldung, es wurden zuviele Werte zugewiesen für ein int Array mit maximal 3 Werten.

Es wird versucht auf einen Wert zuzugreifen welcher nicht existiert.

Es wurde in der Zeile 2 ein Array mit 3 Werten erzeugt, jetzt versucht der Entwickler fälschlicherweise auf den vierten (nicht existenten) Wert zuzugreifen.
Der Kompiler wird dieses nicht als Fehler melden, da der Code syntaktisch Richtig ist. Zur Laufzeit jedoch wird dieses in einen Fehler enden.

Anders als bei Oracle Java oder C# wird hier keine Exception geworfen sondern ein Wert aus dem Speicher ausgegeben.

Arduino, Zugriff auf einen Array Index welcher nicht gesetzt ist.
Arduino, Zugriff auf einen Array Index welcher nicht gesetzt ist.

Die Größe eines Arrays ermitteln

Die Größe eines Arrays kann man mit der Funktion „sizeOf()“ ermitteln.
Es wird dieser Funktion das Array übergeben und man erhält die Größe des Arrays in Byte. D.h. wenn man ein Char Array übergibt wird man damit keine Probleme haben jedoch werden Integer und Float Werte anders im Speicher abgelegt dort muss man dann diesen Wert durch die Größe des Feldes nehmen.

Beispiel mit einem char[]

Beispiel mit einem int[]

Beispiel mit einem float[]

Erweitern eines Arrays

Ein einmal initialisiertes Array kann nicht in der Länge verändert werden d.h. wenn es mit max. 3 Positionen initialisiert wird kann kein 4. Element hinzugefügt werden.

In diesem Fall muss ein neues Array erzeugt werden welches 4 Positionen hat und die Daten aus dem 3 stelligen Array werden in dieses Kopiert und die 4. Position befüllt.

Umwandeln von Daten

Manchmal muss man Daten umwandeln um diese weiter verarbeiten zu können.

Möchte man eine Gleitkommazahl in ein String „packen“ so gibt der Compiler folgende Meldung aus:

Compilerfehler floatToString
Compilerfehler floatToString

Also wie bekommt man nun eine float Variable in ein String?

Man kann eine neue String Variable erstellen und dem „Konstruktor“ die float Variable als Parameter übergeben:

Das Ergebnis ist die Ausgabe von „3.30“

Arduino, Ausgabe einer Float Variable, Beispiel1
Arduino, Ausgabe einer Float Variable, Beispiel1

Funktion „round“

Das kaufmännische Runden von Gleitkommazahlen übernimmt die Funktion“round“. Dazu wird der Funktion als Parameter der zu rundene Wert übergeben und als Rückgabewert erhält man den kaufmännisch gerundeten Gleitkommawert.

Arduino, Ausgabe einer Float Variable, Beispiel2
Arduino, Ausgabe einer Float Variable, Beispiel2

Manchmal ist es jedoch wichtig die nachkomma stellen mitanzuzeigen aber trotzdem zu runden, dafür gibt es in der C++ Bibliothek „stdlib.h“ (welcher der Arduino IDE bereits beiliegt) eine passende Funktion.

Runden von Gleitkommazahlen mit „dtostrf“

Nehmen wir an wir wollen die Zahl „PI“ auf 6 Stellen nach dem Komma runden.

Zeile 8 erzeugen eines char Arrays für die spätere konvertierung. (Da ein String im eigentlichen nichts anderes wie ein char Array ist.)
Zeile 9 unser Ausgangswert welcher umgewandelt werden soll.
Zeile 10 Funktion zum umwandeln von double & float Werten nach String (siehe Referenz auf www.nongnu.org).
– erster Parameter ist der zu bearbeitende Wert
– zweiter Parameter sind die Stellen vor dem Komma
– dritter Parameter sind die Stellen nach dem Komma
– vierter Parameter ist das char Array in welches der Wert geschrieben wird
Zeile 11 Zuweisung des char Arrays auf die neue String Variable.
Zeile 12 Ausgabe des gekürzten Wertes

Arduino, Ausgabe einer Float Variable, Beispiel2
Arduino, Ausgabe einer Float Variable, Beispiel2

Funktionen

Namenskonvention

Eine Funktion sollte einen „für sich sprechenden Namen tragen“ d.h. wenn die Funktion ein Temperaturwert zurück liefert sollte die Funktion getTemperatur() lauten. Des Weiteren werden die Namen in Camelcase geschrieben, d.h. es werden die Wörter zusammengeschrieben aber jedes Wort beginnt mit einem großen Buchstaben.

Rückgabewerte

Eine Funktion kann einen Datentypen als Rückgabewert haben oder aber keinen (void).

Hier ein Beispiel für eine Funktion welche ein String als Rückgabewert hat:

Wenn jedoch kein Rückgabewert benötigt wird, so wird als Parameter der Funktion „void“ angegeben:

 

Fortsetzung folgt……