Hardware


Arduino Yun

Der Raspberry Pi ist ein Minicomputer auf dem ein Linux zum Laufen gebracht werden kann. Also genau wie der Arduino ein schönes Spielzeug. Es gibt auch einige Projekte bei denen Arduino und Raspberry Pi miteinander verbunden werden. Die nahestehende Frage ist, warum nicht beides miteinander auf einer Platine verbinden. Bei Arduino Yun haben wir es auf der einen Seite mit einem Leonardo zu tun. Es gibt jedoch zusätzlich einen Linux-fähigen Teil, jedoch keinen echten Raspberry Pi. Dieser beinhaltet einen Atheros AR9331 Prozessor und eigenen 64 MB DDR2-Ram. Außerdem stehen Wifi und Lan dem Linux-System zur Verfügung. Ganz billig ist der Spaß jedoch nicht. Rund 70 Euro muss man schon hinlegen.

Arduino Esplora

Mit einem Arduino konnte man schon immer eine kleine Spielkonsole bauen, das war aber sehr mühselig und mit einiger Lötarbeit verbunden. Im Prinzip handelt es sich beim Esplora um einen Leonardo, allerdings kommt er mit einer ganzen Horde von Sensoren und Eingabemöglichkeiten daher:

  • Analoger Joystick
  • 3 Achsen-Beschleunigungssensor
  • 4 Taster
  • ein Mikrophon
  • ein Lichtsensor
  • ein Schiebepotenziometer
  • eine RGB-Leuchtdiode, wer schon mal ein solche eingelötet hat, der weiß dies zu schätzen
  • krach macht er auch, mit seinem Piezo Buzzer
  • mit einem TFT-Display kann er per Serial Peripheral Interface kommunizieren
  • wenn das nicht reicht, kann man mit Hilfe von je zwei Tinkerkit Aus- und Eingängen noch weitere Spielsachen anschließen

Die Verwendung von Shields ist aufgrund der Bauform nicht möglich. Allerdings kann man die SPI-Fähigkeiten des Boards für Erweiterungen nutzen. An den Rechner angeschlossen nutzt der Esplora seine Leonardoeigenschaften und wird zum Eingabegerät und fertig ist das Joypad. Leider ist es recht schwer einen zu bekommen. Wer nicht warten kann, kann dem Amzon-Link folgen und meiner Meinung nach recht viel Geld für einen Esplora ausgeben.


Der Arduino Due

Der Arduino Due ist die erste 32 Bit Variante des Originalherstellers. Wollte man bisher mehr Geschwindigkeit haben, musste man auf Clonehersteller zurückgreifen (z. B. ChipKit). Möglich macht dies die Verwendung des Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU. Wichtig genau wie beim ChipKit läuft der Due nur mit 3,3 V. Eine Spannung von 5V kann laut Hersteller den Due sogar beschädigen. Hier punktet der ChipKit, der zwar nur 3,3 V liefert aber 5 V aushält. Ebenfalls wie beim ChipKit sind dann nicht mehr alle Shields verwendbar. Aber im Gegensatz zum ChipKit kann das Verwenden eines Shields, welches 5 V zurück liefert sogar Schäden verursachen. Nimmt man diese Nachteile in Kauf, dann bekommt man für 40 Euro eine menge Hardware geliefert.
( aktueller Hinweis: Momentan ist der Due noch schwierig zu bekommen. Franzis bietet einen Clone an. Leider wirkt sich das Ganze auf den Preis aus.)
Die Daten im Einzelnen:

  • Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU 84 MHz
  • 96 kb SRam
  • 512 kb Flash Speicher
  • 54 digitale I/O Ports
  • 12 Analoge Ports
  • 12 PWM Ports (Erklärung siehe erste Schritte) Nr. 2-13
  • DMA Kontroller, dieser entlastet die CPU beim Zugriff auf den Speicher und mach dadurch das System schneller
  • 130 mA Ausgangsstrom an den I/O Ports, dies reicht für den ein oder anderen Gleichstrommotor
  • „ERASE“ Knopf, d.h., der Speicher kann gelöscht werden. Seit den neuen Tastatur- und Maus-Bibliotheken (ab Leonardo) ist dies ein nützlicher Rettungsanker (siehe Beschreibung Leonardo)
  • 12 Bit ADC macht das Messen nun um den Faktor 4 genauer.
  • 12 Bit DAC die Ausgabe von Sound oder die Verwendung des Arduinos als Funktionsgenerator wird präziser. Um den PWM Port in einer höheren Auflösung betreiben verwendet am die Funktion analogWriteResolution()
  • 2 USB Ports, diese verbessern die Debug Möglichkeiten und man kann die Maus- und Tastaturspielereien auch während der Arduino regulär angeschlossen ist, durchführen. Auch kann man eine zusätzliche externe Stromversorgung nutzen.
  • seit dem Leonardo wird der IOREF-Port verwendet um Shields die verwendete Spannung mitzuteilen, neue Shields sollten kompatibel sein (bitte nicht darauf verlassen)
  • Stromversorgung wie üblich von 7-12 V empfohlen und von 6-20 V kurzzeitig möglich
  • Can Bus, bisher ist dies nur über ein Shield möglich gewesen. Das CAN-Bus System ist z. B. typisch in neueren Autos. Dies regelt z.B. die Kommunikation mit dem Autoradio. Ich bin gespannt, was auf diesem Gebiet noch an neuen Projekten zu finden sein wird. Zur Zeit wird der Bus noch nicht von der Arduino IDE unterstützt.
Einen Treiber für den Duo sucht man in der aktuellen IDE 1.05 vergeblich. Dieser ist aber in der noch in der Betaphase befindlichen IDE 1.57 enthalten.

Der UNO-Nachfolger Leonardo

Was ist neu im Vergleich zum UNO? Direkt ins Auge fällt der Mikro USB-Port und der neue Atmega 32U4. Diese erste Lösung der Atmega XU4 Serie ist ein SMD-Chip und damit fest verlötet. Die ersten Arduinos wurden über die RS 232 Schnittstelle betrieben. Um den Arduino an der USB-Schnittstelle betreiben zu können, wurde bisher ein FTDI-USB-Chip verwendet. Dieser wurde nun im neuen Atmega32U4 integriert. Dies macht den Leonardo günstiger als den UNO obwohl er mehr Funktionalität bietet:
  • 1 PWM mehr insgesamt 7
  • Verbesserungen beim Timer z. B. high speed Timer 64 MHz
  • PWM sind schneller
  • 6 zusätzliche analoge Pins also insgesamt 12 wobei A6-A11 auf den digitalen Pins 4,6,8,9,10 und 12 liegen
  • zusätzliche digitale Pins, er hat insgesamt 20, wobei A0-A5 auch als digitale Pins genutzt werden können
Da für die Verbindung zwischen Arduino und Computer kein eigner Mikroprozessor eingesetzt wird, ändert sich das Verhalten beim Drücken des Reset-Knopfes. Bei Uno wird nur der Atmega 328 resetet, die Verbindung zum Computer bleibt bestehen. Beim Leonardo wird diese unterbrochen. Neu sind auch für den Leonardo spezifische Bibliotheken. Diese ermöglichen es, mit einem Leonardo eine Tastatur oder eine Maus zu simulieren. Das heißt, man kann z. B. mit der Funktion mouse.move(x-Bewegung, y-Bewegung, Mausrad) die Maus über den Bildschirm bewegen. Diese Funktion ist aber nicht ganz ungefährlich. Kreist die Maus wild über den Bildschirm, dann kann man kein neues Programm auf den Leonardo hochladen. Und bei ungeschickter Programmierung hört eben das Mauskreisen erst auf, wenn der Leonardo abgeklemmt ist. Zusammenfassend lässt sich sagen: Wer damit leben kann, dass er den Mikroprozessor nicht Tauschen kann, der ist mit dem Leonardo gut beraten. Gute Originalherstellerqualität zum günstigen Preis. Es gibt kaum noch einen Grund einen UNO zu kaufen. Der Leonardo ist ab Arduino IDE Version 1.01 oder höher programmierbar.


Der Turbo:ChipKit Uno und Max 32

    Der ChipKit ist die richtige Wahl, wenn es ein wenig schneller sein muss:
    • 80 MHz Prozessor
    • 32-Bit Prozessor
    • deutlich mehr Ram (128 kB beim Max 32 und 16 kb beim Uno)

    ChipKit Max 32

    Mit insgesamt 85 digitalen Ein- oder Ausgängen bietet der ChipKit Max 32 wirklich Anschlussmöglichkeiten satt. Da muss man sich schon was einfallen lassen, um dies auszunutzen. Deutlich knausriger sind die nur 5 PWM fähigen Pins bemessen. Die 512 kByte Flash Ram des ChipKit Max 32 sind dann wieder sehr üpig.

    Die ChipKit Boards sind streng genommen keine Arduinos. Ihre Hardware unterscheidet sich deutlich. Zum Programmieren verwendet man die MPIDE. Diese ist eine Abwandlung der Arduino IDE. Sie sieht äußerlich gleich aus und hat die gleichen Beispielprogramme. Man braucht also keine Umgewöhnungszeit. (download für Linux, Windows und Mac hier) Das ChipKit-Board wird von Windows erkannt und es werden die richtigen Treiber automatisch installiert. Die in vielen Anleitungen beschriebene Installation per Hand ist also nicht notwendig. Die Bauform des ChipKit ist ebenfalls kompatibel zum Arduino. Man kann also die Arduino-Shields verwenden. Zumindest dann, wenn ihnen die gelieferten 3,3 V ausreichen. Die meisten Bibliotheken funktionieren auch, aber eine Garantie gibt es nicht. Im Gegensatz zur Arduino-IDE müssen sie jedoch in ein neues "libaries"-Verzeichnis gespeichert werden. Dieses muss sich im sketch-Verzeichnis befinden. Das sketch-Verzeichnis ist wie bei der Arduino-IDE unter Datei/Prefrences zu finden. Der Hersteller Digilent bietet auch eigene Shields an, die teilweise die vielen Ports besser ausnutzen.
    Fazit: Es kommt so ein Gefühl auf, wie früher bei den LAN-Partys. Die Nerds streiten sich, wer denn nun den schnellsten hat. Da ich ein solcher Nerd bin, habe ich ihn mir gekauft. Ich muss mir nur noch überlegen, was ich mit den vielen Eingängen mache. In Sachen Kompatibilität geht man ein Risiko ein, aber wir sind ja alle Bastler.


    Der Arduino Uno

      Uno Rev.1

    • ATmega328 Mikroprozessor
    • Eingangsspannung 7-12V (kurzzeitig sind 20V erlaubt, ich rate davon jedoch ab)
    • 14 Digitale I/O Eingänge (6 PWM Ausgänge)
    • 6 Analoge Eingänge
    • 32kByte Flash Memory
    • 16Mhz CPU Frequenz



    Uno Rev.1


    Unterschiede zwischen Rev 1 und 3

    • der Reset Button ist an einer günstegern Stellem dort kann er auch mit aufgesteckten Shield bedient werden
    • Atmega 8U2 wurde durch Atmega 16U2 ersetzt

    Den Uno gibt es auch in einer SMD-Variante. Diese ist nicht günstiger. Deshalb bietet sie meiner Meinung nach nur Nachteile gegenüber dem Leonardo. Der SMD-Uno auf dem Bild hat seinen Reset-Knopf in der linken oberen Ecke. Es handelt sich also um eine Rev. 3. Vom Uno gibt es mittlerweile einige Clones. Viele davon haben auch besondere Eigenschaften. So ist auf eBay ein neuer Clone von Sainsmart aufgetaucht. Ihn kann man z.B. von 5V auf 3,3 V umschalten. Diese sollte alle Kompatibilitätsprobleme mit Shields beheben.


Der Arduino Mega 2560

    SainSmart Mega

  • ATmega328 Mikroprozessor
  • Eingangsspannung 7-12V (kurzzeitig sind 20V erlaubt, ich rate davon jedoch ab)
  • 56 Digitale I/O Eingänge (14 PWM Ausgänge)
  • 16 Analoge Eingänge
  • 256kByte Flash Memory
  • 16Mhz CPU Frequenz

Unterschiede zwischen Rev.1 und Rev.3

  • IOREF Pin zur Spannungsregulierung von Shields wurden hinzugefügt
  • Atmega 8U2 wurde durch Atmega 16U2 ersetzt

  • Hier ist ein Klon dargestellt. Im Vergleich zum Original sind diese meist günstiger. Mittlerweile gibt es zahlreiche günstige Mega-Clone bei eBay. Einfach dem folgen. Mit Versand ist ein Mega dort für ca. 15 Euro zu haben.

    Noch ein kleiner Hinweis. Diese Megas kommen aus China. Der Zoll kann dann bei zu großen Beträgen zuschlagen. Es gibt zwei Abgaben:

    • Die Einfuhrumsatzsteuer wird erhoben ab einem Zollwert von 22 Euro (Warenwert+Versand an die EU-Grenze). In Deutschland (nicht in Österreich) wird diese Umsatzsteuer erst ab einer Steuer von 5 Euro erhoben. Das ergibt einen inoffiziellen Warenwert von 26,30 Euro. D.h. will man keine Arbeit haben, dann sollte man unter dem Betrag bleiben.
    • Einfuhrzoll wird zusätzlich ab einen Zollwert von 150 Euro erhoben.
    Die Summe von 26,30 oder 22 Euro überschreitet man nur, wenn man Kombipakete erwirbt. Deshalb rate ich hier vom Kauf in China eher ab.