Willkommen in der faszinierenden Welt der Timer und Counter auf deinem Arduino! Stell dir vor, dein Arduino ist ein kleiner Roboter, der ständig Aufgaben erledigt. Aber wie weiß er, wann er was tun soll? Die Antwort sind Timer und Counter. Sie sind wie die Herzschläge deines Arduino, die ihm den Rhythmus vorgeben und ihm helfen, die Zeit zu messen, Aktionen zu planen und auf Ereignisse zu reagieren. In diesem Tutorial tauchen wir tief in das Thema ein und zeigen dir, wie du diese mächtigen Werkzeuge nutzen kannst. Egal, ob du Anfänger oder schon etwas fortgeschrittener bist, hier lernst du, wie PWM, Delays und Interrupts wirklich funktionieren – und wie du deine eigenen Timer konfigurierst. Los geht's!
Für die meisten Beispiele in diesem Tutorial benötigst du nur einen Arduino Uno. Zusätzlich sind LEDs und Widerstände hilfreich, um die PWM-Signale sichtbar zu machen.
Obwohl für die meisten Beispiele kein expliziter Schaltplan erforderlich ist, da wir oft nur interne Funktionalitäten nutzen, können LEDs an den PWM-fähigen Pins (z.B. 3, 5, 6, 9, 10, 11) angeschlossen werden, um die Ergebnisse sichtbar zu machen. Eine LED wird mit einem Vorwiderstand (z.B. 220 Ohm) in Reihe geschaltet. Der lange Beinchen der LED (Anode) wird an den PWM-Pin angeschlossen, der kurze Beinchen (Kathode) über den Widerstand an GND. Diese einfache Schaltung visualisiert das PWM-Signal durch Ändern der Helligkeit der LED.
Hier ist ein einfaches Beispiel, das PWM (Pulsweitenmodulation) mit einem Timer generiert, um eine LED zu dimmen.
// Definiere den Pin für die LED
const int ledPin = 9;
// Variable für die Helligkeit der LED (0-255)
int brightness = 0;
// Variable für die Richtung der Helligkeitsänderung
int fadeAmount = 5;
void setup() {
// Setze den LED-Pin als Ausgang
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
// Setze die Helligkeit der LED
analogWrite(ledPin, brightness);
// Ändere die Helligkeit
brightness = brightness + fadeAmount;
// Ändere die Richtung am Ende der Skala
if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {
fadeAmount = -fadeAmount;
}
// Wartezeit für den Fade-Effekt
delay(30);
}
Dieser Code verwendet die Funktion analogWrite() (die im Hintergrund einen Timer nutzt), um die Helligkeit einer LED allmählich zu verändern.
const int ledPin = 9;: Definiert den Pin, an dem die LED angeschlossen ist. Pin 9 ist ein PWM-fähiger Pin auf dem Arduino Uno.int brightness = 0;: Eine Variable, die die aktuelle Helligkeit der LED speichert. Der Wert kann zwischen 0 (aus) und 255 (volle Helligkeit) liegen.int fadeAmount = 5;: Die Schrittweite, um die die Helligkeit in jedem Schleifendurchlauf verändert wird.pinMode(ledPin, OUTPUT);: Konfiguriert den ledPin als Ausgang.analogWrite(ledPin, brightness);: Diese Funktion erzeugt ein PWM-Signal am ledPin. Der brightness-Wert bestimmt das Tastverhältnis des PWM-Signals. Ein Wert von 0 bedeutet, dass der Pin immer niedrig ist (LED aus), ein Wert von 255 bedeutet, dass der Pin immer hoch ist (LED an).brightness = brightness + fadeAmount;: Erhöht (oder verringert) die Helligkeit.if (brightness <= 0 || brightness >= 255) { ... }: Überprüft, ob die Helligkeit die minimalen oder maximalen Werte erreicht hat. Wenn ja, wird die Richtung der Helligkeitsänderung umgekehrt, sodass die LED wieder in die andere Richtung "fadet".delay(30);: Verursacht eine kurze Pause, wodurch der Fade-Effekt sichtbar wird.Was passiert im Hintergrund?
Die Funktion analogWrite() versteckt die komplexe Timer-Konfiguration. Sie nutzt einen der Timer des Arduino (Timer0, Timer1 oder Timer2), um ein PWM-Signal zu erzeugen. Die Frequenz des PWM-Signals und die genaue Funktionsweise des Timers sind vordefiniert und für die meisten Anwendungen ausreichend. Wir greifen also nicht direkt auf die Timer-Register zu.
fadeAmount: Ändere den Wert von fadeAmount, um die Geschwindigkeit des Fade-Effekts anzupassen.delay() zu verwenden, kannst du Interrupts nutzen, um den Fade-Effekt zu steuern, ohne den Haupt-Code zu blockieren. Dies ist nützlich, wenn dein Arduino gleichzeitig andere Aufgaben erledigen muss.Timer und Counter sind essenzielle Bestandteile des Arduino. Sie ermöglichen es dir, präzise Zeitmessungen durchzuführen, PWM-Signale zu erzeugen und auf Ereignisse zu reagieren. In diesem Tutorial haben wir die Grundlagen der Timer anhand eines einfachen PWM-Beispiels kennengelernt. Du hast gelernt, wie analogWrite() im Hintergrund Timer nutzt und wie du die Helligkeit einer LED steuern kannst. Für fortgeschrittene Anwendungen kannst du dich mit der direkten Manipulation der Timer-Register und der Verwendung von Interrupts beschäftigen, um die volle Kontrolle über die Zeitmessung deines Arduino zu erlangen.