Arduino Serielle Kommunikation: UART-Grundlagen & Troubleshooting meistern

Arduino Serial: Serielle Kommunikation mit Arduino

Hintergrund: Parallele vs. Serielle Kommunikation

Mikrocontroller kommunizieren über 8-Bit-Datenbusse. Parallele Übertragung bräuchte 8 Leitungen + Steuerleitungen → teuer, störanfällig bei langen Leitungen. Lösung: Serielles Protokoll – nur 3 Leitungen (TX, RX, GND). 8 Bit werden per Shift-Register (PISO) serialisiert, am Empfänger per SIPO wieder parallelisiert.

Zwei Betriebsarten: Synchron (Blockweise, Taktleitung) & Asynchron (Byteweise, Start/Stopp-Bits, kein geteilter Takt). Asynchron ist Standard (UART).

Übertragungsmodi

Simplex: Nur Senden
Halbduplex: Senden oder Empfangen (nicht gleichzeitig)
Vollduplex: Gleichzeitiges Senden & Empfangen

RS-232 & Framing

Serielles Protokoll ≈ RS-232. 1 Datenbyte wird gerahmt: Startbit (0) + 8 Datenbits + Parität (optional) + Stoppbit(s) (1). Ursprünglich für PC-Ports (±12 V Pegel). Für TTL-Logik (0/5 V) Pegelwandler nötig (z. B. MAX232). Arduino hat USB-UART-Brücke onboard – direkte PC-Verbindung per USB, keine externen Pegelwandler nötig.

Wichtigste Arduino-Serial-Funktionen

Funktion	Beschreibung
`Serial.begin(baud)`	Serielle Schnittstelle initialisieren (Baudrate, z. B. 9600). In `setup()`.
`Serial.available()`	Prüft, ob Empfangsdaten im Puffer: 0 = nein, >0 = Anzahl Bytes.
`Serial.read()`	Liest 1 Byte aus Puffer. Rückgabe: `int` (-1 wenn leer). Hinweis: Sendet man ASCII '1', liest man 49 (Dezimalcode).
`Serial.print(val)` / `Serial.println(val)`	Daten an PC senden (ln = mit Newline). Formatierung: DEC, HEX, BIN, etc.
`Serial.flush()`	Wartet, bis Sende-Puffer leer ist (seit IDE 1.0). Nicht „Puffer leeren“!
`Serial.write(val)`	Rohdaten (Byte) senden.
`Serial.readString()`	Liest String bis Timeout.
`Serial.parseInt()`	Parst Integer aus Serial-Stream.

Praxisbeispiel: Echo mit LED-Steuerung

const int ledPin = 13;
char incomingByte;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    incomingByte = Serial.read();      // Byte lesen
    Serial.print("Empfangen: ");
    Serial.println(incomingByte);      // Echo zurück
    
    if (incomingByte == '1') digitalWrite(ledPin, HIGH);
    if (incomingByte == '0') digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

Öffnen Sie den Seriellen Monitor (Strg+Shift+M), stellen Sie 9600 Baud ein, senden Sie '1' oder '0' → LED schaltet, Echo erscheint.

Tipps & Häufige Fehler

Baudrate Sender = Empfänger (Standard 9600, 115200, 38400 …)
Serial.read() liefert int, nicht char – bei Vergleich auf '0'/'1' casten oder char Variable nutzen
ASCII vs. Binär: Serial.print(65) sendet „65“, Serial.write(65) sendet Byte 0x41 ('A')
Pufferüberlauf vermeiden: Serial.available() regelmäßig prüfen & lesen
Hardware-Serial (Pin 0/1) vs. SoftwareSerial (andere Pins, langsamer, unzuverlässiger)
Bei USB: DTR-Reset beim Öffnen des Monitors – evtl. 1–2 s warten oder Auto-Reset deaktivieren

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