Die Programmiersprache C wurde Anfang der 70er Jahre von Dennis Ritchie entwickelt. Sie ist sehr leistungsstark und effizient. Daher stellt sie auch die Basis vieler neuer moderner Programmiersprachen dar.

Dieser Artikel ist eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Eigenschaften der Programmiersprache und ihrer Syntax.

Eigenschaften

  • Ermöglicht schnelle und direkte Speicherzugriffe
  • Case-sensitiv
  • Null-basierter Index
  • Keine objektorientierte Programmiersprache (vgl. C++)
  • Nicht typsicher

Syntax

In C folgt jedem Befehl ein Semikolon, außer nach Präprozessoranweisungen.

Kommentare

// Einzeiliger Kommentar
/*
   Mehrzeiliger
   Kommentar
*/

Datentypen

Für für die Größenordnung der Datentypen in C gilt:
char ≤ short int ≤ int ≤ long int ≤ long long int.

Anmerkung: Empfohlen wird die Verwendung der neuen Integer-Datentypen, die im C99-Standard definiert wurden, da hier gewährleistet ist, dass die Größe der Datentypen bei allen Compilern gleich groß ist. Bei den alten Integer-Datentypen kann die Größe je nach Compiler unterschiedlich sein. Auch die Genauigkeit (signifikante Nachkommastellen) von Gleitkommazahlen ist abhängig vom Compiler.

Neuer Datentyp Alter Datentyp Größe Wertebereich
 int8_t char  1 Byte -128
bis
127
uint8_t unsigned char  1 Byte 0
bis
255
 int16_t int 2 Byte -32.768
bis
32.767
uint16_t unsigned int 2 Byte 0
bis
65.535
 int32_t long 4 Byte -2.147.483.648
bis
2.147.483.647
uint32_t unsigned long 4 Byte 0
bis
4.294.967.295
 int64_t long long 8 Byte -9.223.372.036.854.775.808
bis
9.223.372.036.854.775.807
uint64_t unsigned long long 8 Byte 0
bis
18.446.744.073.709.551.615
Datentyp Größe Wertebereich
Kein bzw. beliebiger Typ
void
Boolsche Zahl
bool 1 Byte 0 (false)
oder
1 (true)
Zeichen (natürliche Zahlen)

signed
char
char
1 Byte -128
bis
127
unsigned char 1 Byte 0
bis
255
Natürliche Zahlen


signed
signed
short
short int
short
short int
2 Byte -32.768
bis
32.767
unsigned
unsigned
short
short int
2 Byte 0
bis
65.535

signed
int
int
2 Byte -32.768
bis
32.767
unsigned int 2 Byte 0
bis
65.535


signed
signed
long
long int
long
long int
4 Byte -2.147.483.648
bis
2.147.483.647
unsigned
unsigned
long
long int
4 Byte 0
bis
4.294.967.295


signed
signed
long long
long long int
long long
long long int
8 Byte -9.223.372.036.854.775.808
bis
9.223.372.036.854.775.807
unsigned
unsigned
long long
long long int
8 Byte 0
bis
18.446.744.073.709.551.615
size_t Maximales unsigned int (Prozessorabhängig)
Gleitkommazahlen
float 4 Byte 1,175494351E-38
bis
3,402823466E+38
double 8 Byte 2,2250738585072014E-308
bis
1,7976931348623158E+308
long double 16 Byte 3.4E-4932
bis
1.1E+4932

Variablen & Arrays

bool  bZustand = true;

int   iZahl = 3;
int   iZahl1, iZahl2 = 7;

float fKommazahl = 42.69;
int   iVektor[4] = {1,2,3,4};
int   iMatrix[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};

char  cZeichen = 'S';
char  cZeichenkette[] = "Hallo Welt!";

Schlüsselwörter für Variablen

  • const: Konstante
  • static: Variable wird nach einem Anweisungsblock nicht verworfen, sondern speichert ihren Wert bis zum nächsten Aufrufen des Anweisungsblocks
  • register: Variable wird optimiert für schnelle und häufige Zugriffe als Registervariable im Prozessor gespeichert (wird bei modernen Compilern nicht empfohlen, da diese selbstständig Optimierungsaufgaben übernehmen)
  • volatile: Variable kann sich jederzeit ändern (z.B. durch eine Interrupt-Routine) und wird daher nicht optimiert und immer direkt aus dem Hardwarespeicher gelesen
  • extern: Variable ist in einem anderen C-File/H-File deklariert und verweist auf diese

Definition eines Datentyps

typedef unsigned long ulong; //ulong = unsigned long
ulong iZahl = 24;

Strukturierte Datentypen

typedef struct _Person {
    char  Name[30];
    int   Alter;
    float Groesse;
} Person;

Person sPersonen[10];

Union-Datenstruktur

Eine Union-Datenstruktur ähnelt einem strukturierten Datentyp, jedoch mit dem Unterschied, dass alle Untervariablen die selbe Speichergröße belegen. Der Speicherbedarf wird durch das größte Element bestimmt.

typedef union _Fahrzeug {
    typedef struct _Auto {
        int  Typ;       // 2 Byte
        int  Farbcode;  // 2 Byte
    } Auto;
    typedef struct _Fahrrad {
        bool Einrad;    // 1 Byte
        int  Modell;    // 2 Byte
        int  Farbcode;  // 2 Byte
    } Fahrrad;
} Fahrzeug;
typedef struct _Mobil {
    int Datentyp;       // Typ der Union-Datenstruktur
    Fahrzeug sFahrzeug; // 5 Byte
} Mobil;

Enumeration

enum Farbe {rot, gruen, blau};
/* rot   = 0
   gruen = 1
   blau  = 2
*/

enum Groesse {
    xs,
    s = 2,
    m,
    l = 2,
    xl
};
/* xs = 0
   s = 2
   m = 2
   l = 2
   xl = 4
*/

Zeiger

Zeiger (engl. pointer) halten die Speicheradresse des ersten Bytes einer Variablen.
int iZahl;        // Variable vom Typ Integer
int *pZeiger;     // Zeiger mit Sprungweite Integer (2 Byte)
pZeiger = &iZahl; // Adresse von iZahl in pZeiger speichern
*pZeiger = 180;   // An der Adresse von pZeiger den Wert 180 zuweisen (iZahl ist jetzt also 180)

char str[20]; // Zeichenkette mit 20 Zeichen
char *pStr;   // Zeiger mit Sprungweite Character (1 Byte)
pStr = str;   // Anfangsadresse der Zeichenkette in pStr speichern (Arrays sind bereits Zeiger)

Person sMensch;      // Variable vom Strukturtyp Person
Person *pMensch;     // Pointer mit Sprungweite des Strukturtyps Person
pMensch = &sMensch;  // Adresse von sMensch in pMensch speichern
pMensch->Alter = 18; // An der Adresse des Unterelements Alter von pMensch den Wert 18 zuweisen (sMensch.Alter ist jetzt also 18)

Standard-Bibliotheken

  • <stdlib.h> // Standard-Bibliothek
  • <stdio.h> // Input Output Bibliothek
  • <stdbool.h> // Boolsche Zahl
  • <limit.h> // Natürliche Zahlen
  • <float.h> // Gleitkommazahlen
  • <stdint.h> // Neue Integer-Datentypen nach C99-Standard

Beispiel-Programmcode: Hello World

//Bibliotheken
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello World!\n"); //Ausgabe auf der Konsole

    system("pause"); //Programm anhalten
    return EXIT_SUCCESS; //Programm beenden
}

Literatur

Das A²C-Protokoll (advanced Arduino communication protocol) wurde 2016 von mir entwickelt und wurde ursprünglich zur einheitlichen Kommunikation zwischen einem Arduino und einem Computer über die serielle USB-Schnittstelle entworfen. Es lässt sich jedoch ebenso auf eine Kommunikation zwischen anderen Gerätekombinationen (z. Bsp. Arduino zu Arduino oder Arduino zu Smartphone über Bluetooth) anwenden.

Der Name des Protokolls ist eine Anspielung auf den seriellen Datenbus I²C und auf die englische Sprechweise „a to c protocol“ für „Arduino to computer protocol“.

Das Grundkonzept des A²C-Protokolls basiert auf der Extensible Markup Language (XML), hat aber keinen Start- und Endtag, sondern nur einen umschließenden Tag, der den Befehl und alle Daten enthält.

Das Protokoll muss für eine eindeutig definierte Kommunikation unter Umständen mit weiteren Kommunikationsrichtlinien erweitert werden. Zum Beispiel müssen für eine Kommunikation über die UART-Schnittstelle, für die das Protokoll ursprünglich vorgesehen war, die Baudrate, die Anzahl der Datenbits, die Paritätskontrolle und die Anzahl der Stopp-Bits zwischen beiden Geräten identisch konfiguriert sein.

Das Protokoll findet bereits Anwendung in den Arduino-basierenden Produkten:

  • SunTracker (SIA 2016/2017 der Staatlichen Feintechnikschule mit Technischem Gymnasium Schwenningen )
  • Digitale Dual-Lötstation (Berufsausbildung Continental Automotive GmbH Villingen)
  • Line-Follower „Herbie“ (WS 2018/2019 Hochschule Furtwangen)
  • WG-Konsole (WS 2018/2019 Hochschule Furtwangen)

Die größte Verbreitung hat das A²C-Protokoll im Zusammenhang mit der PC-Software Arduino-Communication™ gefunden. Dieses ermöglicht es Arduino-Programmierern eine schnelle und einfache Kommunikation für eine Steuerung oder Debugging-Zwecke aufzubauen. Des Weiteren können ein Interface eingerichtet und beliebige Tastenkombinationen hinterlegt werden, die sich als Projektdatei speichern und somit auch für andere Nutzer zur Steuerung veröffentlichen lassen.

Das A²C-Protokoll ist unter der MIT-Lizenz lizenziert.

In 15 Minuten zum ersten Programm

Finde einen einfachen und schnellen Einstieg ohne Vorkenntnisse in die Welt der Mikrocontroller. Lerne die Entwicklungsplattform Arduino kennen und schreibe in 15 Minuten dein erstes Programm, um eine LED zum Blinken zu bringen.
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Vorwort

Arduino ist eine aus Soft- und Hardware bestehende Physical-Computing-Plattform. Beide Komponenten sind im Sinne von Open Source quelloffen. Die Hardware besteht aus einem einfachen E/A-Board mit einem Mikrocontroller, der über analoge und digitalen Ein- und Ausgängen verfügt. Die Entwicklungsumgebung basiert auf Processing und soll auch technisch weniger Versierten den Zugang zur Programmierung und zu Mikrocontrollern erleichtern. Die Programmierung selbst erfolgt in einer C bzw. C++-ähnlichen Programmiersprache, wobei technische Details wie Header-Dateien vor den Anwendern weitgehend verborgen werden und umfangreiche Bibliotheken und Beispiele die Programmierung vereinfachen. Arduino kann verwendet werden, um eigenständige interaktive Objekte zu steuern oder um mit Softwareanwendungen auf Computern zu interagieren.

Wikipedia

Software-Installation

Arduino IDE

Zunächst wird die Programmier-Entwicklungsumgebung (Arduino IDE) installiert. Das Programm kann von der offiziellen Webseite unter https://www.arduino.cc/en/main/software als Windows Installer heruntergeladen werden.

USB-Treiber

Zur Kommunikation mit der Hardware eines Arduino-Clones ist ein weiterer USB-Treiber notwendig. Dieser kann unter https://cloud.sebastianlang.net/index.php/s/qXMKkbAWgLfzw69
als Zip-Archiv heruntergeladen werden. Nach dem Entpacken des Archivs wird die Datei setup.exe ausgeführt.

Hardware verbinden

Nach der Installation der Software wird das Arduino-Board kinderleicht über ein USB-Kabel mit dem Computer verbunden.

Eigenes Programm

Mit dem ersten eigenen Programm wird eine LED auf dem Arduino-Board zum Blinken gebracht. Dazu wird zunächst die Arduino IDE auf dem Computer gestartet und ein neuer Sketch (Mikrocontroller-Programm) über das Menü unter Datei → Neu geöffnet. Anschließend wird folgender Code in den Editor geschrieben:

//Methode "setup" wird ein Mal beim Programmstart ausgeführt
void setup() {
  //Anschluss des LED-Pins wird als Ausgang initialisiert
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

//Methode "loop" wird nach "setup" in einer Dauerschleife ausgeführt
void loop() {
  //High-Pegel (5 V) am Anschluss des LED-Pins anlegen (LED anschalten)
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  //Eine Sekunde (1000 Millisekunden) warten
  delay(1000);
  //Low-Pegel (0 V) am Anschluss des LED-Pins anlegen (LED ausschalten)
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  //Eine Sekunde (1000 Millisekunden) warten
  delay(1000);
}

Anschließend wird über das Menü unter Werkzeuge → Board das Arduino-Board ausgewählt, sowie der COM-Port, an den das Entwicklungsboard angeschlossen ist.

Das Programm wird nun mit einem Kompiler in Maschinencode übersetzt und anschließend auf den Microkontroller des Arduinos übertragen. Dazu wird auf der linken Seite in der Werkzeugleiste auf die Schaltfläche Hochladen geklickt.

Nach dem Übertragen des Programms blinkt die LED auf dem Arduino UNO Board im Sekundentakt.

Weitere Informationen

Technische Details zum Arduino UNO Board sind unter https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3 zu finden.
Eine Übersicht aller Funktionen, Variablen und Strukturen ist unter https://www.arduino.cc/reference/de zu finden.
Viele hilfreiche Beispiele lassen sich in der Arduino IDE unter Datei → Beispiele finden.