Das Zusammenspiel von Arduino mit anderen Mikrocontrollern (MCUs) oder Geräten hat drei Ebenen: elektrische Kompatibilität → physischer Bus/Protokoll → Anwendungslogik. Hier ist ein kompakter, praxisnaher Leitfaden.

1) Elektrische Grundlagen (nicht überspringen!)

• Spannungspegel: Viele Arduinos (Arduino UNO/Nano) arbeiten mit 5 V; viele MCUs/Sensoren mit 3,3 V.

  • Pegelwandler verwenden:

    • I²C: PCA9306, BSS138-Typ.

    • SPI/UART/digital: TXS0108E (open-drain-freundlich), einfacher Teiler (auf Arduino-Eingänge), Transistor/MOSFET-Puffer.

• Stromgrenzen: Behandle Arduino-GPIOs als ~20 mA pro Pin (weniger ist besser). Relais/Motoren nie direkt treiben — nutze Transistor/MOSFET + Freilaufdiode oder einen Treiber-IC.

• Masse: GND zwischen Boards verbinden, außer du isolierst bewusst (Optokoppler/Isolatoren, isolierte DC-DC).

• Schutz: 100–330 Ω in Reihe auf empfindlichen Leitungen, TVS-Dioden bei langen Kabeln, richtige Abschlüsse bei differentiellen Bussen.

2) Übliche Verbindungsarten

A) UART (asynchron, einfaches Peer-to-Peer)

• Einsatz: Zwei MCUs tauschen Bytes/Strings; auch für RS-232/RS-485 mit Transceiver.

• Verdrahtung (TTL): Arduino TX → anderer MCU RX, Arduino RX ← anderer MCU TX, plus GND.

  • RS-232: MAX3232 hinzufügen.

  • RS-485 (lange Kabel, Multidrop): MAX485/75176; 120-Ω-Abschluss an den Enden; DE/RE steuern.

• Beispiel (Hardware-UART):

• RS-485 DE/RE-Steuerung:

B) I²C (zwei Leitungen, adressierbarer Bus)

• Einsatz: Viele Sensoren/MCUs auf kurzem Leiterplatten-Bus; Master/Slave-Modell.

• Verdrahtung: SDA, SCL, Pull-ups (typ. 4,7 kΩ) auf Busspannung, gemeinsame Masse. Leitungen kurz halten.

• Master schreibt/liest:

• Arduino als I²C-Slave (vor allem AVR-Boards):

Hinweis: Manche Nicht-AVR-Cores haben eingeschränkten/alternativen Slave-Support.

C) SPI (schnell, Master-zentriert)

• Einsatz: Hochgeschwindigkeits-Peripherie (ADCs, DACs, Displays) oder MCU-zu-MCU mit klarem Master.

• Verdrahtung: MISO, MOSI, SCK, CS (pro Gerät), GND (+ ggf. Pegelwandlung).

• Master-Beispiel:

Arduino als SPI-Slave ist möglich, aber board-/core-spezifisch; für MCU-zu-MCU sind UART oder I²C meist einfacher.

D) 1-Wire / GPIO-„Bit-Banging“

• Einsatz: Sehr einfache Sensoren (DS18B20) oder kundenspezifische Protokolle mit niedriger Geschwindigkeit.

• Bibliotheken (z. B. OneWire) übernehmen das Timing.

E) Analog & PWM-Brücken

• Analog in: Fremdgerät gibt 0–5 V (UNO) oder 0–3,3 V (viele andere) aus → Teiler/Puffer nutzen; mit analogRead() einlesen.

• Arduino als „DAC“: PWM mit R-C filtern (z. B. 10 kΩ + 0,1 µF) und skalieren.

F) Feld-/Industriebusse und höhere Schichten

• CAN: MCP2515 + TJA1050/TJA1051 (SPI) oder integriertes CAN auf manchen Boards.

• Modbus RTU (RS-485): MAX485 + Modbus-Bibliothek.

• USB: USB-Device-Boards (Arduino Leonardo/Micro) emulieren CDC/KB/MIDI; für USB-Host (z. B. Maus) USB-Host-Shield oder Board mit nativem USB-Host.

• Ethernet/Wi-Fi/BLE: ESP32/ESP8266, W5500 oder Arduino-Ethernet/Wi-Fi-Shields; dann TCP/UDP, MQTT, HTTP, WebSockets sprechen.

3) Protokoll & Framing (robust machen)

• Frame definieren: Start-Byte(s), Länge, Payload, CRC oder Checksumme.

• Timeouts & Retries: Nicht-blockierende Reads; mit Teilframes umgehen.

• Flusskontrolle: Bei schnellen UART-Links CTS/RTS oder App-seitige Acks/Fenster.

• Adressen: I²C nutzt 7-Bit-Adressen; Kollisionen vermeiden.

4) Schnellwahl Pegelwandler

• I²C: PCA9306 oder BSS138-Typ (bidirektional, Open-Drain).

• Push-Pull-GPIO/SPI/UART: TXS0108E/TXB0108 (TXB kann mit Pull-ups zickig sein); einfacher Teiler → Arduino-Eingang; MOSFET/BJT für 3,3→5-V-Treiber.

5) Isolation (wenn Massen nicht verbunden sein sollen)

• Digital: Optokoppler oder ADuM-Digitalisolatoren (I²C-spezifische Varianten existieren).

• Versorgung: Isolierter DC-DC, um die Gegenseite zu speisen.

• RS-485/CAN: In rauer/weiter Umgebung isolierte Transceiver bevorzugen.

6) Debug-Checkliste

• Logikanalysator oder Oszi: Spannungen, Flanken, Pull-ups und Timing prüfen.

• Doppelt checken: Baudrate, I²C-Pull-ups, SPI-Modus (CPOL/CPHA), CS-Polarität.

• Langsam starten: Bus-Geschwindigkeit reduzieren (Wire.setClock(100000), langsameres SPI, geringere UART-Baudrate), dann steigern.

• Loopback auf jeder Seite separat testen; dann verbinden.

Schnellwahl-Matrix

• Kurz & simpel MCU↔MCU: UART (TTL)

• Mehrere Bausteine auf kurzem Bus: I²C

• Hochgeschwindigkeits-Peripherie, ein Master: SPI

• Lange Leitung / Störumgebung / viele Knoten: RS-485 (+ Modbus) oder CAN

• PC/Phone/Cloud: USB-CDC, Wi-Fi/Ethernet (HTTP/MQTT), BLE-GATT