Содержание
Мигаем светодиодом
В этом примере показано как с помощью контроллера Arduino заставить мигать светодиод.
Необходимые компоненты
- контроллер Arduino
- светодиод
- резистор 220 Ом
Подключение
Мы подключаем резистор сопротивлением 220 Ом к выходу номер 13 (pin 13), к резистору в свою очередь подключаем анод (обычно длинная ножка) светодиода. Катод подсоединяем к земле (Grd). Затем подключаем контроллер через USB кабель к компьютеру и загружаем приведенный ниже код на котроллер Arduino.
Большинство плат Arduino имеют встроенный SMT (Surface-mount techology)светодиод, подключенный к выходу 13. Если вы запустите код на таких платах без подключения внешниего светодиода, то вы должны увидеть мигание встроенного светодиода на плате.
Схема
В коде мы первой строк задаем режим выхода для вход/выхода (pin) 13:
В основном цикле (loop) программы зажигаем светодиод:
На выходе 13 появляется напряжение 5 В. Светодиод зажигается. Затем мы выключаем светодиод:
Изменив напряжение на выходе на 0 вольт, мы выключили светодиод. Для того чтобы человеческий глаз успевал замечать переключение светодиода введем задержку с помощью функции delay() .
Светодиоды (LED) – это самый простой и дешевый способ визуализации процесса работы какой-либо программы на ардуине. Поэтому важно уметь подключать светодиоды к плате arduino.
Полупроводниковые светодиоды ( LED ) удобно использовать для индикации процесса работы вашей программы, запущенной на Ардуине. Светодиод очень легко подключить к плате ардуино. Для этого нужен собственно сам светодиод, а также резистор, номинал которого зависит от мощности светодиода.
Вообще говоря, на большинстве ардуино плат уже имеется встроенный светодиод, подключенный к выводу 13 . В большинстве случаев его в принципе и достаточно. Конечно, если мы захотим усложнить нашу программу и использовать несколько светодиодов для лучшей информативности, то нам всё равно придется научиться подключать их к ардуине. Итак, рассматрим как это можно сделать.
Предостережение
Сначала небольшое предупреждение . Ни в коем случае не стоит подключать ваш светодиод напрямую (без резистора) к плате Arduino. Так вы спалите не только светодиод, но и (что гораздо важнее) микроконтроллер на ардуине. Тогда придётся менять контроллер или же (если он в TQFP корпусе) скорее всего выбрасывать плату ардуино целиком.
Подключение одного светодиода LED к Arduino
Подключение светодиода осуществляется следующим образом:
Электрическая схема подключения выглядит так:
Как видите, здесь светодиод подключается через резистор 220 Ом. Это стандартный номинал, который подходит в большинстве случаев: как для слабых, так и для ярких светодиодов (не очень большой мощности). Но сильно мощные светодиоды запитывать от арудины и не стоит.
Можно взять сопротивление больше или чуть меньше – это на результат не повлияет. Вообще максимально допустимый ток на один вывод микроконтроллера ATMEGA328P (который на UNO, Nano и др. ардуинах стоит) составлят 40 мА (или 0.04 А) – как входной ток, так и выходной. Когда используется резистор 220 Ом, то ток составит 5 В / 220 Ом = 0.023 А, как видим еще запас будет. Поэтому без особых опасений (за ардуину) можно ставить резистор от 125 Ом до 1 кОм (и выше). Конечно, чем выше сопротивление, тем менее ярко будет гореть светодиод.
Код программы для Arduino для моргания светодиода
Ну вот, когда светодиод к ардуине подключен, осталось протестить работоспособность всего этого дела. Для этого зашиваем в ардуину следующую программу (на языке C++):
Здесь, как видно, переменная pin_led указывает номер пина, к которому подключен светодиод. Если требуется поставить светодиод на другой вывод ардуины, то просто меняем это значение переменной.
Как только программа будет зашита (и ардуина перезапущена), светодиод должен начать моргать с периодом в 1 секунду. Если этого не случилось, значит что-то пошло не так – возможно просто программа не загрузилась, или светодиод подключен не той стороной. Учтите, что у светодиода есть полярность. Если подключить его не той сторой, то ничего страшного не случится – просто он не будет светить (p-n переход будет в закрытом состоянии и ток через него не потечет). Полярность светодиода легко определить – смотри рисунок:
Длинная ножка есть АНОД, и её надо подключать к ПИТАНИЮ через резистор (в данном случае к пину, на котором высокий HIGH потенциал). А короткую ножку КАТОД подключаем на землю GND. Резистор можно вставлять как между питанием и светодиодом, так и между землей и светодидом – в данном случае разницы никакой нету.
Подбор резистора в зависимости от цвета светодиода (для подсветки)
Как я уже сказал выше, номинал 220 – 300 Ом – это самое то, чтобы ничего не спалить. Для простой индикации другое и не надо.
Другое дело, если используется какой-либо яркий светодиод, скажем, специально для подсветки чего-то. В этом случае мы хотим использовать возможности светодиода на все 100%. Чтобы включить светодиод на максимальную яркость, нужно взять минимальное значение резистора, при котором ток не превысит максимально допустимый. Но лучше брать с запасом, конечно. Это увеличить срок службы светодиода, поскольку он зависит от тока эксплуатации.
Короче, нужно нам сопротивление резистора вычисляется по следущей формуле:
где U_V – напряжение источника питания в вольтах (для ардуины UNO, Nano, Mega это 5 Вольт).
U_F – прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах.
I_max – максимальный прямой ток светодиода в амперах.
0.75 – для запаса (чем меньше значение, тем дольше прослужит светодиод).
Падение напряжения и максимальный ток зависит от светодиода, в частности от материала, из которого он сделан. Как правило, материал светодиода влияет на его цвет излучения (длину волны света).
По одним из данных:
– красный напряжение UF = 3 вольта, Imax = 20 мА
– зеленый напряжение UF = 2.5 вольта, Imax = 20 мА
– синий напряжение UF = 3 вольта, Imax = 50 мА
– белый напряжение UF = 2.7 вольта, Imax = 50 мА
– желтый напряжение UF = 3.5 вольта, Imax = 30 мА
Мои личные эксперименты показывают следующее.
Яркие синие и белые светодиоды имеют падение напряжения U=3.2В.
Если Uпит=5.6 В, то последовательно имеет смысл ставить R=120 Ом для получения тока 20 мА. Для надежности можно поставить 160 Ом – получим 15 мА. Если 220 Ом, то 11 мА (совсем надежно).
У зеленых светодидов диаметром 5mm падение напряжения U=2.8 В.
При тестировании при резисторе 120 Ом и питании 5 В такой светодиод перегорел у меня примерно через год работы (работал непрерывно для подсветки).
Красный светодиод, который средний по размерам. Падание напряжения составляет 1.92 В. Тесты:
– 2 севшие батареи по 1.2 В, резистор 100 Ом. Горит слабо.
– батарея 9 В (севшая немного), резистор 300 Ом. Горит вполно нормально.
– батарея 9 В (севшая немного), резистор 100 Ом. Горит достаточно ярко, но есть риск, что перегорит быстро.
Поскольку на резисторе происходит падение напряжения, а следовательно и потеря энергии батареи, то более оптимальный вариант – это включать последовательно 3-4 светодиода на 9 В без резистора (либо малый резистор, скажем 10 Ом)
На этом уроке Вы научитесь программировать свою плату Arduino на примере мигания встроенным светодиодом.
Необходимые элементы
Для данного примера Вам понадобится плата Arduino (в данном случае – Arduino Uno R3, но Вы сможете проработать данный пример, имея в наличии и другую плату) и кабель USB (типа A (4х12 мм) – B (7х8 мм) – более подробно можно почитать на Вики).
Что такое ” L” светодиод
На Arduino Uno присутствуют ряды коннекторов типа мама по бокам платы, которые используются для подключения периферийных электронных устройств или “шилдов”.
Кроме того, на плате присутствует встроенный светодиод (англ. – LED), которым Вы можете управлять с помощью скетчей. Этот встроенный светодиод условно назовем “L” светодиод, как это принято на многих англоязычных ресурсах.
Расположение данного светодиода на плате отмечено на фото снизу.
Загрузка примера “Blink” (мигание) в Arduino IDE
При подключении новой платы к персональному компьютеру, обратите внимание, что светодиод начинает мигать, так как все платы от производителей поступают с уже “залитым” скетчем “Blink”.
На этом уроке мы перепрограммируем нашу плату, изменив частоту мигания светодиода. Не забудьте настроить оболочку Arduino IDE и выбрать нужный серийный порт, по которому Вы подключили Вашу плату.
Пришло время проверить Ваше подключение и запрограммировать плату.
В оболочке Arduino IDE существует большая коллекция скетчей, которые уже готовы к использованию. Среди них находится и пример, который заставляет мигать “L” светодиод.
Откройте пример “Blink”, который находится в пункте меню File – Examples – 01.Basics
После открытия, расширьте окно оболочки Arduino IDE, чтобы Вы могли весь скетч в одно окне.
Скетчи из примеров, включенные в Arduino IDE предусматривают режим “только чтение” (“read only”). То есть, загрузить их на плату Вы сможете, но после изменения кода, Вы не сможете их сохранить в том же файле.
Мы будем изменять скетч, так что в первую очередь Вам необходимо сохранить собственную копию, которую Вы сможете изменять.
Из меню “File” выберите опцию “Сохранить как” (“Save As..”) и сохраните скетч под подходящим Вам названием, например, “MyBlink”.
Вы сохранили копию скетча “Blink” в Вашей библиотеке. Теперь открыть этот файл Вы можете в любой момент, перейдя по вкладке File – Scetchbook.
Загрузка примера “Blink” (мигание) на плату
Подключите свою плату Arduino к компьютеру с помощью USB и проверьте тип платы (“Board type”) и серийный порт (“Serial Port”), по которому она подключена.
Текущие настройки отображаются внизу окна оболочки Arduino IDE
Кликните на кнопку “Загрузить” (“Upload”)
Во время загрузки в нижней части окна IDE появятся ползунок загрузки и сообщения. Вначале появляется фраза “Компилирование” (“Compiling scetch..”), что означает процесс конвертирования Вашего скетча в формат, подходящий для загрузки на плату Arduino.
Дальше статус сменится на “Загрузка” (“Uploading”). В этот момент светодиоды на плате начнут мигать, так как начнется перенос скетча в микропроцессор.
В конце статус сменится на ”Загрузка завершена” (“Done uploading”). В сообщении, которое появится в текстовой строке отобразится информация о том, что загруженный скетч занимает 1,084 байта из 32,256 доступных.
Иногда при компиляции у Вас может возникнуть подобная ошибка:
Причин может быть несколько: Вы не подключили плату к компьютеру; Вы не установили необходимые драйвера; Вы выбрали некорректный серийный порт.
Если же загрузка прошла корректно, плата Arduino перезагрузится и “L” светодиод начнет мигать.
Пояснения к скетчу “Blink”
Ниже представлен код скетча “Blink”.
Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
This example code is in the public domain.
// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.
// the setup routine runs once when you press reset:
// initialize the digital pin as an output.
// the loop routine runs over and over again forever:
digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
Первое, на что стоит обратить внимание: в данном скетче множество “комментариев”. Обратите внимание, что комментарии не являются инструкцией по работе программы. Это исключительно пояснения отдельных функций и задач, которые выполняются на определенном этапе кода. Это не обязательная часть кода. Все между символами /* и */ в верхней части скетча – это комментарии, в которых описаны задачи программы. Так же есть комментарии, которые ограничиваются одной строкой. Они начинаются с символов // и заканчиваются по умолчанию в конце строки. Первая важная, по сути, часть данного кода это строка:
В комментариях над строкой указано, что мы присваиваем имя пину, к которому подключен светодиод. На большинстве плат Arduino это будет 13 пин. Дальше используется функция “Setup”. Опять-таки, в комментариях указано, что функция срабатывает после нажатия кнопки “reset”. Также эта функция срабатывает, когда плата перезагрузится по каким-либо другим причинам. Например, подача питания или после загрузки скетча.
// the setup routine runs once when you press reset:
// initialize the digital pin as an output.
Каждый скетч Arduino обязан включать в себя функцию “setup” и часть, в которую вы можете добавлять собственные инструкции, заключенные между < >. В нашем примере в функции присутствует только одна команда, в которой указано, что пин, который мы используем, настраивается на “вывод” (“Output”). Также обязательным для любого скетча является функция цикла “Loop”. В отличие от функции “Setup ”, которая отрабатывает один раз после перезагрузки, функция “Loop” после окончания работы команд, вновь запустится.
// the loop routine runs over and over again forever:
digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
В теле функции “Loop” светодиод включается (HIGH), данное значение задерживается на 1000 миллисекунд (1 секунда), светодиод отключается (LOW) и остается выключенным на 1 секунду, после чего цикл повторится.
Изменение частоты мигания светодиода
Для того, чтобы обеспечить более частое мигание светодиода, необходимо изменить параметр, указываемый в скобках ( ) в команде “delay”.
Как уже было указано, период задержки указывается в миллисекундах. То есть, для того, чтобы заставить светодиод мигать в два раза чаще, необходимо изменить значение с 1000 на 500. В результате, пауза между включением/выключением светодиода составит половину секунды и светодиод будет мигать быстрее.
Для проверки, не забудьте загрузить измененный скетч на плату Arduino.