Jak podłączyć diodę LED do płyty Arduino?

Platforma Arduino jest szalenie popularna na całym świecie. Idealne narzędzie do pierwszych kroków w rozwoju programowania i zarządzania sprzętem. W miarę rozwoju umiejętności możesz skalować architekturę, dodając urządzenia peryferyjne i budując bardziej złożone systemy obsługujące bardziej złożone programy. Płytki Arduino Uno i Arduino Nano nadają się do wstępnego szkolenia. Na ich przykładzie rozważane jest podłączenie diody LED do Arduino.

Co to jest Arduino Uno i Arduino Nano

Podstawą płytki Arduino Uno jest mikrokontroler ATmega328. Posiada również dodatkowe elementy:

• rezonator kwarcowy;
• przycisk reset;
• złącze USB;
• zintegrowany stabilizator napięcia;
• złącze zasilania;
• kilka diod LED wskazujących tryby;
• układ komunikacyjny dla kanału USB;
• złącze do programowania w obwodzie;
• jeszcze kilka elementów aktywnych i pasywnych.

Wszystko to pozwala stawiać pierwsze kroki bez użycia lutownicy i unikać etapu produkcji płytki drukowanej.Urządzenie zasilane jest z zewnętrznego źródła napięcia 7..12 V lub poprzez złącze USB. Za jego pośrednictwem moduł jest podłączony do komputera w celu pobrania szkicu. Płytka posiada źródło napięcia 3,3 V do zasilania urządzeń zewnętrznych. Do pracy dostępnych jest 6, 14 wyjść cyfrowych ogólnego przeznaczenia. Obciążalność wyjścia cyfrowego przy zasilaniu 5 V wynosi 40 mA. Oznacza to, że dioda LED może być bezpośrednio do niego podłączona za pomocą rezystor ograniczający.

Arduino Uno.

Płytka Arduino Nano jest w pełni kompatybilna z Uno, ale jest mniejsza i posiada pewne różnice i uproszczenia wskazane w tabeli.

Arduino Nano.

Różnice nie są zasadnicze i nie mają znaczenia dla tematu recenzji.

Czego potrzebujesz, aby podłączyć diodę LED do płyty Arduino?

Istnieją dwie możliwości podłączenia diody LED. Do celów edukacyjnych możesz wybrać dowolny.

1. Użyj wbudowanej diody LED. W tym przypadku nic więcej nie jest potrzebne, poza kablem do podłączenia do komputera przez złącze USB - do zasilania i programowania. Nie ma sensu używać zewnętrznego źródła napięcia do zasilania płyty: pobór prądu jest niewielki.
   Kabel USB A-B do podłączenia Arduino Uno do komputera.
2. Podłącz zewnętrzne diody LED. Tutaj dodatkowo będziesz potrzebować:
   • sama dioda LED;
   • rezystor ograniczający prąd o mocy 0,25 W (lub więcej) o wartości nominalnej 250-1000 omów (w zależności od diody LED);
   • przewody i lutownica do podłączenia obwodu zewnętrznego.

Podłączenie zewnętrznej diody LED bezpośrednio do wyjścia kontrolera.

Diody LED są połączone katodą z dowolnym wyjściem cyfrowym mikrokontrolera, anodą ze wspólnym przewodem przez rezystor balastowy. Przy dużej liczbie diod LED może być potrzebne dodatkowe źródło zasilania.

Czy można podłączyć wiele diod LED do jednego wyjścia?

Może być konieczne podłączenie zewnętrznej diody LED lub grupy diod LED do dowolnego wyjścia. Jak wspomniano, obciążalność jednego wyjścia mikrokontrolera jest niewielka. Można do niego bezpośrednio podłączyć równolegle jedną lub dwie diody LED o poborze prądu 15 mA. Nie warto testować przeżywalności wyjścia przy obciążeniu na granicy możliwości lub jego przekroczeniu. Lepiej użyć przełącznika na tranzystorze (polowe lub dwubiegunowe).

Podłączenie LED przez przełącznik tranzystorowy na bipolarnej triodzie.

Rezystor R1 należy dobrać tak, aby przepływający przez nie prąd nie przekraczał obciążalności wyjścia. Lepiej wziąć połowę lub mniej maksimum. Tak więc, aby ustawić umiarkowany prąd w 10 mA, rezystancja przy 5 woltach zasilania powinna wynosić 500 omów.

Każda dioda LED musi mieć własny rezystor balastowy, niepożądane jest zastępowanie go jednym wspólnym. Rbal jest wybierany tak, aby ustawić jego prąd roboczy przez każdą diodę LED. Tak więc dla napięcia zasilania 5 woltów i prądu 20 mA, rezystancja powinna wynosić 250 omów lub najbliższą standardową wartość.

Należy upewnić się, że całkowity prąd płynący przez kolektor tranzystora nie przekracza jego maksymalnej wartości. Tak więc dla tranzystora KT3102 największy Ik powinien być ograniczony do 100 mA. Oznacza to, że można do niego podłączyć nie więcej niż 6 diod LED z prądem. 15 mA. Jeśli to nie wystarczy, należy użyć mocniejszego klucza.Jest to jedyne ograniczenie wyboru tranzystora n-p-n w takim obwodzie. Nawet tutaj teoretycznie konieczne jest uwzględnienie wzmocnienia triody, ale w tych warunkach (prąd wejściowy 10 mA, wyjście 100) powinno wynosić tylko co najmniej 10. Każdy nowoczesny tranzystor może wytworzyć takie h21e.

Taki układ nadaje się nie tylko do podbijania prądu wyjściowego mikrokontrolera. Dzięki temu można podłączyć wystarczająco mocne siłowniki (przekaźniki, solenoidy, silniki elektryczne) zasilane zwiększonym napięciem (na przykład 12 woltów). Podczas obliczania musisz wziąć odpowiednią wartość napięcia.

Możesz także użyć do wykonania klawiszy MOSFET-y, ale mogą wymagać wyższego napięcia do otwarcia niż może wyprowadzić Arduino. W takim przypadku należy zapewnić dodatkowe obwody i elementy. Aby tego uniknąć, konieczne jest zastosowanie tak zwanych „cyfrowych” tranzystorów polowych - potrzebują 5 wolt otworzyć. Ale są mniej powszechne.

Programowe sterowanie diodą LED

Samo podłączenie diody LED do wyjścia mikrokontrolera niewiele daje. Niezbędne jest programowe opanowanie sterowania diodą LED z Arduino. Można to zrobić w języku Arduino, który jest oparty na C (C). Ten język programowania jest adaptacją C do początkowej nauki. Po jej opanowaniu przejście na C++ będzie łatwe. Aby pisać szkice (tak nazywa się programy dla Arduino) i debugować je na żywo, należy wykonać następujące czynności:

• zainstalować Arduino IDE na komputerze osobistym;
• może być konieczne zainstalowanie sterownika układu komunikacyjnego USB;
• podłącz płytkę do komputera za pomocą kabla USB-microUSB.

Interfejs środowiska programistycznego Arduino IDE jest zaproszeniem do napisania programu.

Symulatory komputerowe mogą służyć do debugowania prostych programów i obwodów. Symulację działania płytek Arduino Uno i Nano wspiera np. Proteus (od wersji 8). Wygoda symulatora polega na tym, że nie można wyłączyć sprzętu za pomocą błędnie zmontowanego obwodu.

Symulacja Arduino z podłączoną diodą LED w Proteus 8.23.

Szkice składają się z dwóch modułów:

• organizować coś - wykonywane jednorazowo przy starcie programu, inicjuje zmienne i tryby pracy sprzętu;
• pętla – jest wykonywany cyklicznie po bloku setup do nieskończoności.

Do Połączenie LED możesz użyć dowolnego z 14 wolnych pinów (pinów), które często są błędnie nazywane portami. W rzeczywistości port to po prostu grupa szpilek. Przypinka to tylko element.

Przykład sterowania jest rozważany dla pinu 13 - dioda LED jest już do niego podłączona na płytce (poprzez wzmacniacz-wtórnik na płytce Uno, przez rezystor na płytce Nano). Aby pracować z pinem portu, musi być skonfigurowany w trybach wejścia lub wyjścia. Wygodnie jest to zrobić w treści konfiguracji, ale nie jest to konieczne - miejsce docelowe wyjścia można zmieniać dynamicznie. Oznacza to, że podczas wykonywania programu port może pracować zarówno na wejściu, jak i na wyjściu danych.

Inicjalizacja pinu 13 Arduino (pin PB5 portu B mikrokontrolera ATmega 328) wygląda następująco:

pusta konfiguracja()

{

pinMode(13, Wyjście);

}

Po wykonaniu tego polecenia pin 13 płytki będzie działał w trybie wyjściowym, domyślnie będzie to stan logiczny niski. Podczas wykonywania programu można do niego wpisać zero lub jeden. Rekord jednostki wygląda tak:

pusta pętla ()

{

digitalWrite(13, WYSOKA);

}

Teraz pin 13 płytki zostanie ustawiony wysoko - logiczny i można go użyć do zapalenia diody LED.

Aby wyłączyć diodę LED, musisz ustawić wyjście na zero:

digitalWrite(13, LOW);

Tak więc, pisząc na przemian jedynkę i zero do odpowiedniego bitu rejestru portu, można sterować urządzeniami zewnętrznymi.

Teraz możesz skomplikować program Arduino do sterowania diodą LED i nauczyć się mrugać elementem świecącym:

pusta konfiguracja()

{

pinMode(13, Wyjście);

}

pusta pętla ()

{

digitalWrite(13, WYSOKA);

opóźnienie (1000);

digitalWrite(13, LOW);

opóźnienie (1000);

}

Zespół opóźnienie(1000) tworzy opóźnienie 1000 milisekund lub jedną sekundę. Zmieniając tę ​​wartość można zmienić częstotliwość lub cykl pracy migania diody LED. Jeżeli do innego wyjścia płytki podłączona jest zewnętrzna dioda LED, to w programie zamiast 13 należy podać numer wybranego pinu.

Dla jasności polecamy serię filmów.

Po opanowaniu połączeń diod LED z Arduino i nauczeniu się, jak nim sterować, możesz przejść na nowy poziom i pisać inne, bardziej złożone programy. Na przykład możesz nauczyć się przełączać dwie lub więcej diod LED za pomocą przycisku, zmieniać częstotliwość migania za pomocą zewnętrznego potencjometru, regulować jasność świecenia za pomocą PWM, zmieniać kolor emitera RGB. Poziom zadań ogranicza tylko wyobraźnia.