Cum se conectează LED-ul la placa Arduino

Platforma Arduino este extrem de populară în întreaga lume. Un instrument ideal pentru primii pași în dezvoltarea programării și managementului hardware. Pe măsură ce creșteți în abilități, puteți mări arhitectura adăugând periferice și construiți sisteme mai complexe care rulează programe mai complexe. Plăcile Arduino Uno și Arduino Nano sunt potrivite pentru formarea inițială. Pe exemplul lor, se ia în considerare conexiunea LED-ului la Arduino.

Ce este Arduino Uno și Arduino Nano

Baza plăcii Arduino Uno este microcontrolerul ATmega328. Are și elemente suplimentare:

• rezonator cu cuarț;
• butonul de resetare;
• conector USB;
• stabilizator de tensiune integrat;
• stecher;
• mai multe LED-uri pentru indicarea modurilor;
• cip de comunicare pentru canal USB;
• conector pentru programare în circuit;
• câteva elemente mai active și pasive.

Toate acestea vă permit să faceți primii pași fără a folosi un fier de lipit și să evitați etapa de fabricație a unei plăci de circuit imprimat.Unitatea este alimentată de o sursă externă de tensiune de 7..12 V sau printr-un conector USB. Prin intermediul acestuia, modulul este conectat la PC pentru a descărca schița. Placa are o sursă de tensiune de 3,3 V pentru alimentarea dispozitivelor externe. 6, 14 ieșiri digitale de uz general sunt disponibile pentru funcționare. Capacitatea de sarcină a ieșirii digitale atunci când este alimentată cu 5 V este de 40 mA. Aceasta înseamnă că un LED poate fi conectat direct la el prin intermediul rezistor limitator.

Arduino Uno.

Placa Arduino Nano este pe deplin compatibilă cu Uno, dar mai mică ca dimensiune și are unele diferențe și simplificări indicate în tabel.

Arduino Nano.

Diferențele nu sunt fundamentale și nu contează pentru subiectul revizuirii.

De ce aveți nevoie pentru a conecta LED-ul la placa Arduino

Există două opțiuni pentru conectarea LED-ului. În scopuri de învățare, puteți alege oricare.

1. Utilizați LED-ul încorporat. În acest caz, nu este nevoie de nimic altceva, cu excepția unui cablu pentru conectarea la un computer prin intermediul unui conector USB - pentru alimentare și programare. Nu are sens să folosiți o sursă externă de tensiune pentru alimentarea plăcii: consumul de curent este mic.
   Cablu USB A-B pentru a conecta Arduino Uno la PC.
2. Conectați LED-urile externe. Aici veți avea nevoie suplimentar de:
   • LED-ul în sine;
   • rezistor limitator de curent cu o putere de 0,25 W (sau mai mult) cu o valoare nominala de 250-1000 ohmi (in functie de LED);
   • fire și un fier de lipit pentru conectarea unui circuit extern.

Conectarea unui LED extern direct la ieșirea controlerului.

LED-urile sunt conectate catod la orice ieșire digitală a microcontrolerului, anodul la un fir comun printr-un rezistor de balast. Cu un număr mare de LED-uri, poate fi necesară o sursă de alimentare suplimentară.

Este posibil să conectați mai multe LED-uri la o singură ieșire

Poate fi necesar să conectați un LED extern sau un grup de LED-uri la oricare dintre ieșiri. Capacitatea de încărcare a unei ieșiri a microcontrolerului, așa cum s-a menționat, este mică. Unul sau două LED-uri cu un consum de curent de 15 mA pot fi conectate direct la acesta în paralel. Nu merită să testați capacitatea de supraviețuire a ieșirii cu o sarcină în pragul posibilității sau depășirea acesteia. Este mai bine să folosiți un comutator pe un tranzistor (de câmp sau bipolar).

Conectarea LED-ului printr-un comutator cu tranzistor pe o triodă bipolară.

Rezistor R1 trebuie ales astfel încât curentul prin acesta să nu depășească capacitatea de sarcină a ieșirii. Este mai bine să luați jumătate sau mai puțin din maxim. Deci, pentru a seta un curent moderat în 10 mA, rezistența la 5 volți de alimentare ar trebui să fie 500 ohmi.

Fiecare LED trebuie să aibă propriul rezistor de balast, nu este de dorit să îl înlocuiți cu unul comun. Rbal este ales astfel încât să își stabilească curentul de funcționare prin fiecare LED. Deci, pentru o tensiune de alimentare de 5 volți și un curent de 20 mA, rezistența ar trebui să fie de 250 ohmi sau cea mai apropiată valoare standard.

Este necesar să se asigure că curentul total prin colectorul tranzistorului nu depășește valoarea maximă a acestuia. Deci, pentru tranzistorul KT3102, cel mai mare Ik ar trebui limitat la 100 mA. Aceasta înseamnă că nu pot fi conectate mai mult de 6 LED-uri cu curent. 15 mA. Dacă acest lucru nu este suficient, trebuie folosită o cheie mai puternică.Aceasta este singura restricție pentru alegerea unui tranzistor n-p-n într-un astfel de circuit. Chiar și aici, teoretic, este necesar să se țină cont de câștigul triodei, dar pentru aceste condiții (curent de intrare 10 mA, ieșire 100) ar trebui să fie doar cel puțin 10. Orice tranzistor modern poate produce un astfel de h21e.

Un astfel de circuit este potrivit nu numai pentru creșterea curentului de ieșire a microcontrolerului. Astfel, puteți conecta actuatoare suficient de puternice (relee, solenoizi, motoare electrice) alimentate cu tensiune crescută (de exemplu, 12 volți). Când calculați, trebuie să luați valoarea tensiunii corespunzătoare.

Puteți folosi și pentru a executa taste MOSFET-uri, dar pot necesita o tensiune mai mare pentru a se deschide decât poate ieși Arduino. În acest caz, trebuie prevăzute circuite și elemente suplimentare. Pentru a evita acest lucru, este necesar să folosiți așa-numitele tranzistoare cu efect de câmp „digitale” - au nevoie de 5 volt a deschide. Dar sunt mai puțin frecvente.

Controlul programatic al unui LED

Pur și simplu conectarea unui LED la ieșirea microcontrolerului face puțin. Este necesar să stăpâniți programatic controlul LED-ului de la Arduino. Acest lucru se poate face în limbajul Arduino, care se bazează pe C (C). Acest limbaj de programare este o adaptare a C pentru învățarea inițială. După ce îl stăpânești, trecerea la C ++ va fi ușoară. Pentru a scrie schițe (cum sunt numite programele pentru Arduino) și a le depana live, trebuie să faceți următoarele:

• instalați Arduino IDE pe un computer personal;
• poate fi necesar să instalați un driver pentru cipul de comunicare USB;
• conectați placa la un computer folosind un cablu USB-microUSB.

Interfața mediului de dezvoltare Arduino IDE este o invitație de a scrie un program.

Simulatoarele de calculator pot fi folosite pentru a depana programe și circuite simple. Simularea funcționării plăcilor Arduino Uno și Nano este suportată, de exemplu, de Proteus (începând cu versiunea 8). Comoditatea simulatorului este că este imposibil să dezactivați hardware-ul cu un circuit asamblat eronat.

Simularea Arduino cu un LED conectat în Proteus 8.23.

Schițele constau din două module:

• înființat - executat o singură dată la pornirea programului, inițializează variabilele și modurile de funcționare ale hardware-ului;
• buclă – se execută ciclic după blocul de configurare la infinit.

Pentru Conexiune LED puteți folosi oricare dintre cei 14 pini liberi (pini), care sunt adesea numiti incorect porturi. De fapt, portul este, pur și simplu vorbind, un grup de pini. Pinul este doar un element.

Un exemplu de control este luat în considerare pentru pinul 13 - un LED este deja conectat la el pe placă (printr-un amplificator-follower pe placa Uno, printr-un rezistor pe Nano). Pentru a funcționa cu un pin de port, acesta trebuie configurat în modurile de intrare sau de ieșire. Este convenabil să faceți acest lucru în corpul de configurare, dar nu este necesar - destinația de ieșire poate fi schimbată dinamic. Adică, în timpul execuției programului, portul poate funcționa fie pentru intrare, fie pentru ieșire de date.

Inițializarea pinului 13 al Arduino (pinul PB5 al portului B al microcontrolerului ATmega 328) este după cum urmează:

void setup()

{

pinMode(13, Ieșire);

}

După executarea acestei comenzi, pinul 13 al plăcii va funcționa în modul de ieșire, implicit va fi logic scăzut. În timpul execuției programului, se poate scrie zero sau unul. Înregistrarea unității arată astfel:

buclă goală ()

{

digitalWrite(13, HIGH);

}

Acum pinul 13 al plăcii va fi setat înalt - unul logic și poate fi folosit pentru a aprinde LED-ul.

Pentru a opri LED-ul, trebuie să setați ieșirea la zero:

digitalWrite(13, LOW);

Deci, scriind alternativ unu și zero la bitul corespunzător al registrului portului, puteți controla dispozitivele externe.

Acum puteți complica programul Arduino pentru a controla LED-ul și a învăța cum să clipească elementul emițător de lumină:

void setup()

{

pinMode(13, Ieșire);

}

buclă goală ()

{

digitalWrite(13, HIGH);

întârziere (1000);

digitalWrite(13, LOW);

întârziere (1000);

}

Echipă întârziere (1000) creează o întârziere de 1000 de milisecunde sau o secundă. Schimbând această valoare, puteți modifica frecvența sau ciclul de lucru al LED-ului care clipește. Dacă un LED extern este conectat la o altă ieșire a plăcii, atunci în program, în loc de 13, trebuie să specificați numărul pinului selectat.

Pentru claritate, vă recomandăm o serie de videoclipuri.

După ce ați stăpânit conexiunile LED-ului la Arduino și ați învățat cum să-l controlați, puteți trece la un nou nivel și puteți scrie alte programe mai complexe. De exemplu, puteți învăța cum să comutați două sau mai multe LED-uri cu un buton, să schimbați frecvența de clipire folosind un potențiometru extern, să reglați luminozitatea strălucirii folosind PWM, să schimbați culoarea unui emițător RGB. Nivelul sarcinilor este limitat doar de imaginație.