Jak připojit LED k desce Arduino

Platforma Arduino je velmi populární po celém světě. Ideální nástroj pro první kroky ve vývoji programování a správy hardwaru. S rostoucími dovednostmi můžete škálovat architekturu přidáváním periferií a budovat složitější systémy, na kterých běží složitější programy. Desky Arduino Uno a Arduino Nano jsou vhodné pro počáteční trénink. Na jejich příkladu je zvažováno připojení LED k Arduinu.

Co je Arduino Uno a Arduino Nano

Základem desky Arduino Uno je mikrokontrolér ATmega328. Má také další prvky:

• křemenný rezonátor;
• tlačítko reset;
• USB konektor;
• integrovaný stabilizátor napětí;
• napájecí konektor;
• několik LED pro indikaci režimů;
• komunikační čip pro USB kanál;
• konektor pro programování v obvodu;
• několik dalších aktivních a pasivních prvků.

To vše vám umožní udělat první kroky bez použití páječky a vyhnout se fázi výroby desky s plošnými spoji.Jednotka je napájena z externího zdroje napětí 7..12 V nebo přes USB konektor. Přes něj je modul připojen k PC pro stažení náčrtu. Deska má zdroj napětí 3,3 V pro napájení externích zařízení. K provozu je k dispozici 6, 14 univerzálních digitálních výstupů. Zatížitelnost digitálního výstupu při napájení 5 V je 40 mA. To znamená, že k němu lze přímo připojit LED omezovací odpor.

Arduino Uno.

Deska Arduino Nano je plně kompatibilní s Uno, ale je menší velikosti a má některé rozdíly a zjednodušení uvedené v tabulce.

Arduino Nano.

Rozdíly nejsou zásadní a pro téma recenze nevadí.

Co potřebujete k připojení LED k desce Arduino

Existují dvě možnosti připojení LED. Pro účely učení si můžete vybrat libovolné.

1. Použijte vestavěnou LED. V tomto případě není potřeba nic jiného, ​​kromě kabelu pro připojení k PC přes USB konektor - pro napájení a programování. Pro napájení desky nemá smysl používat externí zdroj napětí: proudový odběr je malý.
   USB A-B kabel pro připojení Arduino Uno k PC.
2. Připojte externí LED. Zde budete navíc potřebovat:
   • samotná LED;
   • rezistor omezující proud s výkonem 0,25 W (nebo více) s nominální hodnotou 250-1000 ohmů (v závislosti na LED);
   • vodiče a páječku pro připojení vnějšího obvodu.

Připojení externí LED přímo k výstupu regulátoru.

LED diody jsou připojeny katodou k libovolnému digitálnímu výstupu mikrokontroléru, anodou ke společnému vodiči přes předřadný odpor. Při velkém počtu LED diod může být zapotřebí další zdroj energie.

Je možné připojit více LED na jeden výstup

Může být nutné připojit externí LED nebo skupinu LED k některému z výstupů. Zatížitelnost jednoho výstupu mikrokontroléru, jak bylo zmíněno, je malá. K němu lze přímo paralelně připojit jednu nebo dvě LED s proudovým odběrem 15 mA. Nemá cenu testovat přežití výstupu se zátěží na hranici možností nebo jejím překročením. Je lepší použít spínač na tranzistoru (polní nebo bipolární).

Připojení LED přes tranzistorový spínač na bipolární triodě.

Rezistor R1 musí být zvolena tak, aby jím procházející proud nepřesáhl zatížitelnost výstupu. Je lepší vzít polovinu nebo méně z maxima. Chcete-li tedy nastavit mírný proud 10 mA, měl by být odpor při napájecím napětí 5 voltů 500 ohmů.

Každá LED musí mít svůj předřadný odpor, je nežádoucí jej nahrazovat jedním společným. Rbal je zvolen tak, aby nastavil jeho provozní proud přes každou LED. Tedy pro napájecí napětí 5 voltů a proud o 20 mA, odpor by měl být 250 ohmů nebo nejbližší standardní hodnota.

Je nutné zajistit, aby celkový proud kolektorem tranzistoru nepřekročil jeho maximální hodnotu. Takže pro tranzistor KT3102 by měl být největší Ik omezen na 100 mA. To znamená, že k němu nelze připojit více než 6 LED s proudem. 15 mA. Pokud to nestačí, je třeba použít výkonnější klíč.Toto je jediné omezení pro výběr n-p-n tranzistoru v takovém obvodu. I zde je teoreticky nutné počítat se zesílením triody, ale pro tyto podmínky (vstupní proud 10 mA, výstup 100) by to mělo být jen minimálně 10. Takový h21e umí vyrobit každý moderní tranzistor.

Takový obvod je vhodný nejen pro posílení proudového výstupu mikrokontroléru. Můžete tak připojit dostatečně výkonné akční členy (relé, solenoidy, elektromotory) napájené zvýšeným napětím (například 12 voltů). Při výpočtu musíte vzít odpovídající hodnotu napětí.

Můžete také použít ke spuštění kláves MOSFETy, ale mohou vyžadovat vyšší napětí k otevření, než může Arduino vydávat. V tomto případě musí být zajištěny další obvody a prvky. Aby se tomu zabránilo, je nutné použít tzv. „digitální“ tranzistory s efektem pole – potřebují 5 volt otevřít. Jsou ale méně časté.

Programové ovládání LED

Pouhé připojení LED k výstupu mikrokontroléru dělá málo. Je potřeba ovládat ovládání LED z Arduina programově. To lze provést v jazyce Arduino, který je založen na C (C). Tento programovací jazyk je adaptací jazyka C pro počáteční učení. Po jeho zvládnutí bude přechod na C++ snadný. Chcete-li napsat náčrtky (jak se programy pro Arduino nazývají) a ladit je naživo, musíte provést následující:

• nainstalujte Arduino IDE na osobní počítač;
• možná budete muset nainstalovat ovladač pro komunikační čip USB;
• připojte desku k PC pomocí USB-microUSB kabelu.

Rozhraní vývojového prostředí Arduino IDE je pozvánkou k napsání programu.

Počítačové simulátory lze použít k ladění jednoduchých programů a obvodů. Simulaci provozu desek Arduino Uno a Nano podporuje například Proteus (od verze 8). Výhodou simulátoru je, že není možné deaktivovat hardware pomocí chybně sestaveného obvodu.

Simulace Arduina s připojenou LED v Proteus 8.23.

Skici se skládají ze dvou modulů:

• založit - proveden jednou při spuštění programu, inicializuje proměnné a režimy provozu hardwaru;
• smyčka – se provádí cyklicky po bloku nastavení do nekonečna.

Pro LED připojení můžete použít kterýkoli ze 14 volných pinů (pinů), kterým se často nesprávně říká porty. Ve skutečnosti je port, jednoduše řečeno, skupina pinů. Pin je jen prvek.

Příklad ovládání je uvažován pro pin 13 - k němu je již na desce připojena LED (přes zesilovač-sledovač na desce Uno, přes odpor na Nano). Aby fungoval s pinem portu, musí být nakonfigurován ve vstupním nebo výstupním režimu. Je vhodné to udělat v těle nastavení, ale není to nutné – cíl výstupu lze dynamicky měnit. To znamená, že během provádění programu může port pracovat buď pro vstup, nebo pro výstup dat.

Inicializace pinu 13 Arduina (pin PB5 portu B mikrokontroléru ATmega 328) je následující:

void setup()

{

pinMode(13, Výstup);

}

Po provedení tohoto příkazu bude pin 13 desky pracovat ve výstupním režimu, standardně bude logický low. Během provádění programu do něj lze zapsat nulu nebo jedničku. Záznam jednotky vypadá takto:

void loop()

{

digitalWrite(13, VYSOKÉ);

}

Nyní bude pin 13 desky nastaven vysoko - logický a lze jej použít k rozsvícení LED.

Chcete-li LED vypnout, musíte nastavit výstup na nulu:

digitalWrite(13, NÍZKÁ);

Takže střídavým zápisem jedničky a nuly do odpovídajícího bitu registru portů můžete ovládat externí zařízení.

Nyní můžete zkomplikovat program Arduino pro ovládání LED a naučit se blikat prvek emitující světlo:

void setup()

{

pinMode(13, Výstup);

}

void loop()

{

digitalWrite(13, VYSOKÉ);

zpoždění(1000);

digitalWrite(13, NÍZKÁ);

zpoždění(1000);

}

tým zpoždění (1000) vytvoří zpoždění 1000 milisekund nebo jednu sekundu. Změnou této hodnoty můžete změnit frekvenci nebo pracovní cyklus blikání LED. Pokud je externí LED připojena k jinému výstupu desky, pak v programu musíte místo 13 zadat číslo zvoleného pinu.

Pro přehlednost doporučujeme sérii videí.

Po zvládnutí připojení LED k Arduinu a naučení se, jak jej ovládat, se můžete posunout na novou úroveň a psát další, složitější programy. Můžete se například naučit přepínat dvě nebo více LED pomocí tlačítka, měnit frekvenci blikání pomocí externího potenciometru, nastavovat jas svitu pomocí PWM, měnit barvu RGB zářiče. Úroveň úkolů je omezena pouze představivostí.