Sådan tilsluttes en LED til et Arduino Board

Arduino-platformen er enormt populær over hele verden. Det er det ideelle værktøj til de første skridt i at lære at programmere og styre hardwaren. Efterhånden som dine færdigheder vokser, kan du øge arkitekturen ved at tilføje periferikort og skabe mere komplekse systemer, der kører mere komplekse programmer. Arduino Uno- og Arduino Nano-kortet er velegnet til den indledende oplæring. Vi vil bruge disse kort som et eksempel på at forbinde en LED til Arduino'en.

Hvad er Arduino Uno og Arduino Nano?

Grundlaget for Arduino Uno-kortet er ATmega328-mikrocontrolleren. Der er også yderligere elementer på den:

• en kvartsresonator;
• nulstillingsknappen;
• USB-stik;
• integreret spændingsregulator;
• strømstik;
• Flere lysdioder til indikation af tilstand;
• USB-kommunikationschip;
• Programmeringsstik på chippen;
• Flere andre aktive og passive elementer.

Alt dette giver dig mulighed for at udføre de første trin uden at bruge en loddekolbe og undgå at skulle lave et printkort. Enheden forsynes med strøm fra en ekstern 7...12V-strømforsyning eller via en USB-forbindelse. Det forbinder også modulet med en pc for at indlæse skitsen. Kortet har en 3,3 V strømforsyning til eksterne enheder. Der er 6, 14 digitale udgange til generelle formål til rådighed til drift. Belastningskapaciteten for den digitale udgang er 40 mA, når den er forsynet med 5 V. Det betyder, at en LED kan tilsluttes direkte til den via en begrænsningsmodstand.

Arduino Uno.

Arduino Nano boardet er fuldt ud kompatibelt med Uno, men er mindre og har nogle forskelle og forenklinger, som vist i tabellen.

Arduino Nano.

Forskellene er ikke fundamentale og er ikke vigtige for emnet for denne undersøgelse.

Det skal du bruge for at tilslutte LED'en til Arduino-boardet

Der er to muligheder for at tilslutte LED'en. Til læringsformål kan du vælge en af dem.

1. Brug den indbyggede LED. I dette tilfælde kræves der ikke andet end et kabel til tilslutning til en pc via USB - til strøm og programmering. Der er ingen grund til at bruge en ekstern strømforsyning til at forsyne kortet: strømforbruget er lavt.
   Et USB A-B-kabel til at forbinde Arduino Uno med pc'en.
2. Tilslut de eksterne lysdioder. Du skal desuden have følgende:
   • Selve LED'en;
   • en 0,25 W strømbegrænsningsmodstand (eller mere) med en nominel styrke på 250-1000 ohm (afhængigt af LED'en);
   • Ledninger og en loddekolbe til tilslutning af det eksterne kredsløb.

Tilslut ekstern LED direkte til controlleren udgang.

LED'erne er forbundet med katode til en digital pin på mikrocontrolleren og anoden til den fælles ledning via ballastmodstanden. Der kan også være behov for en ekstra strømforsyning, hvis antallet af lysdioder er højt.

Er det muligt at tilslutte flere lysdioder til en pin

Det kan være nødvendigt at tilslutte en ekstern LED eller en gruppe af LED'er til en af pinsene. Belastningskapaciteten for en pin på mikrocontrolleren er som nævnt lille. En eller to lysdioder med et strømforbrug på 15 mA kan tilsluttes direkte parallelt til den. Det er ikke en god idé at afprøve en stifts overlevelsesevne med en belastning, der ligger på eller over grænsen for dens kapacitet. En transistorbaseret switch (felt- eller bipolær) er et bedre valg. (felt eller bipolær).

LED-tilslutning via en transistorkontakt på en bipolær triode.

Modstand R1 skal vælges således, at strømmen gennem den ikke overstiger udgangens strømføringsevne. Det er bedre at tage halvdelen eller mindre af det maksimale antal. Så for at indstille en moderat strøm på 10 mA., modstanden ved 5 volt forsyning skal være 500 Ohm..

Hver LED skal have sin egen ballastmodstand, og det er ikke ønskeligt at erstatte den med en fælles modstand. Rbal skal vælges således, at driftsstrømmen gennem hver LED kan indstilles. For en forsyningsspænding på 5 volt og en strøm på 20 mA, skal modstanden være 250 ohm eller den nærmeste standardværdi.

Det skal sikres, at den samlede strøm gennem transistorens kollektor ikke overstiger dens maksimale værdi. For en KT3102-transistor bør den højeste Ik-værdi f.eks. begrænses til 100 mA. Det betyder, at der ikke kan tilsluttes mere end 6 lysdioder med en strømstyrke på 15 mA. Hvis dette ikke er tilstrækkeligt, skal der anvendes en stærkere kontakt. Dette er den eneste begrænsning for valget af en n-p-n-transistor i et sådant kredsløb. Teoretisk set skal der tages hensyn til triodeforstærkningen, men under de givne forhold (indgangsstrøm 10 mA, udgang 100 mA) skal den være mindst 10. Denne h21e kan produceres af enhver moderne transistor.

Dette kredsløb er ikke kun egnet til at øge strømmen fra mikrocontrollerens udgang. Du kan tilslutte tilstrækkeligt kraftige aktuatorer (relæer, solenoider, elmotorer), der drives af en højere spænding (f.eks. 12 volt) på denne måde. Ved beregningen skal du tage den relevante spændingsværdi.

Det er også muligt at bruge MOSFET-transistorermen de kan kræve en højere spænding for at åbne, end Arduino-udgangen kan levere. I så fald skal der tilvejebringes yderligere kredsløb og elementer. For at undgå dette bør du bruge såkaldte "digitale" felteffekttransistorer - de har kun brug for 5 5 volt for at åbne. Men de er mindre almindelige.

Softwarestyring af lysdioder

At tilslutte en LED til mikrocontrollerens udgang er ikke særlig effektivt. Du skal lære, hvordan du styrer LED'en fra Arduino'en programmatisk. Det kan du gøre med Arduino-sproget, som er baseret på C (C). Dette programmeringssprog er en tilpasning af C til den grundlæggende uddannelse. Når du først har lært det, er det ikke svært at gå over til C++. For at kunne skrive skitser (sådan kaldes programmer til Arduino) og debugge dem live skal du gøre følgende:

• installere Arduino IDE-miljøet på pc'en;
• skal du muligvis installere driveren til USB-kommunikationschippen;
• Tilslut kortet til pc'en med et USB-microUSB-kabel.

Arduino IDE-grænsefladen er en opfordring til at skrive et program.

Computersimulatorer kan bruges til at fejlfinde simple programmer og kredsløb. Proteus (fra version 8 og frem) understøtter f.eks. simulering af Arduino Uno- og Nano-kort. Det praktiske ved simulatoren er, at det ikke er muligt at bryde jernet, hvis kredsløbet er monteret forkert.

En simulering af Arduino med en tilsluttet LED i Proteus 8.23.

Skemaerne består af to moduler:

• opsætning - udføres én gang, når programmet startes, og initialiserer jernets variabler og tilstande;
• loop - kører cyklisk efter opsætning indtil uendelighed.

Til LED Alle de 14 frie pins, som ofte fejlagtigt kaldes porte, kan bruges til at tilslutte LED'en. En port er faktisk, forenklet sagt, en gruppe af pins. Stiften er blot et element.

Et eksempel på kontrol er pin 13 - der er allerede tilsluttet en LED på kortet (via en repeaterforstærker på Uno-kortet og via en modstand på nano-kortet). For at arbejde med portpinden skal du konfigurere den i input- eller outputtilstand. Det er praktisk at gøre det i opsætningsdelen, men det er ikke nødvendigt - pin-tilknytningen kan ændres dynamisk. Det betyder, at porten kan fungere som input eller output under udførelsen af programmet.

Initialiseringen af pin 13 på Arduino'en (pin PB5 i port B på ATmega 328) ser ud som følger:

void setup ()

{

pinMode (13, Output);

}

Efter at have udført denne kommando vil pin 13 på kortet fungere i output-tilstand, og som standard vil den have et lavt logisk niveau. Du kan skrive nul eller et til den, mens programmet kører. Et af dem ser således ud:

void loop ()

{

digitalWrite (13, HIGH);

}

Kortets pin 13 vil nu være sat til et højt niveau, et logisk et, og kan bruges til at tænde LED'en.

For at slukke LED'en skal udgangen sættes til nul:

digitalWrite (13, LOW);

Ved at skrive skiftevis et og nul til de tilsvarende bits i portregisteret kan du styre eksterne enheder.

Nu kan vi komplicere Arduino-programmet til at styre LED'en og lære at blinke det lysemitterende element:

void setup ()

{

pinMode (13, Output);

}

void loop ()

{

digitalWrite (13, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite (13, LOW);

delay(1000);

}

Kommando forsinkelse(1000) kommandoen skaber en forsinkelse på 1000 millisekunder eller et sekund. Ved at ændre denne værdi kan du ændre frekvensen eller blinkefrekvensen for LED'en. Hvis du tilslutter en ekstern LED til en anden pin på kortet, skal du også angive nummeret på den valgte pin i stedet for 13 i programmet.

Vi anbefaler en række videoer for at skabe klarhed.

Når du først har lært at styre LED-tilslutningerne til Arduino'en og lært at styre dem, kan du gå videre til næste niveau og skrive andre, mere komplekse programmer. Du kan f.eks. lære at skifte to eller flere lysdioder med en knap, ændre blinkefrekvensen med et eksternt potentiometer, justere lysstyrken af gløden med PWM eller ændre farven på en RGB-emitter. Udfordringsniveauet er kun begrænset af fantasien.