Anbringen einer LED an ein Arduino-Board

Die Arduino-Plattform ist auf der ganzen Welt sehr beliebt. Es ist das ideale Werkzeug für die ersten Schritte beim Erlernen der Programmierung und Steuerung der Hardware. Mit zunehmender Erfahrung können Sie die Architektur durch Hinzufügen von Peripheriekarten erweitern und komplexere Systeme erstellen, die komplexere Programme ausführen. Die Boards Arduino Uno und Arduino Nano eignen sich für die Erstausbildung. Wir werden diese Platinen als Beispiel für den Anschluss einer LED an den Arduino verwenden.

Was sind Arduino Uno und Arduino Nano?

Die Basis des Arduino Uno Boards ist der ATmega328 Mikrocontroller. Sie enthält auch zusätzliche Elemente:

• einen Quarzresonator;
• Reset-Taste;
• USB-Anschluss;
• integrierter Spannungsregler;
• Stromanschluss;
• Mehrere LEDs zur Anzeige der Betriebsart;
• USB-Kommunikations-Chip;
• On-Chip-Programmieranschluss;
• Verschiedene andere aktive und passive Elemente.

So können Sie die ersten Schritte ohne Lötkolben machen und den Schritt der Herstellung einer Leiterplatte vermeiden. Das Gerät wird über eine externe 7...12V-Versorgung oder über einen USB-Anschluss mit Strom versorgt. Außerdem wird das Modul mit einem PC verbunden, um die Skizze zu laden. Das Board verfügt über eine 3,3-V-Stromversorgung für externe Geräte. Es stehen 6 bzw. 14 universelle Digitalausgänge für den Betrieb zur Verfügung. Die Belastbarkeit des Digitalausgangs bei einer Versorgungsspannung von 5 V beträgt 40 mA. Das bedeutet, dass eine LED direkt über ein Kabel an das Gerät angeschlossen werden kann. Begrenzungswiderstand.

Arduino Uno.

Das Arduino Nano Board ist vollständig kompatibel mit dem Uno, ist aber kleiner und hat einige Unterschiede und Vereinfachungen, wie in der Tabelle gezeigt.

Arduino Nano.

Die Unterschiede sind nicht grundlegend und für das Thema dieser Überprüfung nicht von Bedeutung.

Was Sie benötigen, um die LED an das Arduino-Board anzuschließen

Für den Anschluss der LED gibt es zwei Möglichkeiten. Zu Lernzwecken können Sie eine der beiden Möglichkeiten wählen.

1. Verwenden Sie die eingebaute LED. In diesem Fall ist außer einem Kabel zum Anschluss an einen PC über USB - für die Stromversorgung und die Programmierung - nichts weiter erforderlich. Die Verwendung eines externen Netzteils zur Versorgung der Platine ist nicht sinnvoll: Der Stromverbrauch ist gering.
   Ein USB-A-B-Kabel, um den Arduino Uno mit dem PC zu verbinden.
2. Anschluss der externen LEDs. Zusätzlich benötigen Sie Folgendes:
   • Die LED selbst;
   • einen 0,25-W-Strombegrenzungswiderstand (oder mehr) mit einer Leistung von 250-1000 Ohm (je nach LED);
   • Drähte und ein Lötkolben für den Anschluss der externen Schaltung.

Schließen Sie die externe LED direkt an den Ausgang des Controllers an.

Die LEDs werden mit der Kathode an einen beliebigen digitalen Pin des Mikrocontrollers und mit der Anode über einen Ballastwiderstand an eine gemeinsame Leitung angeschlossen. Bei einer großen Anzahl von LEDs kann auch eine zusätzliche Stromversorgung erforderlich sein.

Ist es möglich, mehrere LEDs an einen Pin anzuschließen?

Es kann notwendig sein, eine externe LED oder eine Gruppe von LEDs an einen der Pins anzuschließen. Die Belastbarkeit eines Pins des Mikrocontrollers ist, wie erwähnt, gering. Eine oder zwei LEDs mit einer Stromaufnahme von 15mA können direkt parallel dazu angeschlossen werden. Es ist keine gute Idee, die Belastbarkeit des Stifts mit einer Last zu testen, die an der Grenze seiner Leistungsfähigkeit oder darüber hinaus liegt. Ein transistorgestützter Schalter (feld- oder bipolar) ist die bessere Wahl. (Feld oder bipolar).

LED-Anschluss über einen Transistorschalter an einer bipolaren Triode.

Widerstand R1 muss so gewählt werden, dass der Strom durch ihn die Strombelastbarkeit des Ausgangs nicht übersteigt. Es ist besser, die Hälfte oder weniger der Höchstmenge zu nehmen. Um also einen moderaten Strom von 10 mA.sollte der Widerstand bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt wie folgt sein 500 Ohm..

Jede LED sollte ihren eigenen Ballastwiderstand haben, der Ersatz durch einen gemeinsamen Widerstand ist nicht wünschenswert. Der Rbal sollte so gewählt werden, dass der Betriebsstrom durch jede LED eingestellt wird. Bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt und einem Strom von 20 mAsollte der Widerstand 250 Ohm oder den nächstliegenden Standardwert betragen.

Es muss darauf geachtet werden, dass der Gesamtstrom durch den Kollektor des Transistors seinen Maximalwert nicht überschreitet. Bei einem KT3102-Transistor beispielsweise sollte der höchste Ik-Wert auf 100 mA begrenzt werden. Das bedeutet, dass nicht mehr als 6 LEDs mit einem Strom von 15 mA. Reicht dies nicht aus, muss ein stärkerer Schalter verwendet werden. Dies ist die einzige Einschränkung für die Auswahl eines n-p-n-Transistors in einer solchen Schaltung. Theoretisch sollte die Triodenverstärkung berücksichtigt werden, aber unter den gegebenen Bedingungen (Eingangsstrom 10mA, Ausgang 100mA) sollte sie mindestens 10 betragen. Dieses h21e kann von jedem modernen Transistor erzeugt werden.

Diese Schaltung eignet sich nicht nur zur Stromverstärkung am Ausgang des Mikrocontrollers. Auf diese Weise können Sie ausreichend starke Aktoren (Relais, Magnete, Elektromotoren) anschließen, die mit einer höheren Spannung (z. B. 12 Volt) versorgt werden. Bei der Berechnung ist der entsprechende Spannungswert zu verwenden.

Es ist auch möglich, Folgendes zu verwenden MOSFET-Transistorenaber sie benötigen möglicherweise eine höhere Spannung zum Öffnen, als der Arduino-Ausgang liefern kann. In diesem Fall müssen zusätzliche Schaltungen und Elemente vorgesehen werden. Um dies zu vermeiden, sollten Sie so genannte "digitale" Feldeffekttransistoren verwenden - sie benötigen nur 5 5 Volt zu öffnen. Aber sie sind weniger verbreitet.

Software-Steuerung von LEDs

Einfach eine LED an den Ausgang des Mikrocontrollers anzuschließen, bringt nicht viel. Sie müssen lernen, wie Sie die LED vom Arduino aus programmatisch steuern können. Dies ist mit der Arduino-Sprache möglich, die auf C (C) basiert. Diese Programmiersprache ist eine Anpassung von C für die Erstausbildung. Wenn Sie es einmal gelernt haben, wird der Übergang zu C++ nicht schwierig sein. Um Sketches (so werden Programme für Arduino genannt) zu schreiben und sie live zu debuggen, sollten Sie Folgendes tun:

• Installieren Sie die Arduino-IDE-Umgebung auf Ihrem Computer;
• müssen Sie möglicherweise den Treiber für den USB-Kommunikationschip installieren;
• Schließen Sie die Karte mit einem USB-MicroUSB-Kabel an den PC an.

Die Arduino IDE-Schnittstelle ist eine Einladung, ein Programm zu schreiben.

Computersimulatoren können zur Fehlersuche in einfachen Programmen und Schaltungen eingesetzt werden. Proteus (ab Version 8) unterstützt zum Beispiel die Simulation von Arduino Uno und Nano Boards. Der Vorteil des Simulators besteht darin, dass es unmöglich ist, das Bügeleisen zu deaktivieren, wenn die Schaltung falsch zusammengesetzt ist.

Eine Simulation des Arduino mit einer angeschlossenen LED in Proteus 8.23.

Der Schaltplan besteht aus zwei Modulen:

• Einrichtung - wird einmal beim Start des Programms ausgeführt und initialisiert die Variablen und Modi des Bügeleisens;
• Schleife - läuft nach der Einrichtung zyklisch bis ins Unendliche.

Für LED kann jeden der 14 freien Pins verwenden, die oft fälschlicherweise als Ports bezeichnet werden. Ein Port ist, vereinfacht gesagt, eine Gruppe von Pins. Der Stift ist nur ein Element.

Ein Beispiel für die Ansteuerung ist der Pin 13, an dem bereits auf der Platine eine LED angeschlossen ist (über einen Verstärker auf der Uno-Platine, über einen Widerstand auf der Nano-Platine). Um mit dem Port-Pin zu arbeiten, müssen Sie ihn im Eingangs- oder Ausgangsmodus konfigurieren. Dies ist bequem im Setup Body zu machen, aber nicht notwendig - die Pinbelegung kann dynamisch geändert werden. Das bedeutet, dass der Anschluss während der Ausführung des Programms für die Eingabe oder die Ausgabe arbeiten kann.

Die Initialisierung von Pin 13 des Arduino (Pin PB5 von Port B des ATmega 328) sieht wie folgt aus:

void einrichten ()

{

pinMode (13, Ausgang);

}

Nach der Ausführung dieses Befehls arbeitet der Pin 13 der Karte im Ausgabemodus und hat standardmäßig einen niedrigen Logikpegel. Sie können während der Programmausführung eine Null oder eine Eins dorthin schreiben. Eine zu schreiben sieht so aus:

void Schleife ()

{

digitalWrite (13, HIGH);

}

Der Pin 13 der Platine wird nun auf einen hohen Pegel gesetzt, einen logischen Pegel, und kann zum Aufleuchten der LED verwendet werden.

Um die LED zu löschen, muss der Ausgang auf Null gesetzt werden:

digitalWrite (13, LOW);

Durch abwechselndes Schreiben von Eins und Null in die entsprechenden Bits des Portregisters können Sie externe Geräte steuern.

Jetzt können wir das Arduino-Programm zur Steuerung der LED verkomplizieren und lernen, wie man das lichtemittierende Element zum Blinken bringt:

void einrichten ()

{

pinMode (13, Ausgang);

}

void Schleife ()

{

digitalWrite (13, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite (13, LOW);

delay(1000);

}

Befehl Verzögerung(1000) erzeugt eine Verzögerung von 1000 Millisekunden oder einer Sekunde. Durch Ändern dieses Wertes können Sie die Frequenz oder die Blinkfrequenz der LED ändern. Wenn Sie eine externe LED an einen anderen Pin der Platine anschließen, müssen Sie auch die Nummer des gewählten Pins anstelle von 13 im Programm angeben.

Wir empfehlen eine Reihe von Videos zur Verdeutlichung.

Wenn Sie die LED-Verbindungen zum Arduino beherrschen und gelernt haben, wie man sie steuert, können Sie zur nächsten Stufe übergehen und andere, komplexere Programme schreiben. Sie können zum Beispiel lernen, wie man zwei oder mehr LEDs mit einem Taster schaltet, die Blinkfrequenz mit einem externen Potentiometer ändert, die Helligkeit des Leuchtens mit PWM einstellt oder die Farbe eines RGB-Strahlers ändert. Der Grad der Herausforderung ist nur durch die Vorstellungskraft begrenzt.