Ako pripojiť LED diódu k doske Arduino

Platforma Arduino je mimoriadne populárna na celom svete. Je to ideálny nástroj na prvé kroky pri učení sa programovania a ovládania hardvéru. S rastúcimi zručnosťami môžete rozširovať architektúru pridávaním periférnych dosiek a vytvárať zložitejšie systémy, ktoré spúšťajú zložitejšie programy. Dosky Arduino Uno a Arduino Nano sú vhodné na úvodné školenie. Tieto dosky použijeme ako príklad na pripojenie LED k Arduinu.

Čo je Arduino Uno a Arduino Nano?

Základom dosky Arduino Uno je mikrokontrolér ATmega328. Nachádzajú sa na ňom aj ďalšie prvky:

• kremenný rezonátor;
• resetovacie tlačidlo;
• Konektor USB;
• integrovaný regulátor napätia;
• napájací konektor;
• Niekoľko LED diód na indikáciu režimu;
• Komunikačný čip USB;
• Konektor na programovanie čipu;
• Niekoľko ďalších aktívnych a pasívnych prvkov.

To všetko vám umožní vykonať prvé kroky bez použitia spájkovačky a vyhnúť sa kroku výroby dosky plošných spojov. Prístroj sa napája z externého 7...12 V zdroja napájania alebo prostredníctvom USB pripojenia. Modul sa tiež pripája k počítaču na načítanie náčrtu. Doska má 3,3 V napájanie pre externé zariadenia. K dispozícii je 6, 14 digitálnych výstupov na všeobecné účely. Zaťažiteľnosť digitálneho výstupu pri napájaní 5 V je 40 mA. To znamená, že LED dióda môže byť pripojená priamo cez obmedzovací odpor.

Arduino Uno.

Doska Arduino Nano je plne kompatibilná s Uno, ale je menšia a má niektoré rozdiely a zjednodušenia, ako je uvedené v tabuľke.

Arduino Nano.

Tieto rozdiely nie sú zásadné a pre tému tohto prehľadu nie sú dôležité.

Čo potrebujete na pripojenie LED k doske Arduino

Existujú dve možnosti pripojenia LED. Na učebné účely si môžete vybrať ktorúkoľvek z nich.

1. Používajte zabudovanú LED diódu. V tomto prípade nie je potrebné nič iné okrem kábla na pripojenie k počítaču cez USB - na napájanie a programovanie. Na napájanie dosky nemá zmysel používať externý zdroj: spotreba prúdu je nízka.
   Kábel USB A-B na pripojenie Arduina Uno k počítaču.
2. Pripojenie externých LED diód. Okrem toho budete potrebovať:
   • Samotná LED dióda;
   • 0,25W rezistor na obmedzenie prúdu (alebo viac) s menovitou hodnotou 250-1000 ohmov (v závislosti od LED);
   • Vodiče a spájkovačka na pripojenie externého obvodu.

Pripojte externú LED diódu priamo k výstupu regulátora.

LED diódy sú pripojené katódou k ľubovoľnému digitálnemu pinu mikrokontroléra a anódou k spoločnému vodiču cez predradníkový odpor. Ak je počet LED diód vysoký, môže byť potrebný aj ďalší zdroj napájania.

Je možné pripojiť viacero LED diód k jednému kolíku

Môže byť potrebné pripojiť externú LED diódu alebo skupinu LED diód k niektorému z pinov. Ako už bolo spomenuté, zaťažiteľnosť jedného vývodu mikrokontroléra je malá. Priamo paralelne k nemu možno pripojiť jednu alebo dve LED diódy so spotrebou prúdu 15 mA. Nie je dobré testovať odolnosť čapu pri zaťažení na hranici jeho možností alebo za ňou. Lepšou voľbou je tranzistorový spínač (poľný alebo bipolárny). (poľný alebo bipolárny).

Pripojenie LED prostredníctvom tranzistorového spínača na bipolárnej trióde.

Rezistor R1 musí byť zvolený tak, aby prúd, ktorý ním preteká, neprekročil prúdovú zaťažiteľnosť výstupu. Je lepšie vziať si polovicu alebo menej z maximálnej dávky. Takže na nastavenie mierneho prúdu 10 mA., odpor pri napájaní 5 V by mal byť 500 Ohm..

Každá LED dióda by mala mať vlastný predradníkový odpor, nahradenie jedným spoločným odporom je nežiaduce. Rbal by sa mal zvoliť tak, aby sa nastavil prevádzkový prúd cez každú LED. Pri napájacom napätí 5 V a prúde 20 mA, odpor by mal byť 250 ohmov alebo najbližšia štandardná hodnota.

Treba dbať na to, aby celkový prúd cez kolektor tranzistora neprekročil jeho maximálnu hodnotu. Napríklad pre tranzistor KT3102 by mal byť najvyšší Ik obmedzený na 100 mA. To znamená, že môže byť pripojených maximálne 6 LED diód s prúdom 15 mA. Ak to nestačí, je potrebné použiť silnejší spínač. To je jediné obmedzenie pre výber n-p-n tranzistora v takomto obvode. Teoreticky by sa malo brať do úvahy zosilnenie triódy, ale pre dané podmienky (vstupný prúd 10 mA, výstup 100 mA) by malo byť aspoň 10. Tento h21e môže byť vyrobený akýmkoľvek moderným tranzistorom.

Tento obvod je vhodný nielen na prúdové zosilnenie výstupu mikrokontroléra. Týmto spôsobom môžete pripojiť dostatočne výkonné akčné členy (relé, solenoidy, elektromotory) napájané vyšším napätím (napr. 12 V). Pri výpočte použite príslušnú hodnotu napätia.

Je tiež možné použiť Tranzistory MOSFETale môžu vyžadovať vyššie napätie na otvorenie, než môže poskytnúť výstup Arduina. V takom prípade je potrebné zabezpečiť ďalšie obvody a prvky. Aby ste sa tomu vyhli, mali by ste používať takzvané "digitálne" tranzistory s poľom - potrebujú len 5 5 voltov otvoriť. Sú však menej časté.

Softvérové ovládanie LED diód

Jednoduché pripojenie LED diódy k výstupu mikrokontroléra veľa nezmôže. Musíte sa naučiť ovládať LED diódu z Arduina programovo. Môžete to urobiť pomocou jazyka Arduino, ktorý je založený na jazyku C (C). Tento programovací jazyk je adaptáciou jazyka C na úvodné školenie. Keď sa ho naučíte, prechod na C++ nebude zložitý. Aby ste mohli písať náčrty (tak sa nazývajú programy pre Arduino) a ladiť ich naživo, mali by ste urobiť nasledovné:

• nainštalujte prostredie Arduino IDE do osobného počítača;
• možno budete musieť nainštalovať ovládač pre komunikačný čip USB;
• pripojte dosku k počítaču pomocou kábla USB-microUSB.

Rozhranie Arduino IDE je výzvou na napísanie programu.

Počítačové simulátory možno použiť na ladenie jednoduchých programov a obvodov. Napríklad Proteus (od verzie 8) podporuje simuláciu dosiek Arduino Uno a Nano. Výhodou simulátora je, že pri nesprávnom zostavení obvodu nie je možné rozbiť železo.

Simulácia Arduina s pripojenou LED v programe Proteus 8.23.

Schémy pozostávajú z dvoch modulov:

• nastavenie - sa vykoná raz pri spustení programu a inicializuje premenné a režimy železa;
• slučka - prebieha cyklicky po nastavení až do nekonečna.

Pre LED môžete použiť ktorýkoľvek zo 14 voľných pinov, ktoré sa často nesprávne nazývajú porty. Port je vlastne, zjednodušene povedané, skupina pinov. Kolík je len prvok.

Príkladom ovládania je pin 13 - na doske je k nemu už pripojená LED dióda (cez zosilňovač na doske Uno, cez rezistor na doske Nano). Ak chcete pracovať s pinom portu, musíte ho nakonfigurovať v režime vstupu alebo výstupu. Toto je vhodné vykonať v telese nastavenia, ale nie je to nevyhnutné - priradenie pinov sa môže meniť dynamicky. To znamená, že počas vykonávania programu môže port pracovať na vstupe alebo výstupe.

Inicializácia pinu 13 Arduina (pin PB5 portu B ATmega 328) vyzerá takto:

void setup ()

{

pinMode (13, Output);

}

Po vykonaní tohto príkazu bude pin 13 dosky vo výstupnom režime a štandardne bude mať nízku logickú úroveň. Počas behu programu do nej môžete zapísať nulu alebo jednotku. Písmo jedného z nich vyzerá takto:

void loop ()

{

digitalWrite (13, HIGH);

}

Pin 13 na doske bude teraz nastavený na vysokú úroveň, logickú jednotku, a môže sa použiť na rozsvietenie LED.

Ak chcete LED zhasnúť, výstup musí byť nastavený na nulu:

digitalWrite (13, LOW);

Striedavým zápisom jednotky a nuly do príslušných bitov registra portu môžete ovládať externé zariadenia.

Teraz môžeme skomplikovať program Arduino na ovládanie LED diódy a naučiť sa, ako blikať svetelným prvkom:

void setup ()

{

pinMode (13, Output);

}

void loop ()

{

digitalWrite (13, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite (13, LOW);

delay(1000);

}

Príkaz oneskorenie(1000) Príkaz vytvorí oneskorenie 1000 milisekúnd alebo jednu sekundu. Zmenou tejto hodnoty môžete zmeniť frekvenciu alebo frekvenciu blikania LED diódy. Ak pripojíte externú LED diódu na iný pin dosky, musíte v programe namiesto čísla 13 zadať číslo zvoleného pinu.

Odporúčame sériu videí pre lepšiu názornosť.

Keď zvládnete pripojenie LED k Arduinu a naučíte sa ich ovládať, môžete prejsť na ďalšiu úroveň a písať ďalšie, zložitejšie programy. Môžete sa napríklad naučiť prepínať dve alebo viac LED diód pomocou tlačidla, meniť frekvenciu blikania pomocou externého potenciometra, nastavovať jas svietenia pomocou PWM alebo meniť farbu RGB žiariča. Úroveň výzvy je obmedzená len predstavivosťou.