Hur man ansluter LED till Arduino-kortet

Arduino-plattformen är väldigt populär över hela världen. Ett idealiskt verktyg för de första stegen i utvecklingen av programmering och hårdvaruhantering. När du växer i skicklighet kan du skala upp arkitekturen genom att lägga till kringutrustning och bygga mer komplexa system som kör mer komplexa program. Arduino Uno och Arduino Nano-brädor är lämpliga för inledande träning. I deras exempel övervägs anslutningen av LED till Arduino.

Vad är Arduino Uno och Arduino Nano

Grunden för Arduino Uno-kortet är ATmega328 mikrokontroller. Den har också ytterligare element:

• kvartsresonator;
• Återställningsknapp;
• USB-kontakt;
• integrerad spänningsstabilisator;
• strömkontakt;
• flera lysdioder för att indikera lägen;
• kommunikationschip för USB-kanal;
• kontakt för programmering i kretsar;
• några fler aktiva och passiva element.

Allt detta gör att du kan ta de första stegen utan att använda en lödkolv och undvika steget att tillverka ett kretskort.Enheten drivs av en extern spänningskälla på 7..12 V eller via en USB-kontakt. Genom den ansluts modulen till PC:n för att ladda ner skissen. Kortet har en 3,3 V spänningskälla för att driva externa enheter. 6, 14 allmänna digitala utgångar är tillgängliga för drift. Belastningskapaciteten för den digitala utgången när den drivs med 5 V är 40 mA. Detta innebär att en lysdiod kan anslutas direkt till den via begränsningsmotstånd.

Arduino Uno.

Arduino Nano-kortet är helt kompatibelt med Uno, men mindre i storlek och har vissa skillnader och förenklingar som anges i tabellen.

Arduino Nano.

Skillnaderna är inte grundläggande och spelar ingen roll för ämnet för recensionen.

Vad du behöver för att ansluta LED till Arduino-kortet

Det finns två alternativ för att ansluta lysdioden. I inlärningssyfte kan du välja vilken som helst.

1. Använd inbyggd LED. I det här fallet behövs inget annat, förutom en kabel för anslutning till en PC via en USB-kontakt - för ström och programmering. Det är ingen mening att använda en extern spänningskälla för att driva kortet: strömförbrukningen är liten.
   USB A-B-kabel för att ansluta Arduino Uno till PC.
2. Anslut externa lysdioder. Här behöver du dessutom:
   • själva lysdioden;
   • strömbegränsande motstånd med en effekt på 0,25 W (eller mer) med ett nominellt värde på 250-1000 ohm (beroende på lysdioden);
   • ledningar och en lödkolv för anslutning av en extern krets.

Anslutning av en extern lysdiod direkt till styrenhetens utgång.

Lysdioder är anslutna katod till valfri digital utgång på mikrokontrollern, anod till en gemensam tråd genom ett ballastmotstånd. Med ett stort antal lysdioder kan en extra strömkälla behövas.

Är det möjligt att ansluta flera lysdioder till en utgång

Det kan vara nödvändigt att ansluta en extern lysdiod eller grupp av lysdioder till någon av utgångarna. Lastkapaciteten för en utgång på mikrokontrollern är, som nämnts, liten. En eller två lysdioder med en strömförbrukning på 15 mA kan parallellkopplas direkt till den. Det är inte värt att testa utgångens överlevnadsförmåga med en belastning på gränsen till möjligheten eller överskrider den. Det är bättre att använda en omkopplare på en transistor (fält eller bipolär).

Ansluter LED genom en transistorbrytare på en bipolär triod.

Motstånd R1 måste väljas så att strömmen genom den inte överstiger utgångens belastningskapacitet. Det är bättre att ta hälften eller mindre av det maximala. Så, för att ställa in en måttlig ström 10 mA, bör motståndet vid 5 volts matning vara 500 ohm.

Varje lysdiod måste ha sitt eget förkopplingsmotstånd, det är inte önskvärt att ersätta det med ett gemensamt. Rbal väljs för att ställa in dess driftström genom varje lysdiod. Så, för en matningsspänning på 5 volt och en ström på 20 mA, bör motståndet vara 250 ohm eller närmaste standardvärde.

Det är nödvändigt att säkerställa att den totala strömmen genom transistorns kollektor inte överstiger dess maximala värde. Så för KT3102-transistorn bör den största Ik begränsas till 100 mA. Detta innebär att inte mer än 6 lysdioder med ström kan anslutas till den. 15 mA. Om detta inte räcker måste en kraftfullare nyckel användas.Detta är den enda begränsningen för att välja en n-p-n transistor i en sådan krets. Även här är det teoretiskt nödvändigt att ta hänsyn till triodens förstärkning, men för dessa förhållanden (ingångsström 10 mA, utgång 100) bör den bara vara minst 10. Vilken modern transistor som helst kan producera sådan h21e.

En sådan krets är inte bara lämplig för att öka strömutgången från mikrokontrollern. Så du kan ansluta tillräckligt kraftfulla ställdon (reläer, solenoider, elmotorer) som drivs av ökad spänning (till exempel 12 volt). Vid beräkning måste du ta motsvarande spänningsvärde.

Du kan också använda för att exekvera nycklar MOSFET, men de kan kräva en högre spänning för att öppna än vad Arduino kan mata ut. I detta fall måste ytterligare kretsar och element tillhandahållas. För att undvika detta är det nödvändigt att använda de så kallade "digitala" fälteffekttransistorerna - de behöver 5 volt att öppna. Men de är mindre vanliga.

Programmatisk styrning av en lysdiod

Att bara ansluta en lysdiod till utgången på mikrokontrollern gör lite. Det är nödvändigt att behärska kontrollen av lysdioden från Arduino programmatiskt. Detta kan göras på Arduino-språket, som är baserat på C (C). Detta programmeringsspråk är en anpassning av C för initial inlärning. Efter att ha behärskat det kommer övergången till C ++ att vara enkel. För att skriva sketcher (som program för Arduino kallas) och felsöka dem live, behöver du göra följande:

• installera Arduino IDE på en persondator;
• du kan behöva installera en drivrutin för USB-kommunikationskretsen;
• anslut kortet till en PC med en USB-microUSB-kabel.

Gränssnittet i Arduino IDE-utvecklingsmiljön är en inbjudan att skriva ett program.

Datorsimulatorer kan användas för att felsöka enkla program och kretsar. Simulering av driften av Arduino Uno och Nano-kort stöds till exempel av Proteus (från och med version 8). Bekvämligheten med simulatorn är att det är omöjligt att inaktivera hårdvaran med en felaktigt sammansatt krets.

Simulering av Arduino med en ansluten LED i Proteus 8.23.

Skisser består av två moduler:

• uppstart - exekveras en gång vid programstart, initierar variabler och driftslägen för hårdvaran;
• slinga – utförs cykliskt efter setup-blocket till oändlighet.

För LED-anslutning du kan använda vilken som helst av de 14 fria stiften (stiften), som ofta felaktigt kallas portar. I själva verket är porten helt enkelt en grupp stift. Pin är bara ett element.

Ett exempel på kontroll övervägs för stift 13 - en lysdiod är redan ansluten till den på kortet (genom en förstärkare-följare på Uno-kortet, genom ett motstånd på Nano). För att arbeta med ett portstift måste det konfigureras i ingångs- eller utgångslägen. Det är bekvämt att göra detta i inställningskroppen, men inte nödvändigt - utdatadestinationen kan ändras dynamiskt. Det vill säga, under körningen av programmet kan porten fungera antingen för inmatning eller för datautmatning.

Initieringen av stift 13 på Arduino (stift PB5 på port B på ATmega 328 mikrokontroller) är som följer:

void setup()

{

pinMode(13, Output);

}

Efter att ha utfört detta kommando kommer stift 13 på kortet att fungera i utgångsläge, som standard kommer det att vara logiskt lågt. Under körningen av programmet kan noll eller ett skrivas till det. Enhetsrekordet ser ut så här:

void loop()

{

digitalWrite(13, HIGH);

}

Nu kommer stift 13 på kortet att sättas högt - en logisk sådan, och den kan användas för att tända lysdioden.

För att stänga av lysdioden måste du ställa in utgången till noll:

digitalWrite(13, LÅG);

Så genom att skriva växelvis ett och noll till motsvarande bit i portregistret kan du styra externa enheter.

Nu kan du komplicera Arduino-programmet för att styra lysdioden och lära dig hur man blinkar det ljusemitterande elementet:

void setup()

{

pinMode(13, Output);

}

void loop()

{

digitalWrite(13, HIGH);

fördröjning(1000);

digitalWrite(13, LÅG);

fördröjning(1000);

}

Team fördröjning (1000) skapar en fördröjning på 1000 millisekunder, eller en sekund. Genom att ändra detta värde kan du ändra frekvensen eller arbetscykeln för lysdioden som blinkar. Om en extern lysdiod är ansluten till en annan utgång på kortet, måste du i programmet, istället för 13, ange numret på det valda stiftet.

För tydlighetens skull rekommenderar vi en serie videor.

Efter att ha bemästrat LED-anslutningarna till Arduino och lärt dig hur man styr den, kan du flytta till en ny nivå och skriva andra, mer komplexa program. Du kan till exempel lära dig att byta två eller flera lysdioder med en knapp, ändra blinkfrekvensen med en extern potentiometer, justera ljusstyrkan på glöden med PWM, ändra färgen på en RGB-sändare. Nivån på uppgifter begränsas endast av fantasin.