Arduino пин на выход

Arduino.ru

Цифровые выводы

Выводы платформы Arduino могут работать как входы или как выходы. Данный документ объясняет функционирование выводов в этих режимах. Также необходимо обратить внимание на то, что большинство аналоговых входов Arduino (Atmega) могут конфигурироваться и работать так же как и цифровые порты ввода/вывода.

Свойства порта вводы/вывода (pin), сконфигурированного как порт ввода

Выводы Arduino (Atmega) стандартно настроены как порты ввода, таким образом, не требуется явной декларации в функции pinMode(). Сконфигурированные порты ввода находятся в высокоимпедансном состоянии. Это означает то, что порт ввода дает слишком малую нагрузки на схему, в которую он включен. Эквивалентом внутреннему сопротивлению будет резистор 100 МОм подключенный к выводу микросхемы. Таким образом, для перевода порта ввода из одного состояния в другое требуется маленькое значение тока. Это позволяет применять выводы микросхемы для подключения емкостного датчика касания, фотодиода, аналогового датчика со схемой, похожей на RC-цепь.

С другой стороны, если к данному выводу ничего не подключено, то значения на нем будут принимать случайные величины, наводимые электрическими помехами или емкостной взаимосвязью с соседним выводом.

Подтягивающие (нагрузочные) резисторы

Если на порт ввода не поступает сигнал, то в данном случае рекомендуется задать порту известное состояние. Это делается добавлением подтягивающих резисторов 10 кОм, подключающих вход либо к +5 В (подтягивающие к питанию резисторы), либо к земле (подтягивающие к земле резисторы).

Микроконтроллер Atmega имеет программируемые встроенные подтягивающие к питанию резисторы 20 кОм. Программирование данных резисторов осуществляется следующим образом.

Подтягивающий резистор пропускает ток достаточный для того, чтобы слегка светился светодиод подключенный к выводу, работающему как порт ввода. Также легкое свечение светодиодов означает то, что при программировании вывод не был настроен как порт вывода в функции pinMode().

Подтягивающие резисторы управляются теми же регистрами (внутренние адреса памяти микроконтроллера), что управляют состояниями вывода: HIGH или LOW. Следовательно, если вывод работает как порт ввода со значением HIGH, это означает включение подтягивающего к питанию резистора, то конфигурация функцией pinMode() порта вывода на данном выводе микросхемы передаст значение HIGH. Данная процедура работает и в обратном направлении, т.е. если вывод имеет значение HIGH, то конфигурация вывода микросхемы как порта ввода функцией pinMode() включит подтягивающий к питанию резистор.

Примечание: Затруднительно использовать вывод микросхемы 13 в качестве порта ввода из-за подключенных к нему светодиода и резистора. При подключении подтягивающего к питанию резистора 20 кОм на вводе будет 1.7 В вместо 5 В, т.к. происходит падение напряжения на светодиоде и включенном последовательно резисторе. При необходимости использовать вывод микросхемы 13 как цифровой порт ввода требуется подключить между выводом и землей внешний подтягивающий резистор.

Свойства порта ввода/вывода, сконфигурированного как порт вывода

Выводы, сконфигурированные как порты вывода, находятся в низкоимпедансном состоянии. Данные выводы могут пропускать через себя достаточно большой ток. Выводы микросхемы Atmega могут быть источником (положительный) или приемником (отрицательный) тока до 40 мА для других устройств. Такого значения тока достаточно чтобы подключить светодиод (обязателен последовательно включенный резистор), датчики, но недостаточно для большинства реле, соленоидов и двигателей.

Короткие замыкания выводов Arduino или попытки подключить энергоемкие устройства могут повредить выходные транзисторы вывода или весь микроконтроллер Atmega. В большинстве случаев данные действия приведут к отключению вывода на микроконтроллере, но остальная часть схемы будет работать согласно программе. Рекомендуется к выходам платформы подключать устройства через резисторы 470 Ом или 1 кОм, если устройству не требуется больший ток для работы.

Источник

constants

Description

Constants are predefined expressions in the Arduino language. They are used to make the programs easier to read. We classify constants in groups:

Defining Logical Levels: true and false (Boolean Constants)

There are two constants used to represent truth and falsity in the Arduino language: true , and false .

false

false is the easier of the two to define. false is defined as 0 (zero).

true is often said to be defined as 1, which is correct, but true has a wider definition. Any integer which is non-zero is true, in a Boolean sense. So -1, 2 and -200 are all defined as true, too, in a Boolean sense.

Note that the true and false constants are typed in lowercase unlike HIGH , LOW , INPUT , and OUTPUT .

Defining Pin Levels: HIGH and LOW

When reading or writing to a digital pin there are only two possible values a pin can take/be-set-to: HIGH and LOW .

The meaning of HIGH (in reference to a pin) is somewhat different depending on whether a pin is set to an INPUT or OUTPUT . When a pin is configured as an INPUT with pinMode() , and read with digitalRead() , the Arduino (ATmega) will report HIGH if:

a voltage greater than 3.0V is present at the pin (5V boards)

a voltage greater than 2.0V is present at the pin (3.3V boards)

A pin may also be configured as an INPUT with pinMode() , and subsequently made HIGH with digitalWrite() . This will enable the internal 20K pullup resistors, which will pull up the input pin to a HIGH reading unless it is pulled LOW by external circuitry. This can be done alternatively by passing INPUT_PULLUP as argument to the pinMode() function, as explained in more detail in the section «Defining Digital Pins modes: INPUT, INPUT_PULLUP, and OUTPUT» further below.

When a pin is configured to OUTPUT with pinMode() , and set to HIGH with digitalWrite() , the pin is at:

5 volts (5V boards)

3.3 volts (3.3V boards)

In this state it can source current, e.g. light an LED that is connected through a series resistor to ground.

The meaning of LOW also has a different meaning depending on whether a pin is set to INPUT or OUTPUT . When a pin is configured as an INPUT with pinMode() , and read with digitalRead() , the Arduino (ATmega) will report LOW if:

a voltage less than 1.5V is present at the pin (5V boards)

a voltage less than 1.0V (Approx) is present at the pin (3.3V boards)

When a pin is configured to OUTPUT with pinMode() , and set to LOW with digitalWrite() , the pin is at 0 volts (both 5V and 3.3V boards). In this state it can sink current, e.g. light an LED that is connected through a series resistor to +5 volts (or +3.3 volts).

Defining Digital Pins modes: INPUT, INPUT_PULLUP, and OUTPUT

Digital pins can be used as INPUT , INPUT_PULLUP , or OUTPUT . Changing a pin with pinMode() changes the electrical behavior of the pin.

Pins Configured as INPUT

Arduino (ATmega) pins configured as INPUT with pinMode() are said to be in a high-impedance state. Pins configured as INPUT make extremely small demands on the circuit that they are sampling, equivalent to a series resistor of 100 Megohms in front of the pin. This makes them useful for reading a sensor.

If you have your pin configured as an INPUT , and are reading a switch, when the switch is in the open state the input pin will be «floating», resulting in unpredictable results. In order to assure a proper reading when the switch is open, a pull-up or pull-down resistor must be used. The purpose of this resistor is to pull the pin to a known state when the switch is open. A 10 K ohm resistor is usually chosen, as it is a low enough value to reliably prevent a floating input, and at the same time a high enough value to not draw too much current when the switch is closed. See the Digital Read Serial tutorial for more information.

If a pull-down resistor is used, the input pin will be LOW when the switch is open and HIGH when the switch is closed.

If a pull-up resistor is used, the input pin will be HIGH when the switch is open and LOW when the switch is closed.

Pins Configured as INPUT_PULLUP

The ATmega microcontroller on the Arduino has internal pull-up resistors (resistors that connect to power internally) that you can access. If you prefer to use these instead of external pull-up resistors, you can use the INPUT_PULLUP argument in pinMode() .

See the Input Pullup Serial tutorial for an example of this in use.

Pins configured as inputs with either INPUT or INPUT_PULLUP can be damaged or destroyed if they are connected to voltages below ground (negative voltages) or above the positive power rail (5V or 3V).

Pins Configured as OUTPUT

Pins configured as OUTPUT with pinMode() are said to be in a low-impedance state. This means that they can provide a substantial amount of current to other circuits. ATmega pins can source (provide current) or sink (absorb current) up to 40 mA (milliamps) of current to other devices/circuits. This makes them useful for powering LEDs because LEDs typically use less than 40 mA. Loads greater than 40 mA (e.g. motors) will require a transistor or other interface circuitry.

Pins configured as outputs can be damaged or destroyed if they are connected to either the ground or positive power rails.

Defining built-ins: LED_BUILTIN

Most Arduino boards have a pin connected to an on-board LED in series with a resistor. The constant LED_BUILTIN is the number of the pin to which the on-board LED is connected. Most boards have this LED connected to digital pin 13.

Источник

Способы чтения и управления портами ввода-вывода Arduino

Для взаимодействия с окружающим миром нужно настроить выводы микроконтроллера на приём или передачу сигнала. В результате каждый пин будет работать в режиме входа и выхода. На всеми любимой плате Arduino сделать это можно двумя способами, как именно вы узнаете из этой статьи.

Способ первый – стандартный язык для Arduino IDE

Всем известно, что Ардуино программируется на C++ с некоторой адаптацией и упрощениями для новичков. Он называется Wiring. Изначально все порты ардуино определяются как входы, и нет нужды задавать это в коде.

Порты обычно прописываются в функции инициализации переменных:

Для этого используется команда pinMode, у неё достаточно простой синтаксис, сначала указывается номер порта, затем его роль через запятую.

pinMode (nomer_porta, naznachenie)

С помощью этой команды внутренняя схема микроконтроллера конфигурируется определенным образом.

Есть три режима в которых может работать порт: INPUT – вход, в этом режиме происходит считывание данных с датчиков, состояния кнопок, аналогового и цифрового сигнала. Порт находится в т.н. высокоимпедансном состоянии, простыми словами – у входа высокое сопротивление. Устанавливается это значение, на примере 13 пина платы, при необходимости так:

pinMode (13, INPUT);

OUTPUT – выход, в зависимости от команды прописанной в коде порт принимает значение единицы или нуля. Выход становится своего рода управляемым источником питания и выдаёт максимальный ток (в нашем случае 20 мА и 40 мА в пике) в нагрузку к нему подключенную. Чтобы назначить порт как выход на Arduino нужно ввести:

pinMode (13, OUTPUT);

INPUT_PULLUP – порт работает как вход, но к нему подключается т.н. подтягивающий резистор в 20 кОм.

Условную внутреннюю схему порта в таком состоянии вы видите ниже. Особенностью этого входа является то, что входной сигнал воспринимается как проинвертированный («единица» на входе воспринимается микроконтроллером как «ноль»). В таком режиме вы можете не использовать внешние подтягивающие резисторы при работе с кнопками.

pinMode (13, INPUT_PULLUP);

Данные принимаются с портов и передают на них командами:

digitalWrite(пин, значение) – переводит выходной пин в логическую 1 или 0, соответственно на выходе появляется или исчезает напряжение 5В, например digitalWrite (13, HIGH) – подаёт 5 вольт (логическую единицу) на 13 пин, а digitalWrite (13, low) – переводит 13 пин в состояние логического ноля (0 вольт);

digitalRead(пин) – считывает значение со входа, пример digitalRead (10), считывает сигнал с 10 пина;

analogRead(пин) – считывает аналоговый сигнал с аналогового порта, вы получаете значение в диапазоне от 0 до 1023 (в пределах 10-битного АЦП), пример analogRead (3).

Способ два – управление портами через регистры Atmega и ускорение работы кода

Такое управление конечно простое, но в этом случае есть два недостатка – большее потребление памяти и низкое быстродействие при работе с портами. Но вспомните что такое Arduino независимо от варианта платы (uno, micro, nano)? В первую очередь, это микроконтроллер AVR семейства ATMEGA, в последнее время используется МК atmega328.

В Arduino IDE вы можете программировать на родном для этого семейства языке C AVR, так, как если бы вы работали с отдельным микроконтроллером. Но обо всем по порядку. Чтобы управлять портами Ардуино таким образом вам нужно сначала внимательно рассмотреть следующую иллюстрацию.

Возможно кому-то будет нагляднее изучать порты в таком виде (на рисунке тоже самое, но в другом оформлении):

Здесь вы видите соответствие выводов Ардуино и названий портов атмеги. Итак, у нас есть 3 порта:

Исходя из изображенного на рисунках, я составил таблицу соответствия портов Ардуино и Атмеги, она пригодится вам в дальнейшем.

У Atmega есть три регистра длиной в 8 бит, которые управляют состоянием портов, например, порта B разберемся в их назначении проведя аналогии со стандартными средствами wiring описанными в начале статьи:

PORTB – Управление состоянием вывода. Если пин находится в режиме «Выхода», то 1 и 0 определяют наличие этих же сигналов на выходе. Если же пин находится в режиме «Входа», то 1 подключает подтягивающий резистор (тоже что и INPUT_PULLUP рассмотренный выше), если 0 – высокоимпедансное состояние (аналог INPUT);

PINB – регистр чтения. Соответственно в нём находится информация о текущем состоянии выводов порта (логическая единица или ноль).

DDRB – регистр направления порта. С его помощью вы указываете микроконтроллеру чем является порт – входом или выходом, при этом «1» — выход, а «0» — вход.

Вместо буквы «В» может быть любая другая согласно названиям портов, например, PORTD или PORTC аналогично работают и другие команды.

Научитесь разрабатывать устройства на базе микроконтроллеров и станьте инженером умных устройств с нуля: Инженер умных устройств

Помигаем светодиодом, заменим стандартную функцию digitalWrite(). Для начала вспомним как выглядит исходный пример из библиотеки Arduino IDE.

Это код всем известного «blink», который демонстрирует мигание светодиодом, встроенным в плату.

В комментариях даны пояснения к коду. Логика такой работы заключается в следующем.

Команда PORTB B00100000 переводит PB5 в состояние логической единицы, смотрим, а те картинки и таблицу что расположены ниже и видим, что PB5 соответствует 13 пину Ардуины.

Буква «В» перед цифрами говорит о том, что мы в записываем значения в двоичном виде. Нумерация в двоичном коде идёт справа налево, т.е. здесь единица стоит в шестом с правого края бите, что говорит микроконтроллеру о взаимодействии с состоянием шестого бита регистра порта B (PB5). В таблице ниже изображена структура порта D, она аналогична и приведена для примера.

Вы можете задавать значение не в двоичном, а в шестнадцатеричном виде, например, для этого открываем калькулятор windows и в режиме «ВИД», выбираем вариант «Программист».

Вводим желаемое число:

И нажимаем на HEX:

В таком случае переносим это всё в Arduino IDE, но уже вместо приставки «В» будет «0х».

Но при таком вводе возникает проблема. Если у вас к другим пинам подключено что-либо, то внося команду типа B00010000 – вы все выводы кроме 13 (PB5) обнулите. Вы можете вносить данные на каждый пин по отдельности. Это будет выглядеть следующим образом:

Такая запись может показаться непонятной, давайте разберемся.

Это операция логического сложения, |= значит прибавить к содержимому порту что-либо.

А это значит, что нужно сложить слово из 8 бит в регистре с единицей, смещенной на 5 бит – в результате, если было 11000010 получается 11010010. На этом примере видно, что изменился только PB5, остальные биты этого регистра остались без изменений, как и остались неизменными состояния выводов микроконтроллера.

Но при логическом сложении возникает проблема – вы не можете превратить единицу в ноль, потому что:

Нам на помощь придёт логическое умножение и инвертирование:

&= значит умножить содержимое порта на определенное число.

А это число, на которое мы умножает. Знак «

» обозначает инвертирование. В нашем случае проинвертированная единица является нулем. То есть мы умножаем содержимое порта на ноль, сдвинутый на 5 бит. Например, было 10110001, стало 10100001. Остальные биты остались без изменений.

Тоже самое можно сделать с помощью операции инвертирования (^):

Чтение с портов, аналог digitalRead() выполняют с помощью регистра PIN, на практике это выглядит так:

Здесь мы проверяем равно ли выражение в скобках реальному состоянию портов, т.е. аналогично тому, если бы мы написали if (digitalRead(12) == 1).

Пошаговое обучение программированию и созданию устройств на микроконтроллерах AVR: Программирование микроконтроллеров для начинающих

Заключение

Для чего такие сложности с управлением портами, если можно использовать стандартные удобные функции? Всё дело в быстродействии и размерах кода. При использовании второго способа, рассмотренного в статье размер кода, значительно снижается, а быстродействие увеличивается на несколько порядков. Стандартный digitalWrite() выполнялся за 1800 мкс, а запись прямо в порт за 0,2 мкс, а digitalRead() за 1900 мкс, а стал также за 0,2 мкс. Этот способ управления был найден на просторах сети и часто встречается в коде готовых проектов.

Источник

Adblock
detector