Мигаем светодиодом
Будем постепенно знакомиться с основами программирования, платой и другими полезными вещами. Это позволит избежать стресса от потока новой информации.
Хотя я немного разбираюсь в программировании, сегодня притворюсь, что никогда не слышал о языках программирования и постараюсь максимально доходчиво показать, как новичок осваивает новую для себя деятельность.
Во-первых, нам придётся писать примеры на C++-подобном языке. Поэтому можете похвастаться перед знакомыми, что пишите программы на C++. Во-вторых, он очень упрощённый, и вам не нужно бояться его.
01.Basics: Blink
Второй пример будет немного сложнее, ведь придётся подключать плату к компьютеру. Но есть и хорошая новость — нам не понадобятся дополнительные прибамбасы в виде проводов, датчиков, светодиодов, кнопок. Дело в том, что на плате уже есть один маленький встроенный светодиод, вот мы его и включим.
Запускаем скетч File | Examples | 1.Basics | Blink (Файл | Примеры | 1.Basics | Blink). У вас загрузится готовый пример с кодом. С его помощью мы можем увидеть, что плата работает.
Выбираем нашу плату — в меню Tools | Board (Сервис | Плата) должна быть отмечена Arduino Uno (как правило по умолчанию она уже отмечена). У вас может быть другая плата. Естественно, вы должны уже подключить плату к компьютеру через USB-порт для загрузки скетча в микроконтроллер.
Теперь нужно выбрать последовательный порт. Опять идём в меню Tools | Serial Port (Сервис | Последовательный порт) и выбираем нужный порт (обычно это COM3 или COM4).
Теперь нам необходимо загрузить открытый пример Blink на микроконтроллер. Просто щёлкните на кнопкуUpload (Загрузить) и внимательно смотрите на плату. Вы увидите, что светодиоды, помеченные как RX и TX будут мигать. После успешной загрузки примера в контроллер, в строке состояния среды разработки появится надпись Done uploading (Загрузка выполнена).
Ещё ниже в области консоли будет выведено сообщение:
Sketch uses 930 bytes (2%) of program storage space. Maximum is 32256 bytes.
Global variables use 9 bytes (0%) of dynamic memory, leaving 2039 bytes for local variables. Maximum is 2048 bytes.
В сообщение выводится информацию об используемой памяти. Программа настолько проста, что почти ничего не потребляет (0% оперативной памяти и 2% постоянной памяти).
Через несколько секунд после загрузки, вы можете увидеть, что светодиод, помеченный на плате как 13 (L), будет мигать оранжевым цветом. Поздравляю, вы успешно установили среду разработки и запустили свою первую программу!
Обращу внимание, что в комментариях к коду написано, что листинг менялся несколько раз. Так выглядел код в предыдущий раз.
Сравните с текущей версией.
Теперь вместо создания отдельной переменной led используется встроенная константа LED_BUILTIN. Это удобно, так как в разных платах используются разные значения для встроенного светодиода и таким образом программа получилась универсальной.
Возвращаемся к первой программе BareMinimum. Откройте скетч и сделайте сначала первую вещь — нажмите на кнопку Verify (первый значок с галочкой). Среда разработки переводит ваш код в машинный код, т.е. компилирует. Если в вашем коде есть ошибка, то компилятор выведет сообщение. Это полезно, чтобы не тратить зря время на загрузку заведомо неработающей программы. Давайте сознательно сделаем ошибку — напишем код в функции setup().
С точки зрения кошатника, здесь всё написано правильно. Предложение написано без ошибок, есть даже точка с запятой в конце строки — всё как положено.
Проверим. Нажимаем кнопку Verify и видим сообщения с красным текстом. Его текст приводить не буду, сами убедитесь. Если программа с ошибкой, то нет смысла её загружать на плату. Даже если вы очень упрямый и всё-равно нажмёте кнопку Upload, то получите ту же ошибку. Иными словами, Upload сначала самостоятельно выполняет операцию Verify и при отсутствии ошибки загружает скетч.
Разбор примера
Мы запустили программу, чтобы помигать светодиодом. Но делали это неосознанно, повторяя шаг за шагом описываемые действия. В дальнейшем вам придётся самому писать код, а значит пора ознакомится с основами программирования.
Изучим код шаг за шагом.
В функции setup() мы видим три строчки:
Приблизительный перевод комментариев, которые используется в функции setup() можно перевести как:
Дальше следует сам код, который делает операцию, описанную в комментариях. Обратите внимание, что команда завершается точкой с запятой:
В старых версиях код был немного другим:
Разработчики позже написали более грамотный код, вынеся число 13 в отдельную переменную led.
Комментарий можно перевести как:
Сейчас код обновили, и вместо переменной led используют константу LED_BUILTIN. Такой подход удобен, так как не все платы Arduino имеют встроенный светодиод на порту 13. Если у вас две разные платы и одна из них имеет нестандартный номер, то вам не придётся переписывать пример под каждую плату. Например, у плат MKR1000 встроенный светодиод находится на порту 6.
Нам встретилась новая функция pinMode(), которая устанавливает режим для портов. Функция состоит из двух параметров. В первом параметре указывается порт, с которым мы собираемся работать. Во втором параметре мы сообщаем, как должен работать указанный порт: работать на выход (OUTPUT) или вход (INPUT). В нашем примере, вывод под номером 13 (или другой порт, используемый встроенным светодиодом) должен выводить информацию (посылать сигнал), то есть давать указание мигать светодиоду.
Мы определили в функции setup() необходимые данные для начала работы и теперь можем приступить к непосредственной реализации задачи в функции loop().
Здесь мы видим уже четыре строчки кода. Первая строчка включает светодиод при помощи функции digitalWrite(). В первом параметре мы указываем номер порта, с которым собираемся работать, а во второй указываем константу HIGH. Забегая вперёд, могу сказать что константа HIGH равна 1, и можно было написать digitalWrite(13, 1). Но такая запись не очень удобна, так мельтешение цифр в большом проекте затрудняет чтение кода. А здесь вы сразу видите, что на порту под номером 13 включается светодиод.
Далее идёт команда, отвечающая за паузу — delay(), которая имеет один параметр — количество времени в миллисекундах. В нашем примере мы сделали паузу в одну секунду (1000 миллисекунд = 1 секунда).
Следом идёт уже знакомая нам функция digitalWrite(), но уже с параметром LOW, который выключает светодиод (значение константы LOW равно 0).
И последняя строчка снова делает паузу в одну секунду.
Посмотрим, как работает программа. Когда мы загружаем программу в микроконтроллер, то Arduino активирует порт 13 в режиме выхода (функция setup()), а затем начинает последовательно выполнять четыре строчки из функции loop(): включает диод-пауза-выключает диод-пауза. Когда эти четыре строчки будут выполнены, то они снова будут вызваны и будут повторяться до тех пор, пока мы не выдернем кабель.
Немного о паузе. Теоретически можно убрать вызов функции delay() и программа будет работать. Проблема в другом — контроллер работает с частотой 16 миллионов герц (герц — одно колебание в секунду; если команда длится один такт, вывод переключается 16 миллионов раз в секунду, соответственно, состояние вывода меняется каждые 0,0000000625 секунды), человеческий глаз не способен увидеть реакцию светодиода. Необходимо немного увеличить интервал между двумя командами включения и выключения светодиода.
Что мы можем изменить в данной программе? По большому счету ничего — мы можем установить только собственные значения пауз. Поэкспериментируйте с этим. Другие изменения результата не принесут — нет смысла, например, сейчас использовать другой порт или использовать режим INPUT.
Добавляем свой светодиод (+светодиод)
Мы научились мигать встроенным светодиодом. Но на самом деле у вас не будет возможность пользоваться встроенными компонентами, а придётся самостоятельно собирать нужную конструкцию и взаимодействовать с ней. Поэтому нам понадобится отдельный светодиод, который и будет у нас и мигать, и затухать, и кашу варить (насчёт последнего я, пожалуй, погорячился). Можно использовать любой светодиод — красный, зелёный, синий.
Напомню, что диод проводит ток в одном направлении. Следовательно, необходимо всегда правильно устанавливать светодиод в своих схемах. Встроенный светодиод уже правильно припаян к плате Arduino (скажем спасибо разработчикам).
В светодиодах короткую ножку («минус») светодиода нужно соединять с землёй (GND). Светодиод не рассчитан на большой ток. Чтобы не повредить светодиод, используйте с ним резистор. Он позволяет уменьшить силу тока. В противном случае светодиод прослужит недолго или просто сгорит. Полярность резисторов не важна. Сам резистор можно подключать как до светодиода, так и после него. Я привык сначала ставить резистор, а потом светодиод по направлению от источника питания к земле.
Из первого примера с встроенным светодиодом мы помним, что он использует вывод под номером 13 (на большинстве плат). На плате есть свободный вывод с этим номером, который находится рядом с выводом GND. Берём светодиод и вставляем в эти выводы. Не забываем, что короткую ножку вставляем в GND, а длинную в вывод 13. У вывода 13 уже установлен резистор, поэтому светодиод не сгорит.
Запускаем снова программу Blink. Теперь будут мигать два светодиода: встроенный и наш. Красота!
Вернёмся к светодиодам. Как правило, в цепи идёт слишком большой ток для светодиодов. Чтобы уменьшить силу тока, используют токопонижающие резисторы (сопротивления). У светодиодов есть важные характеристики: ток питания и напряжение падения (Forward voltage). Невероятно, но факт — светодиоды разных цветов используют разные значения напряжения падения. Максимальный ток для светодиодов колеблется в районе 20 миллиампер. Для вычисления значения сопротивления используют формулу: из напряжения питания вычитаем напряжение падения и результат делим на силу тока в светодиоде в амперах. В документации обычно рекомендуют использовать резистор от 220 ohm до 1K ohm. На практике, можно использовать и 100 ом. Если поставите меньше, то будет риск спалить светодиод. При выполнении опытов с несколькими светодиодами вы можете установить разные резисторы, чтобы увидеть разницу.
На следующем уроке мы поближе познакомимся с цифровыми выводами и попробуем изменять программы под свои нужды.
Arduino — LED — Blink
In this tutorial, we learn how to control LED with using Arduino, how to program for Arduino to turn LED on/off, and how to blink LED
Hardware Required
| 1 | × | Arduino UNO or Genuino UNO |
| 1 | × | USB 2.0 cable type A/B |
| 1 | × | LED |
| 1 | × | 220 ohm resistor |
| 1 | × | Breadboard |
| 2 | × | Jumper Wires |
About LED
Pinout
LED includes two pins:
How It Works
After connecting the cathode(-) to GND :
Besides, if generating a PWM signal to the anode(+), the brightness of LED is changed according to PWM value ( described in detail in this tutorial)
Arduino — LED
When an Arduino’s pin is configured as a digital output, the pin’s voltage can be programmatically set to GND or VCC value.
By connecting the Arduino’s pin to LED’s anode(+) pin (via a resistor), we can programmatically control LED’s state.
Wiring Diagram
We are going to run through two examples:
Image is developed using Fritzing. Click to enlarge image
How To Program
Arduino Code
Quick Steps
Code Explanation
Read the line-by-line explanation in comment lines of code!
The above code uses the delay () . This function blocks Arduino from doing other tasks during the delay time. If your project requires to do some tasks, avoid blocking Arduino by using the non-blocking method for Arduino.
Modifying Arduino Code
Modifying code to control the external LED
Quick Steps
This tutorial provides in-depth knowledge that helps you understand the working principle. To make it easy, you can use Arduino — LED library.
Video Tutorial
We are considering to make the video tutorials. If you think the video tutorials are essential, please subscribe to our YouTube channel to give us motivation for making the videos.
Challenge Yourself
Additional Knowledge
At a time, one pin can take only one task. If you already used a pin for another task (e.g, digital input, analog input, PWM, UART. ), you should NOT use it as digital output to control LED. For example, if we use Serial.println() function, we should NOT use pin 0 and 1 for any other purpose because these pins are used for Serial.
Extendability
This tutorial shows how to use the output pin of Arduino to control an LED. We can apply this code to control ON /OFF any devices, even big machines.
for devices/machines that use a high power supply ( > 5v) and/or high-current consumption, we need to use a relay between output pin and devices/machines — see Arduino — Relay.
LED on Commercial Products
Small LEDs usually are used to indicate the status of devices. For examples:
Blink
This example shows the simplest thing you can do with an Arduino to see physical output: it blinks the on-board LED.
Hardware Required
220 ohm resistor
Circuit
This example uses the built-in LED that most Arduino boards have. This LED is connected to a digital pin and its number may vary from board type to board type. To make your life easier, we have a constant that is specified in every board descriptor file. This constant is LED_BUILTIN and allows you to control the built-in LED easily. Here is the correspondence between the constant and the digital pin.
D13 — Intel Edison
D13 — Intel Galileo Gen2
D13 — Leonardo and Micro
D13 — LilyPad USB
If you want to lit an external LED with this sketch, you need to build this circuit, where you connect one end of the resistor to the digital pin correspondent to the LED_BUILTIN constant. Connect the long leg of the LED (the positive leg, called the anode) to the other end of the resistor. Connect the short leg of the LED (the negative leg, called the cathode) to the GND. In the diagram below we show an UNO board that has D13 as the LED_BUILTIN value.
The value of the resistor in series with the LED may be of a different value than 220 ohm; the LED will lit up also with values up to 1K ohm.
Schematic
After you build the circuit plug your Arduino board into your computer, start the Arduino Software (IDE) and enter the code below. You may also load it from the menu File/Examples/01.Basics/Blink . The first thing you do is to initialize LED_BUILTIN pin as an output pin with the line
In the main loop, you turn the LED on with the line:
This supplies 5 volts to the LED anode. That creates a voltage difference across the pins of the LED, and lights it up. Then you turn it off with the line:
That takes the LED_BUILTIN pin back to 0 volts, and turns the LED off. In between the on and the off, you want enough time for a person to see the change, so the delay() commands tell the board to do nothing for 1000 milliseconds, or one second. When you use the delay() command, nothing else happens for that amount of time. Once you’ve understood the basic examples, check out the BlinkWithoutDelay example to learn how to create a delay while doing other things.
Once you’ve understood this example, check out the DigitalReadSerial example to learn how read a switch connected to the board.
See Also
AnalogReadSerial — Read a potentiometer, print its state out to the Arduino Serial Monitor.
BareMinimum — The bare minimum of code needed to start an Arduino sketch.
DigitalReadSerial — Read a switch, print the state out to the Arduino Serial Monitor.
Fade — Demonstrates the use of analog output to fade an LED.
ReadAnalogVoltage — Reads an analog input and prints the voltage to the serial monitor.