код ардуино мигание светодиодом
Урок 12. Мигаем светодиодом Ардуино
Мы уже изучили основные вопросы по работе с аналоговыми входами/выходами. В этом уроке мы подключим нашу светодиодную цепь к одному из цифровых выводов Arduino, включим и выключим светодиод с помощью кода. Мы закрепим знания полезных функций, встроенных в язык Arduino. Нам важно на данном этапе запомнить когда и как использовать три основные функции.
pinMode(pinNumber, mode)
pinMode() (см. в справочнике) используется в setup() скетча, чтобы инициализировать каждый вывод, который мы используем в качестве входа или выхода.
Мы не можем считывать или отправлять на контакт что-либо до того, как будет определена функция pinMode().
digitalWrite(pinNumber, state)
Если вместо этого мы подключаем светодиод к одному из цифровых выводов Arduino, мы можем включить светодиод, установив вывод на 5 В, и выключить его, установив вывод на земле.
delay(timeInMs)
delay() приостанавливает программу на заданный промежуток времени. Например, delay(2000) приостановит программу на 2000 миллисекунд (2000 миллисекунд = 2 секунды), delay(100) приостановит программу на 100 миллисекунд (1/10 секунды) и так далее.
Перед написанием финальной программы мы делаем соединения используя макетную плату.
Пишем код мигающего светодиода, который мы запустим на нашем Arduino.
Также вы уже заметили все точки с запятой. Точки с запятой используются в конце каждой команды на большинстве языков программирования, в том числе и в Arduino. Если вы забудете точку с запятой, то вы увидите ошибку. Со временем, изучая другие области разработки, вы обнаружите, что многие другие языки программирования используют точки с запятой в конце каждой строки.
В этом коде ledPin является переменной. Переменные используются для хранения информации в программах, в этом скетче используем переменную ledPin для хранения числа 7. Позже в программе когда Arduino дойдет до строки с переменной ledPin, плата оценит переменную в соответствии с её текущим сохраненным значением. Итак, строка:
вычисляется Arduino как:
Фактически, мы могли бы заменить все виды использования pinMode числом 7, и программа работала бы точно так же, но использование переменной помогает нам легче читать и понимать код.
Как и ожидалось, светодиод включается на одну секунду, затем выключается на одну секунду. Попробуйте изменять delay(), чтобы увидеть, как это влияет на время мигания светодиода.
Здесь происходит отключение светодиода, но Arduino сразу же попадает в конец цикла loop() и снова начинает выполнение первой строки цикла (включение светодиода). Это происходит так быстро, что человеческий глаз не видит, как светодиод выключается на этот короткий момент, пока wbrk перезапускается.
Умное мигание светодиодом в Ардуино
Мигание светодиода в Ардуино, что может быть проще и бесполезнее. На самом деле практическую пользу от этой простой функции можно найти.
Бывает при программирование какого-нибудь устройства не хватает портов ввода-вывода микроконтроллера. Или из экономических соображений, а может нехватки места в корпусе, не хочется устанавливать дисплей, а как то сигнализировать о режимах работы устройства очень хотелось бы. Часто достаточно сигнализировать о этих режимах горением или миганием светодиода. А если режимов много?
На мысль меня навела автомобильная сигнализация, в которой я как то программировал режим автозапуска. Там, чтобы установить, например, 14-й бит определенного регистра нужно было после входа в режим программирования этого регистра 14 раз нажать на определенную кнопку брелка, а потом дождаться 14-ти коротких сигналов (или мигания поворотников). Затем нажать кнопку в подтверждения и услышать длинный сигнал. Гениально! Никаких дисплеев и экранных меню. Правда, одновременно, и жутко неудобно.
Но если внутренних режимов немного, то использовать количество морганий светодиодом вполне функционально.
Пример мигания светодиодом для Ардуино
Это первая программа которую осваивают при изучении Ардуино. Во многих контроллерах, которые мне попадались в последнее время, эта программа зашита на заводе, видимо для тех кто не осилил и это.
Казалась бы задавай различные интервалы между высокими и низкими уровнями порта и будет нужное. Но при этом контроллер больше ничего не делает (ну почти ничего, прерывания он все таки обрабатывает). Делать что-то еще он конечно может, но не в основном цикле loop().
Поэтому отказываемся от delay() и переходим на события с использованием millis()
Использование событий с использованием millis()
Ну вот. Цель достигнута. Светодиод мигает, а процессорное время в цикле loop() практически полностью доступно для других функций. Правда в таком коде использование требуемых режимов мигания реализуется довольно сложно — несколько событий с разными интервалами, много условий по необходимому режиму и предыдущему состоянию. Слишком сложно.
Обработка битовой матрицы состояния светодиода
Уменьшаем время срабатывания события до 1/8 секунды и в 1 байте кодируем 8 бит состояний, отображаемых последовательно.
Первые три режима работы светодиода простые. А вот остальные уже можно использовать для демонстрации режима микроконтроллера:
Короткая вспышка 1 раз в секунду 
Две вспышки в секунду 
Три вспышки 
И постоянные вспышки четыре раза в секунду 
В принципе, на этом можно было и остановиться, так как для большинства проектов этого бы хватило. Но если этого мало и вам нужно будет разрабатывать программирование автосигнализации )))
Что если 8 бит состояний светодиодов мало?
Использование 4-х байт для определения состояния светодиода
Получаем циклический сигнал SOS — три коротких, три длинных и снова три коротких сигнала светодиодом, повторяемый каждые 4 секунды 
Очень много людей критиковали Ардуино за ужасный стиль программирования микроконтроллеров без использования прерываний
Только хардкор. Только прерывания!
Берем 16-ти битный Таймер 1. Устанавливаем прерывание на переполнение за 125мс
Подробно по программированию таймера можно почитать здесь. При этом delay() на 5 секунд в Loop() совершенно не мешают управлению нашим светодиодом.
Недостаток такого метода в том, что не будут работать некоторые функции и библиотеки, использующие таймер 1. Например, ШИМ.
Если с программированием регистров таймера сложно, а прерывание по таймеру использовать интересно —
Прерывание по таймеру с «человеческим лицом»
Добрые люди написали программный интерфейс к таймеру в виде библиотеки TimerOne
Ну, и напоследок, код для тех, кто как и я «грызет» программирование WiFi модулей ESP8266 в среде Arduino IDE.
Прерывание по таймеру в ESP8266
Там другие добрые люди прямо в ядро ESP для Arduino встроили библиотеку Ticker
Использовать прерывания в ESP следует осторожно, так как очень часто это вызывает срабатывание злобного сторожевого таймера WDT, который считает, что на обработку встроенных WiFi функций выделяется слишком мало времени.
Надеюсь, эта статья будет немного полезной для всех любителей мигать светодиодами в Ардуино и не только им.
Мигание светодиодом на Arduino UNO
С точки зрения обычного пользователя, Arduino – это небольшая печатная плата на основе микроконтроллера (МК) фирмы Atmel, предназначенная для реализации систем автоматики и робототехники разного уровня сложности. Кроме МК и его обвязки на плате размещён стабилизатор питания, порты ввода-вывода, линейки штыревых разъёмов. Полная её комплектация зависит от модели и производителя. Расширение возможностей процессорной платы осуществляют методом жёсткого штыревого соединения с совместимыми платами.
Немного о программирование и популярности Arduino
Программная часть представлена общедоступной оболочкой IDE Arduino, работающей под Windows, Mac OS и Linux. Внутри оболочки можно писать и компилировать программы, а также отправлять их на внешние устройства. Упрощенная версия языка C++ облегчает новичкам написание программ. Перенос программы в Arduino производят, как правило, посредством USB соединения при помощи встроенного загрузчика.
Популярность Arduino среди радиолюбителей вызвала интерес у сторонних производителей, которые наладили выпуск периферийных устройств на модулях расширения. С их помощью возможности МК расширяются в десятки раз, вплоть до реализации сложных робототехнических проектов. Но об этом позже. Сначала предлагаем рассмотреть простейшую задачу на примере мигания светодиода при помощи Arduino.
Что потребуется?
Чтобы сделать мигающий светодиод с помощью контроллера Arduino нужно около минуты времени и иметь в наличии:
Для удобства подключения можно задействовать монтажную плату (breadboard).
В реализации более сложных электронных схем, монтажная плата – это незаменимый помощник.
Схема подключения
В случае отсутствия монтажной платы один конец соединительного провода подключают к 13 выводу Arduino, а другой – к резистору. Резистор вторым проводом, или с помощью припоя, объединяют с анодом светодиода. Остаётся замкнуть катод светодиода с общим выводом (GND) Arduino, и схема готова. 
Имея под рукой breadboard, светодиод и резистор соединяют последовательно через её разъёмы. Затем двумя проводами обеспечивают электрический контакт двух плат. Теперь USB кабелем соединяем плату контроллера с компьютером и запускаем прикладную программу IDE с несложным программным кодом. В результате можно наблюдать мигание светодиода от Arduino. Как правило, на процессорной плате уже установлен миниатюрный SMD-светодиод, который будет мигать в такт с его выносным аналогом. Кроме простого моргания светодиода им можно управлять, программно изменяя яркость свечения и время паузы.
Код (скетч) мигания светодиодом для Arduino IDE
void setup () <
pinMode (13, OUTPUT); // Назначение 13-го вывода выходом
>
void loop () <
digitalWrite (13, HIGH); // Включение 13 вывода
delay (1000); // Время задержки на 1000 мс (1 секунда)
digitalWrite (13, LOW); // Выключение 13 вывода
delay (1000); // Время задержки на 1000 мс
>
Представленный скетч назначает рабочим 13-й вывод Arduino и задает мигание светодиода с периодом в 2 секунды.
Программно-аппаратный комплекс Arduino дает возможность людям без электротехнической специализации на практике познакомиться с миром загадочной электроники. Успешно решив простую задачку с мигающим светодиодом, каждый желающий открывает себе дорогу к более интересным аналого-цифровым схемам.
Мигание встроенным на плату Arduino светодиодом
На этом уроке Вы научитесь программировать свою плату Arduino на примере мигания встроенным светодиодом.
Необходимые элементы
Для данного примера Вам понадобится плата Arduino (в данном случае – Arduino Uno R3, но Вы сможете проработать данный пример, имея в наличии и другую плату) и кабель USB (типа A (4х12 мм) – B (7х8 мм) – более подробно можно почитать на Вики).
Что такое ” L” светодиод
На Arduino Uno присутствуют ряды коннекторов типа мама по бокам платы, которые используются для подключения периферийных электронных устройств или “шилдов”.
Кроме того, на плате присутствует встроенный светодиод (англ. – LED), которым Вы можете управлять с помощью скетчей. Этот встроенный светодиод условно назовем “L” светодиод, как это принято на многих англоязычных ресурсах.
Расположение данного светодиода на плате отмечено на фото снизу.
Загрузка примера “Blink” (мигание) в Arduino IDE
При подключении новой платы к персональному компьютеру, обратите внимание, что светодиод начинает мигать, так как все платы от производителей поступают с уже “залитым” скетчем “Blink”.
На этом уроке мы перепрограммируем нашу плату, изменив частоту мигания светодиода. Не забудьте настроить оболочку Arduino IDE и выбрать нужный серийный порт, по которому Вы подключили Вашу плату.
Пришло время проверить Ваше подключение и запрограммировать плату.
В оболочке Arduino IDE существует большая коллекция скетчей, которые уже готовы к использованию. Среди них находится и пример, который заставляет мигать “L” светодиод.
Откройте пример “Blink”, который находится в пункте меню File – Examples – 01.Basics
После открытия, расширьте окно оболочки Arduino IDE, чтобы Вы могли весь скетч в одно окне.
Скетчи из примеров, включенные в Arduino IDE предусматривают режим “только чтение” (“read only”). То есть, загрузить их на плату Вы сможете, но после изменения кода, Вы не сможете их сохранить в том же файле.
Мы будем изменять скетч, так что в первую очередь Вам необходимо сохранить собственную копию, которую Вы сможете изменять.
Из меню “File” выберите опцию “Сохранить как” (“Save As..”) и сохраните скетч под подходящим Вам названием, например, “MyBlink”.
Вы сохранили копию скетча “Blink” в Вашей библиотеке. Теперь открыть этот файл Вы можете в любой момент, перейдя по вкладке File – Scetchbook.
Загрузка примера “Blink” (мигание) на плату
Подключите свою плату Arduino к компьютеру с помощью USB и проверьте тип платы (“Board type”) и серийный порт (“Serial Port”), по которому она подключена.
Текущие настройки отображаются внизу окна оболочки Arduino IDE
Кликните на кнопку “Загрузить” (“Upload”)
Во время загрузки в нижней части окна IDE появятся ползунок загрузки и сообщения. Вначале появляется фраза “Компилирование” (“Compiling scetch..”), что означает процесс конвертирования Вашего скетча в формат, подходящий для загрузки на плату Arduino.
Дальше статус сменится на “Загрузка” (“Uploading”). В этот момент светодиоды на плате начнут мигать, так как начнется перенос скетча в микропроцессор.
В конце статус сменится на ”Загрузка завершена” (“Done uploading”). В сообщении, которое появится в текстовой строке отобразится информация о том, что загруженный скетч занимает 1,084 байта из 32,256 доступных.
Иногда при компиляции у Вас может возникнуть подобная ошибка:
Причин может быть несколько: Вы не подключили плату к компьютеру; Вы не установили необходимые драйвера; Вы выбрали некорректный серийный порт.
Если же загрузка прошла корректно, плата Arduino перезагрузится и “L” светодиод начнет мигать.
Пояснения к скетчу “Blink”
Ниже представлен код скетча “Blink”.
Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
This example code is in the public domain.
// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.
// the setup routine runs once when you press reset:
// initialize the digital pin as an output.
// the loop routine runs over and over again forever:
digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
Первое, на что стоит обратить внимание: в данном скетче множество “комментариев”. Обратите внимание, что комментарии не являются инструкцией по работе программы. Это исключительно пояснения отдельных функций и задач, которые выполняются на определенном этапе кода. Это не обязательная часть кода. Все между символами /* и */ в верхней части скетча – это комментарии, в которых описаны задачи программы. Так же есть комментарии, которые ограничиваются одной строкой. Они начинаются с символов // и заканчиваются по умолчанию в конце строки. Первая важная, по сути, часть данного кода это строка:
В комментариях над строкой указано, что мы присваиваем имя пину, к которому подключен светодиод. На большинстве плат Arduino это будет 13 пин. Дальше используется функция “Setup”. Опять-таки, в комментариях указано, что функция срабатывает после нажатия кнопки “reset”. Также эта функция срабатывает, когда плата перезагрузится по каким-либо другим причинам. Например, подача питания или после загрузки скетча.
// the setup routine runs once when you press reset:
// initialize the digital pin as an output.
Каждый скетч Arduino обязан включать в себя функцию “setup” и часть, в которую вы можете добавлять собственные инструкции, заключенные между < >. В нашем примере в функции присутствует только одна команда, в которой указано, что пин, который мы используем, настраивается на “вывод” (“Output”). Также обязательным для любого скетча является функция цикла “Loop”. В отличие от функции “Setup ”, которая отрабатывает один раз после перезагрузки, функция “Loop” после окончания работы команд, вновь запустится.
// the loop routine runs over and over again forever:
digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
В теле функции “Loop” светодиод включается (HIGH), данное значение задерживается на 1000 миллисекунд (1 секунда), светодиод отключается (LOW) и остается выключенным на 1 секунду, после чего цикл повторится.
Изменение частоты мигания светодиода
Для того, чтобы обеспечить более частое мигание светодиода, необходимо изменить параметр, указываемый в скобках ( ) в команде “delay”.
Как уже было указано, период задержки указывается в миллисекундах. То есть, для того, чтобы заставить светодиод мигать в два раза чаще, необходимо изменить значение с 1000 на 500. В результате, пауза между включением/выключением светодиода составит половину секунды и светодиод будет мигать быстрее.
Для проверки, не забудьте загрузить измененный скетч на плату Arduino.
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
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.
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.
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.
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.
Добавляем свой светодиод (+светодиод)
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!
На следующем уроке мы поближе познакомимся с цифровыми выводами и попробуем изменять программы под свои нужды.