Бегущие огни ардуино схема подключения. Бегущие поворотники на ленте WS2812 и Arduino

Ардуино начинающим

В этом уроке мы продолжим работу со светодиодами, но количество светодиодов увеличим до 5. И сделаем эффект бегущего огня
. Для управления светодиодами будем использовать манипуляции с портами Arduino. Мы будем напрямую записывать данные в порты Arduino. Это лучше, чем работать с конкретными входами/выходами контроллера. Это позволит установить значения для светодиодов при помощи одной лишь операции.

У Arduino UNO имеется 3 порта:

B (цифровые входа/выхода с 8 по 13)
C (аналоговые входа)
D (цифровые входа/выхода с 0 по 7)

Каждый порт управляется 3 регистрами. Регистр DDR определяет чем будет являться нога (pin) входом или выходом. При помощи регистра PORT можно установить pin в состояние HIGH или LOW. При помощи регистра PIN можно считать состояние ножек Arduino, когда они работает на вход.

Мы будем использовать порт B. Сначала, мы должны установить все ножки порта B как цифровые выхода. У порта B имеется только 6 ножек. Биты регистра для В-порта DDRB должны быть установлены в 1, если нога будет использоваться как выход (OUTPUT), и в 0, если нога будет использовать как вход (INPUT). Биты портов нумеруются с 0 по 7, но не всегда содержат все 8 ног.

Пример:

DDRB = B00111110; // установить ножки порта В с 1 по 5 как выхода, а 0 как вход.

Обратите внимание, что в микроконтроллерах фирмы Microchip все наоборот. 0 бит – нога работает как выход, а 1 – как вход.

В нашем проекте бегущего огня мы будем использовать 5 выходов:

DDRB = B00011111; // установить ноги порта В с 0 по 4 как выхода

Для записи значений в порт В необходимо использовать регистр PORTB. Зажечь первый светодиод можно командой:

PORTB = B00000001;
первый и четвертый:
PORTB = B00001001;

Теперь вы видите, как легко мы можем включать и выключать светодиоды. Теперь расскажем вам об операторах сдвига

Есть 2 оператора двоичного сдвига: оператор сдвига влево >. Оператор сдвига влево > сдвигает биты вправо.

Пример:

varA = 1; // 00000001
varA = 1 varA = 1 varA = 1

Теперь вернемся к нашей программе, которая показана ниже. Нам нужно ввести 2 переменные: первая upDown
будет содержать значение куда двигаться – вверх или вниз, а вторая cylon
какие светодиоды зажигать.

В функции setup()
мы определяем какие ножки должны работать как выхода.

В главном цикле программы loop()
, светодиоды по очереди загораются вверх путем увеличения переменной cylon
, а когда доходит до самого верхнего, то переменной upDown
присваивается 0 и светодиоды загораются вниз по очереди.

Код:
/*
Бегущий огонь. 5 светодиодов
*/
unsigned char upDown=1; // начинаем с движения вверх
unsigned char cylon=0; // определяет очередность LED
void setup() {
DDRB = B00011111; // устанавливаем порт B с 0 по 4 как выхода
}
void loop() {
if(upDown==1){ // если идем вверх, то
cylon++;
if(cylon>=4) upDown=0; // когда достигнут наибольший номер LED, то в след. цикле идем вниз
}
else {
cylon–;
if(cylon==0) upDown=1; // когда достигнут наименьший номер LED, то в след. цикле идем вверх
}
PORTB = 1

В этом уроке мы продолжим работу со светодиодами, но количество светодиодов увеличим до 5. И сделаем эффект бегущего огня. Для управления светодиодами будем использовать манипуляции с портами Arduino. Мы будем напрямую записывать данные в порты Arduino. Это лучше, чем работать с конкретными входами/выходами контроллера. Это позволит установить значения для светодиодов при помощи одной лишь операции.

У Arduino UNO имеется 3 порта:
B (цифровые входа/выхода с 8 по 13)
C (аналоговые входа)
D (цифровые входа/выхода с 0 по 7)

Каждый порт управляется 3 регистрами. Регистр DDR
определяет чем будет являться нога (pin) входом или выходом. При помощи регистра PORT
можно установить pin в состояние HIGH или LOW. При помощи регистра PIN
можно считать состояние ножек Arduino, когда они работают на вход.

В нашем проекте бегущего огня мы будем использовать 5 выходов:
DDRB = B00011111; // установить ноги порта В с 0 по 4 как выхода

Для записи значений в порт В необходимо использовать регистр PORTB. Зажечь первый светодиод можно командой:
PORTB = B00000001;
первый и четвертый:
PORTB = B00001001;

Есть 2 оператора двоичного сдвига: оператор сдвига влево >. Оператор сдвига влево > сдвигает биты вправо.

Пример:
varA = 1; // 00000001
varA = 1
varA = 1
varA = 1

В функции setup()
мы определяем какие ножки должны работать как выхода.

В главном цикле программы loop(), светодиоды по очереди загораются вверх путем увеличения переменной cylon, а когда доходит до самого верхнего, то переменной upDown присваивается 0 и светодиоды загораются вниз по очереди.

/*
Бегущий огонь. 5 светодиодов
*/
unsigned char upDown=1; // начинаем с движения вверх
unsigned char cylon=0; // определяет очередность LED
void setup() {
DDRB = B00011111; // устанавливаем порт B с 0 по 4 как выхода
}
void loop() {
if(upDown==1){ // если идем вверх, то
cylon++;
if(cylon>=4) upDown=0; // когда достигнут наибольший номер LED, то в след. цикле идем вниз
}
else {
cylon–;
if(cylon==0) upDown=1; // когда достигнут наименьший номер LED, то в след. цикле идем вверх
}
PORTB = 1

Делаем бегущие огни из светодиодов на Arduino. В данном случае используется Arduino Mega 2560, который потенциально способен управлять бегущей дорожкой из 54-х светодиодов. Но схема и программа не изменятся, если вы будете использовать другие контроллеры из платформы Arduino такого типа (UNO, Leonardo…)

Схема подключения светодиодов к Ардуино Мега 2560.

Так выглядит скетч в окне стандартного приложения для программирования Ардуино.

Текст программы для реализации бегущих огней на платформе ардуино.

int first_out = 11; //первый дискретный выход

int last_out = 13; //последний дискретный выход

//блок для инициализации входов-выходов и других исходных данных

last_out = last_out + 1; //добавляем единицу для корректного использования в циклах

//определение 11-го, 12-го и 13-го дискретных выводов платы Ардуино как выходы

for (i = first_out; i

for (t = first_out; t

digitalWrite(t, HIGH); //зажигание следующего светодиода

delay(500); //задержка 500мсек

for (i = first_out; i

Для увеличения количества управляемых светодиодов в гирлянде, в программе нужно будет просто заменить значения переменных first_out и
last_out. Первая переменная хранит начальный дискретный выход контроллера, а вторая последний из группы выходов, которые идут подряд. Например, если мы хотим подключить 10 светодиодов в гирлянду, вводим такие значения:
first_out = 4,
last_out = 13. И
светодиоды к выводам по порядку с 4-го по 13-й. А первый и второй вывод дискретных входов-выходов лучше не трогать, так как им мешает usb-порт, подключенный к компьютеру.

Давайте еще немного поморгаем светодиодами. Давайте создадим с Вашей Arduino линейку светодиодов, моргающих слева направо и справа налево, и используя не один, а восемь штук. Заставим моргать светодиоды в бесконечном цикле последовательности 1-2-3-4-5-6-7-8-7-6-5-4-3-2-1-2-3 – … с задержкой в одну секунду.
Вам понадобится:

Ваши стандартные настройки Arduino (компьютер, кабель, Uno или совместимый)
8 светоизлучающих диодов.
8 резисторов 360 Ом 0,25 Вт. Резисторы необходимы для ограничения тока светодиодов.
Макетная плата и соединительного провода

Предлагаю сделать задержку переменной. Так что вы могли легко изменить её
.
В исходном проекте «мигающий светодиод», описанный в книге Массимо Банци, использовался цифровой вывод 13. На этот раз, вы можете использовать цифровые контакты со 2 до 9. Аппаратная сторона проста – подключите провод от каждого цифрового контакта к аноду светодиода, затем подключите соединительным проводом резистор 360 Ом резистор и далее катод светодиода на землю. См. схему ниже:

Теперь ваша задача – написать код! Но прежде чем сделать это, надо написать план работы или алгоритм. Например, для этого упражнения вы могли бы написать что-то вроде…

0.1 алгоритм работы программы.

Устанавливаем, что все контакты мы будем использовать как выходы

Создаем переменную для хранения длительность задержки в миллисекундах

Начинаем бесконечно повторяемый цикл

включить контакт 2, ждать установленное время задержки, выключить его

включить контакт 3, ждать установленное время задержки, выключить его

Повторите эти операции для остальных выходов – с 4 до 9

Затем сделайте то же самое, но в обратном направлении до контакта 3

Окончание бесконечного цикла

Что получилось у Вас? Ни чего страшного нет, если у вас ни чего не получилось. Так как Вы учитесь. Но чтобы сэкономить ваше время ниже приведен код для данной схемы
.

int del=100; // sets a default delay time, 100 milliseconds (one tenth of a second)
void setup()
{
// initialize the digital pins as outputs:
// later on there will be easier ways to do this
pinMode(2, OUTPUT);
pinMode(3, OUTPUT);
pinMode(4, OUTPUT);
pinMode(5, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);
pinMode(7, OUTPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
}
// the loop() method repeats indefinitely until you turn off the power
void loop()
{
digitalWrite(2, HIGH); // turn on LED on pin 2
delay(del); // wait (length determined by value of “del”)
digitalWrite(2, LOW); // turn it off

delay(del); // wait

digitalWrite(9, HIGH); // turn on LED on pin 9
delay(del); // wait
digitalWrite(9, LOW); // turn it off
digitalWrite(8, HIGH); // turn on LED on pin 8
delay(del); // wait
digitalWrite(8, LOW); // turn it off
digitalWrite(7, HIGH); // turn on LED on pin 7
delay(del); // wait
digitalWrite(7, LOW); // turn it off
digitalWrite(6, HIGH); // turn on LED on pin 6
delay(del); // wait
digitalWrite(6, LOW); // turn it off
digitalWrite(5, HIGH); // turn on LED on pin 5
delay(del); // wait
digitalWrite(5, LOW); // turn it off
digitalWrite(4, HIGH); // turn on LED on pin 4
delay(del); // wait
digitalWrite(4, LOW); // turn it off
digitalWrite(3, HIGH); // turn on LED on pin 3
delay(del); // wait
digitalWrite(3, LOW); // turn it off

В этом эксперименте мы заставляем огонёк бежать по светодиодной шкале.

СПИСОК ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

– 1 плата Arduino Uno;

– 1 беспаечная макетная плата;

– 1 светодиодная шкала;

– 10 резисторов номиналом 220 Ом;

– 11 проводов «папа-папа».

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

СХЕМА НА МАКЕТНОЙ ПЛАТЕ

СКЕТЧ

скачать скетч для Arduino IDE

// светодиодная шкала подключена к группе пинов расположенных
// подряд. Даём понятные имена первому и последнему пинам
#define FIRST_LED_PIN 2
#define LAST_LED_PIN 11
void setup()
{
// в шкале 10 светодиодов. Мы бы могли написать pinMode 10
// раз: для каждого из пинов, но это бы раздуло код и
// сделало его изменение более проблематичным.
// Поэтому лучше воспользоваться циклом. Мы выполняем
// pinMode для (англ. for) каждого пина (переменная pin)
// от первого (= FIRST_LED_PIN) до последнего включительно
// (

ПОЯСНЕНИЯ К КОДУ

С помощью выражения for
мы организуем цикл со счетчиком

. В данном случае для настройки портов на выход. Чтобы сделать такой цикл, нужно:
- Инициализировать переменную-счетчик, присвоив ей первоначальное значение. В нашем случае: int pin = FIRST_LED_
  PIN
  ;
- Указать условие, до достижения которого будет повторяться цикл. В нашем случае: pin PIN
  ;
- Определить правило, по которому будет изменяться счетчик. В нашем случае ++pin
  (см. ниже об операторе ++
  ).
Например, можно сделать цикл for (int i = 10; i > 0; i = i – 1)
. В этом случае:
- Переменной i присваивается значение 10
  ;
- Это значение удовлетворяет условию i > 0
  ;
- Поэтому блок кода, помещенный в цикл, выполняется первый раз;
- Значение i
  уменьшается на единицу, согласно заданному правилу, и принимает значение 9
  ;
- Блок кода выполняется второй раз;
- Всё повторяется снова и снова вплоть до значения i
  равного 0
  ;
- Когда i
  станет равна 0
  , условие i > 0
  не выполнится, и выполнение цикла закончится;
- Контроллер перейдет к коду, следующему за циклом for
  ;
Помещайте код, который нужно зациклить, между парой фигурных скобок {}
, если в нем больше одной инструкции;
Переменная-счетчик, объявляемая в операторе for
, может использоваться внутри цикла. Например, в данном эксперименте pin
последовательно принимает значения от 2 до 11 и, будучи переданной в pinMode
, позволяет настроить 10 портов одной строкой, помещенной в цикл;
Переменные-счетчики видны только внутри цикла. Т.е. если обратиться к pin
до или после цикла, компилятор выдаст ошибку о необъявленной переменной;
Конструкция i = i – 1
в пояснении выше не является уравнением! Мы используем оператор присваивания = для того, чтобы в переменную i
поместить значение, равное текущему значению i
, уменьшенному на 1
;
Выражение ++pin
— это т.н. оператор инкремента

, примененный к переменной pin
. Эта инструкция даст тот же результат, что pin = pin + 1 ;
Аналогично инкременту работает оператор декремента

–
–
, уменьшающий значение на единицу. Подробнее об этом в статье про арифметические операции ;
Тип данных unsigned int
используют для хранения целых чисел без знака, т.е. только неотрицательных

. За счет лишнего бита, который теперь не используется для хранения знака, мы можем хранить в переменной такого типа значения до 65 535
;
Функция millis
возвращает количество миллисекунд, прошедших с момента включения или перезагрузки микроконтроллера. Здесь мы используем ее для отсчета времени между переключениями светодиодов;
С помощью выражения (ms / 120) % 10
мы определяем, который из 10 светодиодов должен гореть сейчас. Перефразируя, мы определяем какой отрезок длиной в 120 мс идет сейчас и каков его номер внутри текущего десятка. Мы добавляем порядковый номер отрезка к номеру того порта, который в текущем наборе выступает первым;
То, что мы гасим светодиод с помощью digitalWrite(pin, LOW)
всего через 10 мс после включения не заметно глазу, т.к. очень скоро будет вновь вычислено, какой из светодиодов включать, и он будет включен — только что погашенный или следующий.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ СЕБЯ

Почему в данном эксперименте мы подключаем светодиодную шкалу, не используя транзистор?
Если бы мы включали светодиоды только на портах 5, 6, 7, 8, 9, что нужно было бы изменить в программе?
С помощью какой другой инструкции можно выполнить действие, эквивалентное ++pin
?
В чем разница между переменными типов int
и unsigned int
?
Что возвращает функция millis()
?
Как в данном эксперименте мы вычисляем номер порта, на котором нужно включить светодиод?

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Измените код так, чтобы светодиоды переключались раз в секунду.
Не выключая порты, сделайте так, чтобы огонёк бежал только по средним четырем делениям шкалы.
Переделайте программу так, чтобы вместо int pin = FIRST_LED_
PIN
+ (ms / 120) % 10
перемещением огонька управлял цикл for
.
Не меняя местами провода, измените программу так, чтобы огонёк бегал в обратном направлении.