Comment connecter une LED à une carte Arduino

La plate-forme Arduino est extrêmement populaire dans le monde entier. Un outil idéal pour les premiers pas dans le développement de la programmation et la gestion du matériel. Au fur et à mesure que vous développez vos compétences, vous pouvez faire évoluer l'architecture en ajoutant des périphériques et créer des systèmes plus complexes qui exécutent des programmes plus complexes. Les cartes Arduino Uno et Arduino Nano sont adaptées à la formation initiale. Sur leur exemple, la connexion de la LED à l'Arduino est envisagée.

Qu'est-ce qu'Arduino Uno et Arduino Nano

La base de la carte Arduino Uno est le microcontrôleur ATmega328. Il contient également des éléments supplémentaires :

• résonateur à quartz ;
• bouton de réinitialisation;
• connecteur USB ;
• stabilisateur de tension intégré ;
• câble d'alimentation;
• plusieurs LED pour indiquer les modes ;
• puce de communication pour canal USB ;
• connecteur pour la programmation en circuit ;
• quelques éléments actifs et passifs supplémentaires.

Tout cela permet de faire les premiers pas sans utiliser de fer à souder, et d'éviter l'étape de fabrication d'un circuit imprimé.L'unité est alimentée par une source de tension externe de 7..12 V ou via un connecteur USB. Grâce à lui, le module est connecté au PC pour télécharger le croquis. La carte dispose d'une source de tension de 3,3 V pour alimenter des appareils externes. 6, 14 sorties numériques à usage général sont disponibles pour le fonctionnement. La capacité de charge de la sortie numérique lorsqu'elle est alimentée par 5 V est de 40 mA. Cela signifie qu'une LED peut être directement connectée à celle-ci via résistance de limitation.

Arduino Uno.

La carte Arduino Nano est entièrement compatible avec l'Uno, mais de plus petite taille et présente quelques différences et simplifications indiquées dans le tableau.

Arduino Nano.

Les différences ne sont pas fondamentales et n'ont pas d'importance pour le sujet de l'examen.

Ce dont vous avez besoin pour connecter la LED à la carte Arduino

Il existe deux options pour connecter la LED. À des fins d'apprentissage, vous pouvez choisir n'importe lequel.

1. Utiliser la LED intégrée. Dans ce cas, rien d'autre n'est nécessaire, à l'exception d'un câble de connexion à un PC via un connecteur USB - pour l'alimentation et la programmation. Cela n'a aucun sens d'utiliser une source de tension externe pour alimenter la carte : la consommation de courant est faible.
   Câble USB A-B pour connecter l'Arduino Uno au PC.
2. Connecter des LED externes. Ici, vous aurez en plus besoin de :
   • la LED elle-même ;
   • résistance de limitation de courant d'une puissance de 0,25 W (ou plus) avec une valeur nominale de 250-1000 ohms (selon la LED);
   • fils et un fer à souder pour connecter un circuit externe.

Connexion d'une LED externe directement à la sortie du contrôleur.

Les LED sont connectées en cathode à n'importe quelle sortie numérique du microcontrôleur, en anode à un fil commun via une résistance de ballast. Avec un grand nombre de LED, une source d'alimentation supplémentaire peut être nécessaire.

Est-il possible de connecter plusieurs LED à une sortie

Il peut être nécessaire de connecter une LED externe ou un groupe de LED à l'une des sorties. La capacité de charge d'une sortie du microcontrôleur, comme mentionné, est faible. Une ou deux LED avec une consommation de courant de 15 mA peuvent y être directement connectées en parallèle. Il ne vaut pas la peine de tester la capacité de survie de la sortie avec une charge sur le point de devenir possible ou de la dépasser. Il vaut mieux utiliser un interrupteur sur un transistor (champ ou bipolaire).

Connexion LED via un interrupteur à transistor sur une triode bipolaire.

Résistance R1 doit être choisi de manière à ce que le courant qui le traverse ne dépasse pas la capacité de charge de la sortie. Il vaut mieux prendre la moitié ou moins du maximum. Ainsi, pour définir un courant modéré dans 10 mA, la résistance à 5 volts d'alimentation doit être 500 ohms.

Chaque LED doit avoir sa propre résistance de ballast, il n'est pas souhaitable de la remplacer par une commune. Rbal est choisi de manière à régler son courant de fonctionnement à travers chaque LED. Ainsi, pour une tension d'alimentation de 5 volts et un courant de 20mA, la résistance doit être de 250 ohms ou la valeur standard la plus proche.

Il faut s'assurer que le courant total traversant le collecteur du transistor ne dépasse pas sa valeur maximale. Ainsi, pour le transistor KT3102, le plus grand Ik doit être limité à 100 mA. Cela signifie que pas plus de 6 LED avec courant ne peuvent y être connectées. 15mA. Si cela ne suffit pas, une clé plus puissante doit être utilisée.C'est la seule restriction pour choisir un transistor n-p-n dans un tel circuit. Même ici, théoriquement, il faut tenir compte du gain de la triode, mais pour ces conditions (courant d'entrée 10 mA, sortie 100) il ne devrait être qu'au moins 10. Tout transistor moderne peut produire un tel h21e.

Un tel circuit convient non seulement pour augmenter la sortie de courant du microcontrôleur. Ainsi, vous pouvez connecter des actionneurs suffisamment puissants (relais, solénoïdes, moteurs électriques) alimentés par une tension accrue (par exemple, 12 volts). Lors du calcul, vous devez prendre la valeur de tension correspondante.

Vous pouvez également utiliser pour exécuter des touches MOSFET, mais ils peuvent nécessiter une tension plus élevée pour s'ouvrir que celle que l'Arduino peut produire. Dans ce cas, des circuits et éléments supplémentaires doivent être prévus. Pour éviter cela, il faut utiliser les transistors à effet de champ dits "numériques" - ils ont besoin de 5 volt ouvrir. Mais ils sont moins fréquents.

Contrôler une LED par programmation

Connecter simplement une LED à la sortie du microcontrôleur ne fait pas grand-chose. Il est nécessaire de maîtriser le contrôle de la LED depuis l'Arduino par programmation. Cela peut être fait dans le langage Arduino, qui est basé sur C (C). Ce langage de programmation est une adaptation du C pour l'apprentissage initial. Après l'avoir maîtrisé, la transition vers C++ sera facile. Pour écrire des croquis (comme les programmes pour Arduino sont appelés) et les déboguer en direct, vous devez procéder comme suit :

• installez l'IDE Arduino sur un ordinateur personnel ;
• vous devrez peut-être installer un pilote pour la puce de communication USB ;
• connectez la carte à un PC à l'aide d'un câble USB-microUSB.

L'interface de l'environnement de développement Arduino IDE est une invitation à écrire un programme.

Les simulateurs informatiques peuvent être utilisés pour déboguer des programmes et des circuits simples. La simulation du fonctionnement des cartes Arduino Uno et Nano est prise en charge, par exemple, par Proteus (à partir de la version 8). La commodité du simulateur est qu'il est impossible de désactiver le matériel avec un circuit assemblé par erreur.

Simulation de l'Arduino avec une LED connectée dans Proteus 8.23.

Les croquis se composent de deux modules :

• mettre en place - exécuté une fois au démarrage du programme, initialise les variables et les modes de fonctionnement du matériel ;
• boucle – est exécuté cycliquement après le bloc de configuration jusqu'à l'infini.

Pour Connexion DEL vous pouvez utiliser n'importe laquelle des 14 broches libres (broches), qui sont souvent appelées à tort ports. En fait, le port est, tout simplement, un groupe de broches. La broche n'est qu'un élément.

Un exemple de contrôle est considéré pour la broche 13 - une LED y est déjà connectée sur la carte (via un amplificateur suiveur sur la carte Uno, via une résistance sur le Nano). Pour fonctionner avec une broche de port, celle-ci doit être configurée en mode entrée ou sortie. Il est pratique de le faire dans le corps de la configuration, mais pas nécessaire - la destination de sortie peut être modifiée dynamiquement. C'est-à-dire que pendant l'exécution du programme, le port peut fonctionner soit pour l'entrée, soit pour la sortie de données.

L'initialisation de la broche 13 de l'Arduino (broche PB5 du port B du microcontrôleur ATmega 328) est la suivante :

void setup()

{

pinMode(13, Sortie);

}

Après avoir exécuté cette commande, la broche 13 de la carte fonctionnera en mode sortie, par défaut elle sera logique basse. Pendant l'exécution du programme, zéro ou un peut y être écrit. L'enregistrement de l'unité ressemble à ceci :

boucle vide ()

{

digitalWrite(13, ÉLEVÉ);

}

Maintenant, la broche 13 de la carte sera réglée sur haut - une logique, et elle peut être utilisée pour allumer la LED.

Pour éteindre la LED, vous devez mettre la sortie à zéro :

digitalWrite(13, BAS);

Ainsi, en écrivant alternativement un et zéro sur le bit correspondant du registre du port, vous pouvez contrôler des périphériques externes.

Vous pouvez maintenant compliquer le programme Arduino pour contrôler la LED et apprendre à faire clignoter l'élément émetteur de lumière :

void setup()

{

pinMode(13, Sortie);

}

boucle vide ()

{

digitalWrite(13, ÉLEVÉ);

retard(1000);

digitalWrite(13, BAS);

retard(1000);

}

Équipe retard (1000) crée un retard de 1000 millisecondes, soit une seconde. En modifiant cette valeur, vous pouvez modifier la fréquence ou le rapport cyclique du clignotement de la LED. Si une LED externe est connectée à une autre sortie de la carte, alors dans le programme, au lieu de 13, vous devez spécifier le numéro de la broche sélectionnée.

Pour plus de clarté, nous recommandons une série de vidéos.

Après avoir maîtrisé les connexions LED à l'Arduino et appris à le contrôler, vous pouvez passer à un nouveau niveau et écrire d'autres programmes plus complexes. Par exemple, vous pouvez apprendre à commuter deux LED ou plus avec un bouton, changer la fréquence de clignotement à l'aide d'un potentiomètre externe, régler la luminosité de la lueur à l'aide de PWM, changer la couleur d'un émetteur RVB. Le niveau des tâches n'est limité que par l'imagination.