Лабораторная работа 1. Светодиод
Цель работы:
Знакомство с принципами работы резисторов и светодиодов и применение полученных навыков для создания программы мигания свето- диода с заданной периодичностью.
Теоретическая часть
Первая лабораторная работа посвящена знакомству с такими важными в электронике элементами, как резистор и светодиод, часто встречающимися во многих электрических схемах. Также, эти элементы достаточно просты, поэтому мы начнем изучение именно с этих элементов.
Резистор – элемент электрической цепи, обладающий определенным или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для преобразования напряжения в силу тока электрической цепи. Другими словами, резистор - это некий барьер, ограничивающий силу проходящего через него тока для долговременного и безопасного использования остальных элементов электрической цепи.
Для определения электрического сопротивления и подбора правильного резистора используется закон Ома:
\(I = U/R\)
где
I – Сила тока в цепи [A] ,
U – Напряжение между участками цепи [B], R – Сопротивление [Ом]
Светодиод (англ. Light Emitting Diode [LED]) – полупроводниковый прибор, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. То есть, это надёжная полу- проводниковая лампочка.
Характеристиками светодиода являются: Падение напряжения, VF [В] Номинальный ток, [A]
Интенсивность (яркость), IV [кд] (кандела) Длина волны (цвет), [нм]
Для долгой и безопасной работы светодиода важно правильно подо- брать резистор.
Практическая часть
В данной работе необходимо разработать программу, которая будет управлять включением и выключением лампочки (диода). Прежде чем приступить к написанию управляющей программы, необходимо рассмотреть работу основных частей её кода.
Функция для подачи цифрового сигнала digitalWrite.
Описание:
Данная функция позволяет подать или принять, в зависимости от работы пина, цифровой сигнал. При подаче сигнала пином, функция передает либо логическую «единицу» (HIGH), либо логический «ноль» (LOW). Логическая «единица» реализуется подачей напряжения в 5В, а логический «ноль» - отсутствием напряжения. При приеме сигнала пином логическая «единица» (HIGH) активирует внутренний нагрузочный резистор (20К), а логический «ноль» (LOW) отключает его.
Синтаксис:
digitalWrite (pin , value );
Параметры:
pin – номер пина. value – значение (HIGH или LOW)
Функция таймера delay.
Описание:
Данная функция позволяет останавливать выполнение программы путем временного отключения работы процессора.
Синтаксис:
delay ( ms );
Параметры:
ms – количество миллисекунд, на которое останавливается программа.
Тип данных int (integer - целое число).
Описание:
При объявлении переменных необходимо указывать их тип данных. Тип данных int (integer) характеризуется целочисленными значениями от - 32 768 до 32 767. Тип int занимает 2 байта памяти.
Синтаксис:
int var = val;
Параметры:
var - имя переменной.
val - значение присваиваемой переменной.
Изучив основные части кода, можно приступить к написанию рабочей программы.
Схема подключения:
При выполнении данной лабораторной работы используется следующая схема подключения (Рисунок 1.1). Для реализации проекта потребуются следующие компоненты: макетная плата, светодиод (1 шт), резистор на 220 Ом ( красный, красный, черный, черный, коричневый) (1 шт), провода. Обратите внимание, длинная ножка светодиода является «+», а короткая «-».
Рисунок 1.1. Принципиальная схема подключения светодиода к контроллеру
После сборки схема имеет следующий вид (Рисунок 1.2):
Рисунок 1.2. Внешний вид схемы после сборки
Рабочая программа:
// объявление переменной pin и запись значения номера пина,
// работающего на выход
int pin = 12;
void setup()
{
// настройка пина на режим выхода
pinMode ( pin, OUTPUT );
}
void loop()
{
// передача на пин логической «1», рабочее напряжение 5В
digitalWrite ( pin, HIGH );
// задержка микроконтроллера в этом состоянии на 100 мс
delay ( 100 );
// передача на пин логического «0», приравнивание к земле
digitalWrite ( pin, LOW );
// задержка микроконтроллера в этом состоянии на 900 мс
delay ( 900 );
}
Также микроконтроллер позволяет воспользоваться уже встроенным в плату светодиодом. Всего на плате семь светодиодов, в том числе шесть программируемых пользовательских и один сервисный светодиод. В коде идёт обращение к первому, он подключен к 22 пину.
Схема подключения:
К данной рабочей программе нет схемы подключения, все комплектующие встроены в плату. (Рисунок 1.3)
Рисунок 1.3. Использование встроенного в контроллер светодиода
Рабочая программа:
// объявление переменной pin и запись значения номера пина,
// работающего на выход
int pin = 22;
void setup()
{
// настройка пина на режим выхода
pinMode ( pin, OUTPUT );
}
void loop()
{
// передача на пин логической «1», рабочее напряжение 5В
digitalWrite ( pin, HIGH );
// задержка микроконтроллера в этом состоянии на 100 мс
delay ( 100 );
// передача на пин логического «0», приравнивание к земле
digitalWrite ( pin, LOW );
// задержка микроконтроллера в этом состоянии на 900 мс
delay ( 900 );
}
Список контрольных вопросов:
- Что такое резистор?
- Для чего используют закон Ома?
- В чём измеряют сопротивление резистора?
- Что такое светодиод?
- В чём измеряют интенсивность свечения светодиода?
- Как используется функция digitalWrite?
- Какие параметры имеет функция digitalWrite?
- Как используется функция delay?
- Какие параметры имеет функция delay?
- Какие значения принимают переменные при объявлении типом дан- ных int?
- Какое количество памяти занимают переменные, объявленные типом данных int?
Список дополнительных задач:
- Использовать для подключения светодиода другие пины.
- Изменить время горения светодиода до 500 мс.
- Изменить время, когда светодиод не горит до 500 мс.
- Использовать более сложные комбинации загорания светодиода. На- пример, светодиод горит 1000 мс, гаснет на 500 мс, затем снова горит 500 мс и гаснет на 250 мс, горит 100 мс и гаснет на 50 мс.
- Подключить вместо резистора на 220 Ом резисторы с большим сопротивлением.
Center-nav