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Digitaler Output

English Version

Unter Digitalem Output versteht man die einfachste Art und Weise ein elektronisches Signal zu generieren. Dieses Signal kennt lediglich zwei Zustände EIN und AUS. Dabei steht beim Arduino EIN für eine Spannung von 5V und AUS für eine Spannung von 0V oder einer Verbindung zu GND. Die einfachste Möglichkeit die Funktionalität des Digitalen Output zu visualisieren besteht darin, eine LED An und AUS zu schalten. Dafür benötigt man einen Vorwiderstand, da die meisten LEDs keine Spannung von 5V vertragen und wir durch den Widerstand also zunächst Spannung "vernichten" müssen. Für die Berechnung brauchen wir die Durchlassspannung (VF) und den Durchlassstrom (IF) der LED. Diese Informationen finden wir im Datenblatt der LED. 

Funktion

Die entsprechende Funktion für das Setzen eines Wertes lautet:

digitalWrite(PIN, Wert);
Ausgeben des Wertes (HIGH / LOW) am angegebenen PIN

Vorwiderstand

Den Wert des Vorwiderstands (RV), welcher für die Begrenzung der Spannung an der LED auf die im Datenblatt angegebene Durchlassspannung nötig ist, berechnen wir mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes (U = R*I). Dazu brauchen wir folgende Informationen

Uges = Anliegende Spannung (Arduino = 5V)
I = Durchlassstrom der LED (Datenblatt IF-Wert)
UD = Durchlassspannung der LED (Datenblatt VF-Wert)

Die Formel für die Berechnung lautet:

Vorwiderstand = (Anliegende SpannungDurchlassspannung LED)/Durchlassstrom LED
RV = (Uges-UD)/I

Eine LED ist sehr empfindlich auf zu viel Strom und kann dann sehr schnell durchbrennen, bzw. verkürzt sich ihre Lebensdauer extrem. Deswegen ist es ratsam sich immer an dem nächst höheren Widerstandswert als dem errechneten zu orientieren.
Weitere Informationen zum Vorwiderstand

LED Blinken

Hier eine beispielhafte Schaltung für ein grünes LED. Das Datenblatt der LED gibt den Durchlassstrom mit 2V und die Durchlassspannung mit 25mA an. Dadurch ergibt sich folgende Rechnung:
RV = (Uges - UD) / I 
RV = (5V - 2V) / 0.025A
RV = 3V / 0.025A
RV = 120 Ω

Für die Programmierung müssen wir den Digitalen PIN 13 immer wieder ein- und ausschalten, wenn wir das LED zum Blinken bringen möchten. Der folgende Code tut genau das. 

Blink LED  Expand source
void setup() 
{
  // initialize digital pin 13 as an output.
  pinMode(13, OUTPUT);
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() 
{
  digitalWrite(13, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);              // wait for a second
  digitalWrite(13, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);              // wait for a second
}

Aufgaben

1. Nutz das Blink Beispiel (Exampels/Basic/Blink) und erweitere es um eine zweite LED.
2. Öffne das BlinkWithout Delay Beispiel (Exampels/Digital/BlinkWithoutDelay) und verstehe das Konzept.
3. Programmiere ein Lauflicht mit 3 LEDs, welches sich von einer zur anderen Seite bewegt.
4. Definiert eine eigene Funktion void blinkLED(int _Pin, int _duration) welche es ermöglicht unterschiedliche LEDs mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten blinken zu lassen.

Lösung Aufgabe 1  Expand source
void setup() {                
  // initialize the digital pin as an output.
  // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards:
  pinMode(13, OUTPUT); 
  pinMode(12, OUTPUT);  
}
 
void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);   // set the LED on
  digitalWrite(12, HIGH);   // set the LED on
  delay(1000);              // wait for a second
  digitalWrite(13, LOW);    // set the LED off
  digitalWrite(12, LOW);    // set the LED off
  delay(1000);              // wait for a second
}
Lösung Aufgabe 2  Expand source
// constants won't change. Used here to 
// set pin numbers:
const int ledPin =  13;      // the number of the LED pin
 
// Variables will change:
int ledState = LOW;             // ledState used to set the LED
long previousMillis = 0;        // will store last time LED was updated
 
// the follow variables is a long because the time, measured in miliseconds,
// will quickly become a bigger number than can be stored in an int.
long interval = 1000;           // interval at which to blink (milliseconds)
 
void setup() {
  // set the digital pin as output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);      
}
 
void loop()
{
  // here is where you'd put code that needs to be running all the time.
 
  // check to see if it's time to blink the LED; that is, if the 
  // difference between the current time and last time you blinked 
  // the LED is bigger than the interval at which you want to 
  // blink the LED.
  unsigned long currentMillis = millis();
  
  if(currentMillis - previousMillis > interval) {
    // save the last time you blinked the LED 
    previousMillis = currentMillis;   
 
    // if the LED is off turn it on and vice-versa:
    if (ledState == LOW)
      ledState = HIGH;
    else
      ledState = LOW;
 
    // set the LED with the ledState of the variable:
    digitalWrite(ledPin, ledState);
   }
}
Lösung Aufgabe 3  Expand source
#define LED_ONE 13
#define LED_TWO 12
#define LED_THR 11
 
void setup() 
{                
  pinMode(LED_ONE, OUTPUT); 
  pinMode(LED_TWO, OUTPUT); 
  pinMode(LED_THR, OUTPUT);  
}
 
void loop() 
{
  for(int i=13; i<11; i--)
  {
    digitalWrite(i, HIGH);
    delay(500);
    digitalWrite(i, LOW);
    delay(500);
  }
   
  for(int i=11; i<=13; i++)
  {
    digitalWrite(i, HIGH);
    delay(500);
    digitalWrite(i, LOW);
    delay(500);
  } 
}
Lösung Aufgabe 4  Expand source
int ledPins[3] = {8,9,10}; // Alle LED Pins in einem Array initialisieren
boolean ledStates[3] = {false, false, false}; // Alle LED Status speichern
long previousMillis[3] = {0,0,0}; // Die Zeiten speichern
 
void setup()
{
  for(int i=0; i<3; i++)
  {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT); // Alle LED Pins sind Output
  }
}
 
void loop()
{
  blinkLED(1, 100);  // Aufrufen unserer Funktion
  blinkLED(2, 1000);
  blinkLED(3, 500);
}
 
void blinkLED(int _Pin, int _duration) // Eigene Funktion
{
  if(millis() - previousMillis[_Pin-1] > _duration) // Ist genug Zeit vergangen?
  {
    previousMillis[_Pin-1] = millis(); // Zeit speichern
    ledStates[_Pin-1] != ledStates[_Pin-1];  // Den LED State umdrehen (wenn AUS dann AN)
    digitalWrite(ledPins[_Pin-1], ledStates[_Pin-1]); // State setzen
  }
}

Weitere Informationen: