Digitaler Output
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 Spannung – Durchlassspannung 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
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
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
// 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
#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
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:
Arduino: DigitalPins - Referenz auf Arduino.cc
Tom Igoe: Digital Input & Output - Tom Igoe
Multitasking the Arduino - Adafruit