Читать книгу Mit Arduino die elektronische Welt entdecken - Erik Bartmann - Страница 108

Für dieses Bastelprojekt benötigen wir folgende Bauteile:

Tabelle 1: Bauteilliste
Bauteil	Bild
LED grün 6x
Widerstand 330Ω 6x
Widerstand 10KΩ 3x
Mikrotaster 3x

Der Schaltplan zur Ansteuerung der LEDs sieht wie folgt aus:

Abb. 5: Der Schaltplan mit 6 LEDs

Der Versuchsaufbau auf einem Arduino Discoveryboard könnte wie folgt aussehen:

Abb. 6: Der Versuchsaufbau mit sechs Leuchtdioden auf dem Arduino Discoveryboard

Auf diese Weise kann mit unterschiedlichen Werten in der Ansteuerung gespielt werden und das Ergebnis ist sofort ersichtlich. Es gilt zu beachten, dass lediglich die Pins 11, 12 und 13 als Ausgänge konfiguriert wurden. Der Aufbau zeigt jedoch sechs Leuchtdioden an den Pins 8 bis 13. Was muss geändert werden, damit alle sechs Leuchtdioden angesteuert werden können? Die Antwort ist sicherlich einfach. Doch halt! Was ist überhaupt eine Leuchtdiode und was ist bei der Ansteuerung zu beachten? Eine Leuchtdiode‌ – auch kurz LED (Light Emitting Diode) genannt – ist ein Halbleiterbauelement, das Licht einer bestimmten Wellenlänge abgibt und abhängig vom verwendeten Halbleitermaterial ist. Wie der Name Diode schon vermuten lässt, ist beim Betrieb auf die Stromrichtung zu achten, denn nur in Durchlassrichtung sendet die LED Licht aus. Bei entgegengesetzter Polung geht die LED nicht kaputt, sie bleibt aber einfach dunkel. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass eine LED immer mit einem richtig dimensionierten Vorwiderstand betrieben wird. Andernfalls leuchtet sie einmal in einer beeindruckenden Helligkeit auf und dann nie wieder. Wie du den Wert des Vorwiderstands bestimmst, hast du schon im Bastelprojekt 1 gelernt. Ein Wert von 330Ω ist da ein guter Wert. Genau wie bei einer Diode gibt es bei der Leuchtdiode zwei Kontakte, von denen einer die Anode und der andere die Kathode ist. Das Schaltzeichen sieht ähnlich aus und hat zusätzlich zwei Pfeile, die das ausstrahlende Licht andeuten:

Abb. 7: Die Schaltzeichen einer Leuchtdiode‌

Kommen wir zurück zu unserer ursprünglichen Konfiguration, wo die Pins 8, 9 und 10 als Eingänge konfiguriert sind. Wie testen wir das Verhalten? Dazu muss ich ein wenig ausholen. In der Digitaltechnik gibt es nichts Schlimmeres als einen Schaltkreis, der als Eingang definiert ist und an dem nichts angeschlossen wurde. Wie ist das zu verstehen? Sehen wir uns die folgenden Schaltungen etwas genauer an:

Abb. 8: Ein offener Eingang

Ist der Taster geschlossen, liegen +5V am Eingangs-Pin an und öffnen wir den Taster, sollten man meinen, dass nun 0V dort anliegen. Das stimmt jedoch nicht, denn über den offenen Eingang, dem kein definierter Pegel zugewiesen wurde, können Störsignale einfließen. Es reicht schon aus, wenn mit dem Finger der Eingangs-Pin berührt wird, um einen sich ständig wechselnden Pegel zu erreichen. Aus diesem Grund verwenden wir die folgende Schaltung mit einem sogenannten Pulldown-Widerstand.

Abb. 9: Ein offener Eingang mit Pulldown-Widerstand

Ist der Taster geschlossen, ändert sich zur vorherigen Situation nichts und die +5V liegen am Eingangs-Pin an beziehungsweise fallen über dem Pulldown-Widerstand von 10KΩ nach Masse ab. Wird der Taster losgelassen, wird über den Widerstand das Massepotential an den Eingang geleitet, so dass dort ein LOW-Pegel von 0V anliegt. Wir haben also in beiden Tastersituationen ein definiertes Signal am Eingangs-Pin vorherrschen. Für das nun folgende Bastelprojekt wird wieder das Arduino Discoveryboard genutzt, das über fest verdrahtete Pulldown-Widerstände verfügt. Der Schaltplan für das kommende Bastelprojekt sieht wie folgt aus:

Abb. 10: Der Schaltplan mit drei LEDs und drei Tastern

Sehen wir uns den entsprechenden Versuchsaufbau mit den zusätzlichen drei Tastern an:

Abb. 11: Der Versuchsaufbau mit zusätzlichen Tastern

Natürlich müssen wir die Programmierung anpassen:

void setup() { DDRB = 0b11111000; // Pin 8, 9, 10 als INPUT. Pin 11, 12, 13 als OUTPUT PORTB = 0b00111000; // Pin 11, 12, 13 auf HIGH-Pegel setzen Serial.begin(9600); // Serielle Schnittstelle mit 9600 Baud vorbereiten } void loop() { // Binäre Ausgabe von Register PINB über // die serielle Schnittstelle Serial.println(PINB, BIN); delay(1000); // Pause von 1 Sekunde }

Bevor wir den Code besprechen, müssen wir noch ein weiteres Register besprechen. Es nennt sich PINx, wobei das x wieder für den entsprechenden Port steht:

Abb. 12: Das Register PINx

Bei dem Register PINB (Input Pin Address) handelt es sich quasi um ein Statusregister, das den Zustand des Ports widerspiegelt. Es kann nur lesend darauf zugegriffen werden. Wir verwenden es, um den Status aller Pins auf dem sogenannten Serial Monitor anzuzeigen. In der setup-Funktion wird die serielle Schnittstelle mit ihrer Übertragungsrate von 9600 Baud initialisiert. Die spätere Ausgabe erfolgt innerhalb der loop-Funktion über println (Print Linefeed) mit dem zusätzlichen Parameter BIN, der eine binäre Ausgabe des Wertes erzwingt.

Der sogenannte Serial Monitor wird über ein Symbol in der Entwicklungsumgebung geöffnet, das ich rot umrandet habe:

Abb. 13: Das Öffnen des Serial Monitors

Nach einem Mausklick darauf öffnet sich der Monitor:

Abb. 14: Das Fenster des Serial Monitors

Die drei niedrigsten Bits auf der rechten Seite im Serial Monitor spiegeln den Status der drei Taster wider. Welche Taster oder welchen Taster habe ich wohl gedrückt, um die hier gezeigten Bitkombinationen zu erreichen?

Was ist beim Input-Register PINx zu beachten?

Hinsichtlich des Input-Registers PINx werden alle Statusinformationen des jeweiligen Ports auf einmal gelesen.