Урок 5. Светодиод и резистор: первое управление светом

У вас уже есть два умения: писать программу (урок 3) и собирать цепь на макетной плате (урок 4). Сегодня соединим их — и это будет самый важный шаг всего курса. Светодиод на макетке загорится по команде программы: захотим — включим, захотим — погасим, захотим — заставим мигать в любом ритме. С этого момента плата перестаёт быть батарейкой и становится управляющим устройством.

Что меняется: один провод переезжает

В прошлом уроке светодиод питался от гнезда 5V — там всегда ровно 5 вольт, поэтому светодиод горел постоянно, и программа была не нужна. Сегодня мы переставим этот провод в гнездо цифрового вывода 10. Разница огромна: на цифровом выводе напряжение появляется только тогда, когда программа этого захочет.

Почему именно вывод 10

Особой магии нет: подошёл бы почти любой вывод от 2 до 13. Мы берём десятый по двум причинам. Во-первых, ровно этот вывод используется в печатной брошюре набора — удобно, когда бумажная и онлайн-версия совпадают. Во-вторых, рядом с числом 10 на плате напечатана волнистая черта: ~10. Она означает, что этот вывод умеет кое-что дополнительное — то самое, из чего в восьмом уроке получится плавная яркость. Пока просто запомним: волнистая черта — хороший знак.

А вот выводы 0 и 1 лучше не занимать: через них плата разговаривает с компьютером, и подключённая к ним деталь может помешать загрузке программы. Вывод 13 тоже особенный — к нему уже подключён встроенный светодиод L.

Схема цепи

На языке принципиальных схем сегодняшняя цепь выглядит так — и она почти не отличается от вчерашней:

Резистор по-прежнему нужен: цифровой вывод — это те же 5 вольт, просто управляемые. Без резистора светодиод сгорит так же быстро, как и от постоянного питания, а заодно может повредить сам вывод платы.

Собираем схему

1. Зелёный провод (сигнальный): одним концом — в гнездо 10 на верхней гребёнке платы, другим — в отверстие a6 макетки (столбик 6). Цвет провода не важен, но сигнальные удобно делать не красными и не синими: сразу видно, где питание, а где команда.
2. Синий провод (земля): из гнезда GND платы — в шину «−» макетки. Красный провод из 5V сегодня не нужен — питание светодиод получит прямо с вывода 10.
3. Резистор 470 Ом: одна ножка в b6 (тот же столбик, что и зелёный провод — значит, они соединены), вторая — в b10.
4. Светодиод: длинная ножка (плюс) — в d10, к резистору; короткая — в d12.
5. Перемычка: из e12 — в шину «−». Цепь замкнулась: вывод 10 → резистор → светодиод → земля.

Подключили? Светодиод не горит — и это правильно. В плате сейчас живёт программа из третьего урока, которая про вывод 10 ничего не знает. Исправим.

Пишем программу — снова по шагам

Создайте новый проект (назовите его, например, Мой светодиод) и наберите первые строки:

void setup() {
  // Вывод 10 будет выходом: плата сама подаёт на него напряжение.
  pinMode(10, OUTPUT);
}

void loop() {
}

Знакомо? Это та же pinMode() из третьего урока, только вместо LED_BUILTIN мы пишем просто 10 — номер вывода, в который воткнут зелёный провод. Прошейте плату: ничего не произойдёт, светодиод останется тёмным. Мы лишь предупредили плату, что вывод 10 будет выходом — то есть плата будет им командовать, а не слушать его.

Шаг 2. Зажигаем

void setup() {
  pinMode(10, OUTPUT);
  digitalWrite(10, HIGH);  // подали напряжение на вывод 10 — светодиод горит
}

void loop() {
}

Прошейте — и светодиод на макетке загорится. Он будет гореть ровно до тех пор, пока плата включена: команда digitalWrite(10, HIGH) стоит в setup(), а этот блок выполняется один раз при включении.

Остановитесь на секунду и оцените, что произошло: вы включили лампочку строчкой кода. Всё остальное в этом курсе — развитие этой мысли. Умный дом, светофор, сигнализация — там та же команда, только вместо светодиода лампа, мотор или замок.

Шаг 3. Заставляем мигать

Чтобы светодиод не просто горел, а мигал, команды нужно перенести в loop() — блок, который повторяется бесконечно — и добавить паузы:

void setup() {
  pinMode(10, OUTPUT);     // вывод 10 — выход
}

void loop() {
  digitalWrite(10, HIGH);  // включили светодиод
  delay(500);              // горит полсекунды
  digitalWrite(10, LOW);   // выключили
  delay(500);              // не горит полсекунды
}

Прошейте. Светодиод мигает раз в секунду: полсекунды горит, полсекунды отдыхает. Логика ровно та же, что в третьем уроке, — но теперь мигает ваш светодиод, который вы сами воткнули в макетку.

Шаг 4. Даём выводу имя

Сейчас число 10 встречается в программе четыре раза. Пока строк мало, это терпимо. Но представьте: в схеме двадцать деталей, и вы решили переставить светодиод на другой вывод — придётся искать по всему тексту и ничего не пропустить. Программисты решают это одной строкой:

// Номер вывода записан ОДИН раз: захотим переставить светодиод —
// поменяем только эту строку, а не всю программу.
const int LED = 10;

void setup() {
  pinMode(LED, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(LED, LOW);
  delay(500);
}

Разберём новую строку по частям:

• const — «постоянная величина»: значение задаётся один раз и больше не меняется. Если случайно попробуете изменить его в программе, среда сразу предупредит об ошибке — это защита от опечаток.
• int — тип значения: целое число (от англ. integer). Номер вывода — конечно, целое.
• LED — имя, которое мы придумали сами. Могло быть SVETODIOD или LAMPA: главное, чтобы имя было понятным, латиницей и без пробелов. Заглавными буквами имена констант пишут по традиции — чтобы в тексте программы их было видно сразу.
• = 10; — само значение и точка с запятой в конце, как у любой команды.

Строка стоит до setup() — в самом верху программы. Такие «объявления» принято собирать наверху, чтобы, открыв чужой скетч, сразу увидеть, что и куда подключено. Теперь для переезда светодиода на вывод 6 достаточно поменять одно число в одной строке.

Эксперименты

Теперь самое интересное — покрутить готовое. Каждый эксперимент занимает минуту, а понимания добавляет надолго.

• Скорость. Замените 500 на 2000 — светодиод станет мигать медленно и лениво. Поставьте 50 — превратится в нервную мигалку. А теперь поставьте 5: мигание исчезнет, останется ровное тусклое свечение. Мы уже видели этот эффект в третьем уроке — глаз не успевает за платой.
• Разные паузы. Сделайте первую паузу 50, вторую 1950 — получится маяк: короткая вспышка раз в две секунды.
• Два светодиода сразу. Наш на макетке и встроенный L на плате могут работать независимо — по очереди:

const int LED = 10;   // наш светодиод на макетной плате

void setup() {
  pinMode(LED, OUTPUT);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);   // встроенный светодиод платы
}

void loop() {
  digitalWrite(LED, HIGH);          // наш горит,
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // встроенный погашен
  delay(400);

  digitalWrite(LED, LOW);           // а теперь наоборот
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(400);
}

Прошейте и посмотрите на плату: пока горит ваш красный светодиод, встроенный погашен, и наоборот. Вы только что управляли двумя устройствами из одной программы — а это уже почти бегущий огонёк, которым мы займёмся в следующем уроке.

Не работает? Разбираемся по порядку

Не расстраивайтесь: на этом уроке спотыкаются почти все — просто потому, что теперь ошибиться можно и в схеме, и в программе. Проверяйте по списку, сверху вниз.

• Светодиод не горит совсем. Первое подозрение — полярность: переверните светодиод. Второе — тот ли столбик: ножка резистора и длинная ножка светодиода должны стоять в одном столбике, а не в соседних. Третье — тот ли вывод: пересчитайте гнёзда на плате, зелёный провод должен сидеть в гнезде с надписью ~10.
• Горит постоянно и не мигает. Скорее всего, команды остались в setup() вместо loop() — или в плате ещё живёт программа с шага 2. Прошейте текущий вариант заново.
• Мигает встроенный светодиод L, а ваш — нет. Значит, в плату загружена программа из третьего урока (она про LED_BUILTIN). Проверьте, тот ли проект вы прошиваете.
• Светит очень тускло. Похоже, стоит резистор 10 кОм вместо 470 Ом. Сверьтесь с цветными кольцами: у нужного — жёлтое, фиолетовое, коричневое.
• Среда ругается и не собирает. Прочитайте карточку ошибки: чаще всего это пропущенная точка с запятой или скобка. Если пишете digitalwrite с маленькой буквы — тоже ошибка: язык различает большие и маленькие буквы.

Задания для тренировки

• РазминкаПереставьте светодиод на вывод 6: измените схему и одно число в программе. Убедитесь, что всё работает как раньше.
• ПосложнееСоберите «сердцебиение»: две быстрые вспышки подряд, затем длинная пауза — и снова. Попробуйте сами, а потом сверьтесь с разбором ниже.
• Со звёздочкой ⭐Добавьте на макетку второй светодиод другого цвета со своим резистором на вывод 9 и заставьте два светодиода мигать по очереди — как поворотники. Подсказка: понадобится вторая константа, например const int LED2 = 9;.

const int LED = 10;

void setup() {
  pinMode(LED, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Два коротких удара...
  digitalWrite(LED, HIGH);
  delay(120);
  digitalWrite(LED, LOW);
  delay(120);
  digitalWrite(LED, HIGH);
  delay(120);
  digitalWrite(LED, LOW);

  // ...и длинная пауза перед следующей парой.
  delay(900);
}

Что мы узнали

• Цифровые выводы 0–13 — это управляемые «розетки» платы: HIGH — есть 5 вольт, LOW — нет.
• Светодиод подключается к выводу только через резистор, длинной ножкой в сторону вывода.
• Выводы 0 и 1 занимать не стоит — через них идёт связь с компьютером.
• Номера выводов удобно записывать константами (const int LED = 10;) в начале программы.
• Из одной программы можно управлять несколькими выводами независимо.

Вы прошли поворотную точку курса: дальше всё будет строиться на этом умении. В следующем уроке светодиодов станет пять, и мы соберём бегущий огонёк — а заодно познакомимся с приёмом, который избавляет от копирования одинаковых строк.

Частые вопросы

← Все уроки курса