Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №4

3. Порты ввода-вывода

Каждый из 14 цифровых портов ввода/вывода (D0-D13) может быть портом ввода или портом вывода. Что это означает? Когда порт является портом вывода, то мы можем подавать на него напряжение или убирать его. Когда мы подаем на него напряжение, то на этом порте появляется напряжение чуть меньше 5 вольт. Причем максимально мы можем забрать ток в 40 миллиампер. Это не очень много- лампочкам и двигателям не хватит этого тока, но для светодиодов или датчиков этого тока вполне хватает. Когда мы убираем с порта напряжение, на порте оно пропадает и становится близким к 0 вольт. В случае с подачей напряжения, мы можем говорить о высоком уровне (HIGH, или «1») на порте вывода. Если напряжение убрано - это низкий уровень напряжения(LOW, или «0»).

В случае, если порт является портом ввода, то мы можем определить есть ли там напряжение, получая в результате (HIGH, или «1») или его там нет (LOW, или «0»).

Настроить порт на ввод или вывод мы можем с помощью функции pinMode (). Функция - специальный кусочек программы, который выполняет какое-то законченное действие. Например, pinMode ( ) настраивает порт на вход или выход.

Чтобы сконфигурировать порт номер 13 (D13) как порт вывода, в программе необходимо написать (вызвать функцию) pinMode (13, OUTPUT);

Чтобы сконфигурировать порт номер 13 (D13) как порт ввода, необходимо вызвать функцию pinMode (13, INPUT);

Когда порт настроен на вывод, мы можем подавать или убирать напряжение. Чтобы подать на вывод номер 13(D13) напряжение 5 вольт, нужно вызвать функцию digitalWrite (13, HIGH);

Или, что то же самое, digitalWrite (13, 1);

Чтобы убрать на выводе номер 13 напряжение, нужно вызвать функцию

digitalWrite (13, LOW); или

digitalWrite (13, 0);

Как только микроконтроллер дойдет до выполнения этой строчки, почти мгновенно напряжение сразу же пропадет. Обратите внимание, что микроконтроллер выполняет все функции и команды последовательно. Поэтому сначала всегда нужно настроить порт на ввод или вывод, а только потом подавать напряжение, убирать или проверять на нем напряжение. Если пытаться убрать напряжение с порта, на котором и так оно уже убрано, то ничего страшного не произойдет. Ничего страшного не произойдет, если подать напряжение на порт с уже поданным напряжением.

Вместо цифры 13 может быть любой порт от 0 до 13. Также могут быть использованы аналоговые входы от A0 до A5- вместо числа пишем, например, A3. A6 и A7 не могут использоваться в качестве цифровых входов или выходов.

Но почему же мы заговорили о числе 13? Да просто на плате Ардуино уже установлен светодиод, подключенный к порту 13. И если мы подаем туда напряжение- то светодиод загорится. Уберем напряжение- светодиод погаснет. Очень удобный способ проверить есть ли там напряжение.

По умолчанию все порты Arduino сконфигурированы как порты ввода. Это значит, что если вы хотите считать данные с порта номер 13, нет нужды сначала вызывать функцию pinMode (13, INPUT); и настраивать нужный порт на ввод.

Чтобы считать напряжение с порта вывода номер 13, нужно вызвать функцию val=digitalRead (13);

которая возвращает число 0 или 1, в зависимости от входного напряжения, поданного в порт 13. Это число заносится в переменную с именем «val». Причем, если напряжение меньше 1 вольта- то функция вернет число 0. Если напряжение больше 2,5 вольт, то вернет число 1. Промежуточное значение от 1 до 2,5 вольт может выдать неопределенные значения, зависящие от многих условий. Поэтому для получения точных значений следует избегать подачи напряжение между 1 и 2,5 вольтами на вход.

Внимание! На вход нельзя подавать напряжение больше 5 вольт. Это приведет к выходу из строя платы Ардуино.

Обратите внимание, что в конце каждой функции стоит точка с запятой. Это признак окончания команды или функции. Если пропустить этот знак препинания, то компьютер не поймет написанную программу и выдаст ошибку.

3.1 Аналоговые порты ввода

Внутри Ардуино находится аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). У Ардуино 8 входов(A0-A7), к которым может подключаться этот единственный АЦП. Он измеряет напряжение на подключенном входе и переводит его в число. Напряжение может быть от 0 до 5 вольт. При этом АЦП переводит 0 вольт в число 0, а 5 вольт в число 1023. Все промежуточные значения соответствуют промежуточным числам. Например, 2,5 вольта будет соответствовать числу 511. Таким образом, весь диапазон в 5 вольт делится на 1024 кусочка. Каждый кусочек будет соответствовать 5/1024=4,88 милливольтам. Если мы получили число 300, то мы его умножаем на 4,88 и получаем 1,46 вольта. Это означает, что АЦП измерил на входе напряжение в 1,46 вольта.

Число с АЦП может быть получено с помощью вызова функции val = analogRead(A0);

При этом в переменную «val» будет помещено число, которое вернул нам АЦП после измерения напряжения на аналоговом входе A0. Число может быть любым от 0 до 1023, в зависимости от напряжения на входе A0.

Если последовательно читать напряжение с разных входов, то необходимо делать задержку перед каждым чтением в 10-40мкс для обеспечения корректности полученных данных.

3.2 Аналоговые порты вывода

Узел ЦАП есть только в Arduino Due, но и его тяжело назвать полноценным - выдает напряжение только от 0,6 вольт до 2,4 вольт. Т.е. от 0 вольт он не работает. Остальные Ардуино не могут похвастаться наличием даже такого ЦАПа. Но не беда - есть много способов обойти это препятствие. Один из способов - это широтноимпульсная модуляция (ШИМ, PWM) - веселая штука, и особенно забавно с ее помощью управлять сервомоторами и трехцветным светодиодом. Это позволит управлять его цветом и яркостью.

ШИМ - это управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, подаваемых на нагрузку. В ШИМ частота импульсного (прямоугольного) сигнала постоянная, а скважность (отношение периода следования импульса к его длительности) переменная. С помощью изменения скважности импульсов можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.

Теперь разберемся, что это значит. Пусть есть обычный такой прямоугольный сигнал:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 18 - ШИМ заполнением 50 процентов

Он имеет фиксированную частоту и заполнение 50% (рис.18). Это означает, что половину периода напряжение максимально, а другую половину оно равно нулю. Проинтегрировав этот сигнал за период, мы увидим, что его энергия равна половине максимальной. Это будет эквивалентно тому, как если бы мы все время подавали половину напряжения.

Так как напряжение пропадает и появляется на очень короткое время, то человеческий глаз не заметит мерцаний подключенного светодиода, а просто усреднит его яркость.

Если у нас максимальное напряжение равно 5 вольт, то напряжение, получаемое на выходе ШИМ равно заполнение умножить на 5 вольт и делить на 100%.

Arduino позволяет записать на ШИМ - выход значение от 0 до 255, а это значит, что мы можем получить напряжение с шагом примерно 20 милливольт - от 0 до 5 вольт (рис.19).

Частота ШИМ на Arduino - примерно 490 Гц. На плате Arduino Nano выводы, которые могут быть использованы для ШИМ - 3,5,6,

9, 10 и 11. На плате к этому может быть подсказка - шелкографией перед номерами ШИМ - выводов есть тильда или диез.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 19 - ШИМ с разным заполнением

Для управления ШИМ на Arduino используется одна единственная функция analogWrite(3, 255);

где 3 - номер вывода(3,5,6, 9, 10 и 11), а 255 значение для ШИМ - любое от 0 до 255. При этом порт можно предварительно не настраивать на выход.

На сконфигурированном однажды выходе будет постоянно присутствовать сигнал ШИМ частотой 490 Гц с заданными параметрами до следующего вызова функции analogWrite() (или digitalRead(), или digitalWrite()) для этого же вывода микроконтроллера.

Одновременно можно формировать ШИМ для всех указанных выходов.

Жаль, конечно, что нельзя управлять 13 выводом, к которому уже подключен светодиод. Так бы удалось управлять его яркостью от выключенного состояния при значении ШИМ 0 до максимальной яркости при значении ШИМ 255.

Контрольные вопросы

цикл оператор сравнение while

1. Перечислите существующие операторы сравнения.

2. Какие операторы анализа условий применяются в программировании для Arduino?

3. Поясните синтаксис оператора if - else

4. Введите понятие цикла

5. Какие циклы применяются при программировании для Arduino?

6. Поясните синтаксис цикла for и while

7. Аналоговые порты ввода и вывода

Размещено на Allbest.ru