07. Бегущий огонёк
В этом эксперименте мы заставляем огонёк бежать по светодиодной шкале.
Список деталей для эксперимента
Список деталей для эксперимента
- 1 плата Arduino Uno
- 1 беспаечная макетная плата
- 1 светодиодная шкала (можно использовать 10 светодиода)
- 10 резисторов номиналом 220 Ом
- 11 проводов «папа-папа»
Принципиальная схема
Принципиальная схема
Схема на макетке
Схема на макетке
Обратите внимание
Обратите внимание
- Обратите внимание, что в данном эксперименте резисторы установлены между катодами и землей в отличие от эксперимента пульсар.
- Мы подключаем светодиоды к цифровым портам, начиная с порта 2. Мы можем использовать порты 0 и 1, но они являются каналами передачи данных последовательного порта и для каждой перепрошивки платы придется отключать устройства, подключенные к ним.
Скетч
Скетч
// светодиодная шкала подключена к группе пинов расположенных
// подряд. Даём понятные имена первому и последнему пинам
#define FIRST_LED_PIN 2
#define LAST_LED_PIN 11
void setup()
{
// в шкале 10 светодиодов. Мы бы могли написать pinMode 10
// раз: для каждого из пинов, но это бы раздуло код и
// сделало его изменение более проблематичным.
// Поэтому лучше воспользоваться циклом. Мы выполняем
// pinMode для (англ. for) каждого пина (переменная pin)
// от первого (= FIRST_LED_PIN) до последнего включительно
// (<= LAST_LED_PIN), всякий раз продвигаясь к следующему
// (++pin увеличивает значение pin на единицу)
// Так все пины от 2-го по 11-й друг за другом станут выходами
for (int pin = FIRST_LED_PIN; pin <= LAST_LED_PIN; ++pin)
pinMode(pin, OUTPUT);
}
void loop()
{
// получаем время в миллисекундах, прошедшее с момента
// включения микроконтроллера
unsigned int ms = millis();
// нехитрой арифметикой вычисляем, какой светодиод
// должен гореть именно сейчас. Смена будет происходить
// каждые 120 миллисекунд. Y % X — это остаток от
// деления Y на X; плюс, минус, скобки — как в алгебре.
int pin = FIRST_LED_PIN + (ms / 120) % 10;
// включаем нужный светодиод на 10 миллисекунд, затем —
// выключаем. На следующем проходе цикла он снова включится,
// если гореть его черёд, и мы вообще не заметим отключения
digitalWrite(pin, HIGH);
delay(10);
digitalWrite(pin, LOW);
}
Пояснения к коду
Пояснения к коду
- С помощью выражения
for
мы организуем цикл со счетчиком. В данном случае для настройки портов на выход. Чтобы сделать такой цикл, нужно:- Инициализировать переменную-счетчик, присвоив ей первоначальное значение. В нашем случае:
int pin = FIRST_LED_PIN
- Указать условие, до достижения которого будет повторяться цикл. В нашем случае:
pin <= LAST_LED_PIN
- Определить правило, по которому будет изменяться счетчик. В нашем случае
++pin
(см. ниже об операторе++
).
- Инициализировать переменную-счетчик, присвоив ей первоначальное значение. В нашем случае:
- Например, можно сделать цикл
for (int i = 10; i > 0; i = i - 1)
. В этом случае:- Переменной
i
присваивается значение 10 - Это значение удовлетворяет условию
i > 0
- Поэтому блок кода, помещенный в цикл, выполняется первый раз
- Значение
i
уменьшается на единицу, согласно заданному правилу, и принимает значение 9 - Блок кода выполняется второй раз.
- Всё повторяется снова и снова вплоть до значения
i
равного 0 - Когда
i
станет равна 0, условиеi > 0
не выполнится, и выполнение цикла закончится - Контроллер перейдет к коду, следующему за циклом
for
- Переменной
- Помещайте код, который нужно зациклить, между парой фигурных скобок
{}
, если в нем больше одной инструкции. - Переменная-счетчик, объявляемая в операторе
for
, может использоваться внутри цикла. Например, в данном экспериментеpin
последовательно принимает значения от 2 до 11 и, будучи переданной вpinMode
, позволяет настроить 10 портов одной строкой, помещенной в цикл. - Переменные-счетчики видны только внутри цикла. Т.е. если обратиться к
pin
до или после цикла, компилятор выдаст ошибку о необъявленной переменной. - Конструкция
i = i - 1
в пояснении выше не является уравнением! Мы используем оператор присваивания=
для того, чтобы в переменнуюi
поместить значение, равное текущему значениюi
, уменьшенному на 1. - Выражение
++pin
— это т.н. оператор инкремента, примененный к переменнойpin
. Эта инструкция даст тот же результат, чтоpin = pin + 1
- Аналогично инкременту работает оператор декремента
--
, уменьшающий значение на единицу. Подробнее об этом в статье про арифметические операции. - Тип данных
unsigned int
используют для хранения целых чисел без знака, т.е. только неотрицательных. За счет лишнего бита, который теперь не используется для хранения знака, мы можем хранить в переменной такого типа значения до 65 535. - Функция
millis
возвращает количество миллисекунд, прошедших с момента включения или перезагрузки микроконтроллера. Здесь мы используем ее для отсчета времени между переключениями светодиодов. - С помощью выражения
(ms / 120) % 10
мы определяем, который из 10 светодиодов должен гореть сейчас. Перефразируя, мы определяем какой отрезок длиной в 120 мс идет сейчас и каков его номер внутри текущего десятка. Мы добавляем порядковый номер отрезка к номеру того порта, который в текущем наборе выступает первым. - То, что мы гасим светодиод с помощью
digitalWrite(pin, LOW)
всего через 10 мс после включения не заметно глазу, т.к. очень скоро будет вновь вычислено, какой из светодиодов включать, и он будет включен — только что погашенный или следующий.
Вопросы для проверки себя
Вопросы для проверки себя
- Почему в данном эксперименте мы подключаем светодиодную шкалу, не используя транзистор?
- Если бы мы включали светодиоды только на портах 5, 6, 7, 8, 9, что нужно было бы изменить в программе?
- С помощью какой другой инструкции можно выполнить действие, эквивалентное
++pin
? - В чем разница между переменными типов
int
иunsigned int
? - Что возвращает функция
millis()
? - Как в данном эксперименте мы вычисляем номер порта, на котором нужно включить светодиод?
Задания для самостоятельного решения
Задания для самостоятельного решения
- Измените код так, чтобы светодиоды переключались раз в секунду.
- Не выключая порты, сделайте так, чтобы огонёк бежал только по средним четырем делениям шкалы.
- Переделайте программу так, чтобы вместо
int pin = FIRST_LED_PIN + (ms / 120) % 10
перемещением огонька управлял циклfor
- Не меняя местами провода, измените программу так, чтобы огонёк бегал в обратном направлении.