arduino-classes

02. Управление внешними объектами

Светодиоды, резисторы, RGB-модуль и макетная плата

Тема: Подключение внешних светодиодов и RGB-модуля к макетной плате. Правила подключения. Использование #define для номеров пинов.
Цель: перейти от управления встроенным светодиодом к управлению внешними объектами; научить пользоваться макетной платой, правильно подключать светодиоды и RGB-модуль, использовать константы для пинов, чтобы все объекты работали одновременно.
Оборудование: Arduino UNO, USB-кабель, макетная плата, провода, светодиоды (красный, жёлтый, синий), резисторы 220 Ом, RGB-модуль.

---

Ход урока

1. Повторение и переход к внешним объектам (5 мин)

• На прошлом уроке управляли встроенным светодиодом на плате.
• Сегодня вынесем управление наружу — подключим свои светодиоды и RGB-модуль. Arduino будет управлять внешними объектами.
• Вспомнить: setup(), loop(), pinMode, digitalWrite, HIGH, LOW, delay.

2. Знакомство с макетной платой (breadboard) (10 мин)

• Макетная плата (от англ. breadboard — «доска для хлеба», исторически на таких досках собирали схемы) — это плата для сборки схем без пайки.
• Как она устроена:
  • Крайние длинные ряды (обычно помечены + и −) — это шины питания. Все отверстия в одном длинном ряду соединены между собой. Обычно + подключают к 5V, − к GND.
  • Центральные короткие ряды (по 5 отверстий) — соединены горизонтально. Пять отверстий в одном ряду — это одна общая точка.
  • Центральный жёлоб разделяет плату на две половины. Через него перекидывают микросхемы, чтобы ножки не замыкались.
• Как пользоваться:
  1. Питание: с Arduino 5V → на шину +, с GND → на шину −.
  2. Светодиод вставляем ножками в разные горизонтальные ряды (ножки не должны попадать в один ряд).
  3. Резистор — одной ножкой в ряд со светодиодом, другой — в ряд, идущий к пину или к шине.
  4. Провода-перемычки соединяют нужные ряды с пинами Arduino.
• Правило: перед включением проверять, что плюс и минус не соединены напрямую.

3. Теория: внешний светодиод и резистор (5 мин)

• Светодиод — диод, который светится при прохождении тока.
• Полярность: длинная ножка — анод («+»), короткая — катод («−»).
• Без резистора светодиод сгорит. Резистор 220 Ом ставим последовательно.
• Объяснение названий:
  • Светодиод — «свет» + «диод».
  • Анод — от греч. anodos — «путь вверх» (плюс).
  • Катод — от греч. kathodos — «путь вниз» (минус).
  • Резистор — от лат. resisto — «сопротивляюсь».

4. Константы и #define (5 мин)

• В прошлом скетче писали номер пина прямо в коде: pinMode(8, OUTPUT);. Это неудобно: если пинов много, легко запутаться.
• Лучше дать пину имя. Для этого используют #define.
• #define — от англ. define — «определять, задавать». Это команда препроцессору: «везде, где встретишь это имя, подставь это значение».
• Пример:

  #define LED_R 2
  #define LED_Y 3
  #define LED_G 4
  #define RGB_R 9
  #define RGB_G 10
  #define RGB_B 11
  

• Теперь в коде пишем pinMode(LED_R, OUTPUT); — понятно, что это красный светодиод.
• Если поменяем проводку — достаточно изменить одну строку #define.
• По правилам хорошего тона имена констант пишут заглавными буквами.

5. Правила подключения внешних объектов (5 мин)

1. Резистор всегда между пином Arduino и светодиодом.
2. Анод (длинная ножка) — к резистору, идущему к пину.
3. Катод (короткая ножка) — к GND.
4. Проверять полярность перед включением.
5. Разные объекты подключаем к разным пинам, чтобы можно было управлять ими одновременно.
6. Для RGB-модуля:
   • R, G, B — к отдельным цифровым пинам Arduino.
   • GND — к GND (для модуля с общим катодом).
   • +5V — к 5V (для модуля с общим анодом).
   • Если модуль с общим анодом: LOW включает цвет, HIGH выключает.

6. Схема подключения (одновременная работа) (5 мин)

• Красный светодиод → пин 2
• Жёлтый светодиод → пин 3
• Зелёный светодиод → пин 4
• RGB-модуль: R → 9, G → 10, B → 11
• Все катоды светодиодов → GND через шину −.
• Все резисторы 220 Ом — между пинами и анодами.

Так все объекты подключены к разным пинам и могут работать одновременно.

7. Практика 1: управление внешним светодиодом (7 мин)

#define LED_R 2

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

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

Задание: изменить задержки: горит 2 секунды, не горит 0,5 секунды.

8. Практика 2: светофор (8 мин)

#define LED_R 2
#define LED_Y 3
#define LED_G 4

void setup() {
  pinMode(LED_R, OUTPUT);
  pinMode(LED_Y, OUTPUT);
  pinMode(LED_G, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_R, HIGH);
  delay(2000);
  digitalWrite(LED_R, LOW);

  digitalWrite(LED_Y, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_Y, LOW);

  digitalWrite(LED_G, HIGH);
  delay(2000);
  digitalWrite(LED_G, LOW);

  digitalWrite(LED_Y, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_Y, LOW);
}

9. Практика 3: RGB-модуль (8 мин)

#define RGB_R 9
#define RGB_G 10
#define RGB_B 11

void setup() {
  pinMode(RGB_R, OUTPUT);
  pinMode(RGB_G, OUTPUT);
  pinMode(RGB_B, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Красный
  digitalWrite(RGB_R, HIGH);
  digitalWrite(RGB_G, LOW);
  digitalWrite(RGB_B, LOW);
  delay(1000);

  // Зелёный
  digitalWrite(RGB_R, LOW);
  digitalWrite(RGB_G, HIGH);
  digitalWrite(RGB_B, LOW);
  delay(1000);

  // Синий
  digitalWrite(RGB_R, LOW);
  digitalWrite(RGB_G, LOW);
  digitalWrite(RGB_B, HIGH);
  delay(1000);
}

Задание: получить жёлтый (R+G), голубой (G+B), фиолетовый (R+B), белый (R+G+B).

10. Практика 4: одновременная работа (5 мин)

• Соединить светофор и RGB-модуль в одном скетче.
• Пока горит красный — RGB светит красным, жёлтый — жёлтым, зелёный — зелёным.
• Так проверяем, что разные пины работают независимо.

11. Вопросы для обсуждения (5 мин)

1. Как устроена макетная плата? Что такое шины питания?
2. Чем внешний светодиод отличается от встроенного?
3. Зачем нужен резистор?
4. Что делает #define? Почему пины лучше называть именами?
5. Почему константы пишут заглавными буквами?
6. Почему разные объекты подключаем к разным пинам?
7. Как получить жёлтый цвет на RGB-модуле?

12. Итог и рефлексия (5 мин)

• Что нового узнали о макетной плате и внешних объектах?
• Что было самым интересным?
• Какие правила подключения запомнили?
• Домашнее задание: придумать последовательность цветов для RGB и записать её как список задержек.

---

Ключевые слова для запоминания

Макетная плата, breadboard, шина питания, внешний объект, светодиод, анод, катод, резистор, полярность, RGB, общий анод, общий катод, #define, константа, pinMode, digitalWrite, delay, HIGH, LOW, OUTPUT.