Arduino Projekt: LED Würfel

Autor: Justin Frommberger

Ablaufplan

Um das Projekt "LED Würfel" durchzuführen, wird der folgende Ablauf empfohlen einzuhalten.

Betrachten Sie das Video (Abbildung 1) und lesen Sie die Aufgabenstellung sorgfältig durch.
Überprüfe ob alle erforderlichen Materiallien von der Materialliste vorhanden sind.
Bevor Sie mit dem Hauptprojekt beginnen, ist es ratsam, das "Vorab wichtig zu wissen" zu lesen und bei der Durchführung des Projekts zu beachten.
Nachdem die Grundbausteine erklärt wurden, sollten Sie nun mit der Abbildung 3 fortfahren und die Schaltung des Projekts nachbauen.
Vor der Programmierung ist es wichtig, die benötigte Hardware gemäß den Angaben unter "Benötigtes Programm" herunterzuladen.
Abschließend wird eine schrittweise Anleitung zur Programmierung präsentiert. Wichtig ist, dass der Code in der gleichen Position wie in den Lösungen platziert wird.

Viel Freude und Erfolg bei der Umsetzung Ihres Projektes!

Aufgabenstellung

Entwickeln Sie ein Projekt, das sich mit der Konstruktion und Herstellung eines eigenen Würfels befasst, um das häufiger auftretende Problem des fehlenden Würfels bei Brettspielen zu lösen.

Bei Betätigung des Tasters sollen die entsprechenden LEDs aufleuchten, um die gewürfelte Zahl darzustellen.

Benötigte Materiallien

Tabelle 1: Materialliste


Nr.	Anz.	Beschreibung	Pos.	Anz.	Beschreibung
①	1	Funduino Arduino UNO R3	②	viele	Jumper Kabel, männlich/männlich
③	1	Steckbrett	④	7	LED beliebige Farbe
⑤	8	Widerstand 120 Ω	⑥	1	Taster

Vorab wichtig zu wissen!

LED

Beachte beim Arbeiten mit der LED, die Anode und Kathode nicht zu vertauschen.

In die Anode fließt der Strom hinein (lange Seite), danach fließt der Strom wieder durch die Kathode hinaus (kurze Seite) siehe Abbildung 2.
Wenn die LED am Ende des Projektes nicht leuchtet, kann es sein, dass sie vertauscht wurde.
- In diesem Fall reicht es aus, sie einfach umzudrehen und schon leuchtet sie.

Arduino Uno R3

Der Arduino besitzt unterschiedliche Schnittstellen, weil der Arduino ein digitaler Mikrocontroller ist, kann er nur 5 Volt ausgeben oder annehmen.
Die 5 V können über eine (PWM) Schnittstelle angepasst werden.

Steckbrett

Erklärung zum Arbeiten mit einem Steckbrett. (klicken)

Aufbau Schaltung

In Abb. 3 wird die Schaltung für das Projekt "LED Würfel" dargestellt.
Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung des Projekts aufgebaut werden.

Zu beachten ist, dass die Kabel und LEDs wie in der Abbildung 3 angeschlossen werden müssen.
Achte auf die Vertikalen und Horizontalen Reihen!

Programmierung

Benötigtes Programm!

Lade Sie die aktuellste Version der Arduino IDE herunter. (klicken)
Stellen Sie sicher, dass Sie die korrekte Version für Ihren PC oder Laptop herunterladen.

1. Erstellen der Arduino Datei

Starten Sie das Programm Arduino IDE mit einem Doppelklick.
Sobald das Programm gestartet ist, soll ein neues Projekt geöffnet und anschließend abgespeichert werden.
Stelle sicher, dass dein Arduino über ein Kabel mit dem Computer verbunden ist.

Wichtig: Unter jeder Anleitung ist ein Beispiel vorhanden, das durch Klicken auf "Ausklappen" sichtbar wird.

Neues Projekt & Speichern

⇒ Überprüfe, ob das richtige Board ausgewählt wurde.

Board check

⇒ Überprüfe, ob der richtige Port ausgewählt wurde.

Die Port Nummer ist für jede Schnittstelle anderes, beachten Sie den Namen, der in Klammern angegeben ist (Arduino Uno).

Port check

2. Wichtig für die Programmierung

Es ist wichtig, die Programmierrichtlinien beim Verfassen von Programmiercode zu beachten und einzuhalten.
[Programmierrichtlinien, klicken]

Die Grundkenntnisse dienen als Nachschlagewerk, um während der Programmierung Code zu überprüfen, den man möglicherweise nicht vollständig verstanden hat.

Grundkenntnisse pulsierende LED: [klicken]
Grundkenntnisse Servomotor: [klicken]
Grundkenntnisse LED Würfel: [klicken]

3. Start der Programmierung

Wichtig vorab:

Unter jedem Programmierabschnitt befindet sich ein ausklappbares Element, das die Teillösung enthält.
Überprüfen Sie Ihre Lösungen sorgfältig und stellen Sie sicher, dass Ihr Code genau in der gleichen Reihenfolge angeordnet ist wie im Beispiel.
Beachte die Klammer vor, hinter oder nach jedem Wort, diese sind sehr wichtig in der Programmierung.
Ihr Code muss genau so aussehen wie im Beispiel: Quelltext 1: Start.ino

[Quelltext 1: Start.ino]

void setup()         
{  
                  
}
void loop() 
{ 

}

Initialisierung (Zuweisung)

Für das Projekt ist es erforderlich, zunächst einige Variablen und Pins zu initialisieren.
Dies stellt den ersten Schritt im Coding dar, siehe Grundkenntnisse (Projekt 1).
Alle Pins können am Arduino oder in Abbildung 3 abgelesen werden. Beachte, dass einige LEDs zu zweit initialisiert werden!

Pin 7-10 wird den LEDS zugewiesen.
Der Button erhält den Pin 6.
Eine Variable zum Speichern, ob der Button betätigt wurde.
Eine Variable zum Speichern, einer zufälligen Zahl.
Eine Konstante Variable zum Speichern eines Delays.

[Quelltext 1: LED_Würfel.ino]

Lösung

//LED PINS
const byte LEDS_PIN_1 = 10;
const byte LEDS_PIN_2 = 9;
const byte LEDS_PIN_3 = 7;
const byte LED_PIN_4 = 8;

//TASTER PIN
const byte BUTTON_PIN = 6;
byte Button_state;                 

unsigned long ran;        //Variable für die random Zahl zwischen 1 und 6
unsigned int time = 2000;     //Delay Zeit

void setup()         
{                    
 //später
}
void loop() 
{ 
 //später
}

pinMode()

Nachdem Initialisieren der Variable muss dem Programm erklärt werden, welche Schnittstelle am Arduino verwendet werden soll, um mit den LEDs und dem Taster zu kommunizieren.
Hierfür wird die Funktion pinMode(LED,OUTPUT); oder pinMode(LED,INPUT); benötigt.
Quelltext 2: LED_Würfel.ino

Lösung

void setup()         
{                    
  //Setzt die PINS als OUTPUT
  pinMode (LEDS_PIN_1, OUTPUT);
  pinMode (LEDS_PIN_2, OUTPUT);
  pinMode (LEDS_PIN_3, OUTPUT);
  pinMode (LED_PIN_4, OUTPUT);

  //Setzt den PIN vom Taster als INPUT.
  pinMode (BUTTON_PIN, INPUT);
}
void loop() 
{ 
 //später
}

randomSeed()

Da eine random Zahl benötigt wird, muss eine bestimmte Funktion hinzugefügt werden, damit der Wert random ist. Tipp: Siehe Grundkenntnisse.
Quelltext 3: LED_Würfel.ino

Lösung

void setup()         
{                    
  //Dieser Code wird benötigt, um eine korrekte random Zahl zu generieren
  randomSeed(analogRead(0));
}
void loop() 
{ 
 //später
}

If-Verzweigung mit Funktionen

Jetzt geht es darum, das Hauptprogramm für den Würfel zu schreiben.
Überlege, was passieren muss, damit die bestimmten LEDs leuchten, die eine Zahl anzeigen soll.
Einer der einfachsten Wege ist eine If-Verzweigung, die bei Zahl1 eine LED einschaltet, Zahl2 zwei LEDs usw.
Der angebrachte Taster soll sagen, wann das Programm gestartet werden soll, dies wird gelöst über eine If-Verzweigung.

1. Starte mit der Programmierung des Tasters.
Tipp: Der Taster muss ausgelesen werden, mit digitalRead() und in einen Speicher variable gespeichert werden.
Quelltext 4: LED_Würfel.ino

Lösung

void loop()
{
 //Liest den Status des Tasters
 Button_state = digitalRead(buttonPin);
{
//Später
}

2. Im nächsten Schritt, muss die random Zahl generiert werden.
Tipp: Siehe Grundkenntnisse LED Würfel.
Quelltext :5 LED_Würfel.ino

Lösung

void loop()
{
  //Liest den Status des Tasters
  Button_state = digitalRead(buttonPin);
  if (Button_state == HIGH)
{
  //Randomize zwischen 1 und 6
  ran = random(7);
}

3. Folgen können nun die If-Verzweigung für einzelne Zahlen programmiert werden.
Tipp: Benötigt werden If-Verzweigungen und digitalWrite, um die LEDs einzuschalten.
Quelltext 6: LED_Würfel.ino

Lösung

void loop()
{
  //Liest den Status des Tasters
  Button_state = digitalRead(buttonPin);
  if (Button_state == HIGH){
    //Randomize zwischen 1 und 6
    ran = random(7);
    //Nummer 1
    if (ran == 1){
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
    }
    //Nummer 2
    if (ran == 2){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
    }
    //Nummer 3
    if (ran == 3){
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
    }
    //Nummer 4
    if (ran == 4){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
    }
    //Nummer 5
    if (ran == 5){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
   }
   //Nummer 6
   if (ran == 6){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_2, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
   }
  }

4. Nun zum letzten Schritt der Programmierung.
Zwei Ereignisse müssen noch beachtet werden, eins, dass die LEDs länger leuchten.
Zweitens müssen die LEDs ausgehen, wenn kein Taster gedrückt wurde.
Tipp: Hierfür wird ein delay(); und digitalWrite(Pin,Low); benötigt.
Quelltext 7: LED_Würfel.ino

Lösung

void loop()
{
  //Liest den Status des Tasters
  Button_state = digitalRead(buttonPin);
  if (Button_state == HIGH){
    //Randomize zwischen 1 und 6
    ran = random(7);
    //Nummer 1
    if (ran == 1){
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 2
    if (ran == 2){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 3
    if (ran == 3){
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 4
    if (ran == 4){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 5
    if (ran == 5){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (time);
   }
   //Nummer 6
   if (ran == 6){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_2, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      delay (time);
   }
  }
  //Wenn der Taster nicht gedrückt ist, werden alle PINS auf LOW gesetzt
  digitalWrite (LEDS_PIN_1, LOW);
  digitalWrite (LEDS_PIN_2, LOW);
  digitalWrite (LEDS_PIN_3, LOW);
  digitalWrite (LED_PIN_4, LOW);
}

Musterlösung

Sollte Ihr Code nicht ordnungsgemäß funktionieren, empfehle ich Ihnen, ihn anhand der Musterlösung zu überprüfen.

Müsterlösung

//LED PINS
const byte LEDS_PIN_1 = 10;
const byte LEDS_PIN_2 = 9;
const byte LEDS_PIN_3 = 7;
const byte LED_PIN_4 = 8;

//TASTER PIN
const byte BUTTON_PIN = 6;
byte Button_state;

/* Variablen deklarieren */
unsigned long ran;        //Variable für Random Zahl zwischen 1 to 6
unsigned int time = 2000;     //Delay Zeit

void setup ()
{
  //Setzt die PINS als OUTPUT
  pinMode (LEDS_PIN_1, OUTPUT);
  pinMode (LEDS_PIN_2, OUTPUT);
  pinMode (LEDS_PIN_3, OUTPUT);
  pinMode (LED_PIN_4, OUTPUT);

  //Setzt den PIN vom Taster als INPUT.
  pinMode (BUTTON_PIN, INPUT);

  //Dieser Code wird benötigt, um eine korrekte random Zahl zu generieren
  randomSeed(analogRead(0));
}

void loop()
{
  //Liest den Status des Tasters
  Button_state = digitalRead(buttonPin);
  if (Button_state == HIGH){
    //Randomize zwischen 1 und 6
    ran = random(7);
    //Nummer 1
    if (ran == 1){
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 2
    if (ran == 2){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 3
    if (ran == 3){
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 4
    if (ran == 4){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      delay (time);
    }
    //Nummer 5
    if (ran == 5){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (time);
   }
   //Nummer 6
   if (ran == 6){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_2, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      delay (time);
   }
  }
  //Wenn der Taster nicht gedrückt ist, werden alle PINS auf LOW gesetzt
  digitalWrite (LEDS_PIN_1, LOW);
  digitalWrite (LEDS_PIN_2, LOW);
  digitalWrite (LEDS_PIN_3, LOW);
  digitalWrite (LED_PIN_4, LOW);
}

Quelle: Link

→ zurück zum Hauptartikel: BA: Arduino-Projekte für die Lehre

Arduino Projekt: LED Würfel

Inhaltsverzeichnis

Ablaufplan

Aufgabenstellung

Benötigte Materiallien

Vorab wichtig zu wissen!

LED

Arduino Uno R3

Steckbrett

Aufbau Schaltung

Programmierung

Benötigtes Programm!

1. Erstellen der Arduino Datei

2. Wichtig für die Programmierung

3. Start der Programmierung

Initialisierung (Zuweisung)

pinMode()

randomSeed()

If-Verzweigung mit Funktionen

Musterlösung

Navigationsmenü