Arduino Projekt: LED Würfel

Autor: Justin Frommberger

Ablaufplan

Betrachten Sie die Abbildung 1 und lesen sich anschließend die Aufgabenstellung durch.
Überprüfe, ob alle Materialien von der Materialliste vorhanden sind.
Lesen Sie sich "Vorab wichtig zu wissen" durch.
Bauen Sie mit der Abbildung 3 die Schaltung für das Projekt auf.
Überprüfe, ob alle benötigten Programme installiert sind.
Starten Sie mit der Programmierung vom Projekt.

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.

Bei Betätigung des Tasters sollen die entsprechenden LEDs aufleuchten, um die gewürfelte Zahl darzustellen.
Die gewürfelte Zahl wird random, zwischen 1 und 6 generiert.

⇒ Für den Fall, dass kein Arduino zur Verfügung steht, kann dieser webbasierter Arduino Emulator verwendet werden. [klicken]

Benötigte Materialien

Tabelle 1: Materialliste
Nr.	Anz.	Beschreibung
①	1	Funduino Arduino UNO R3
②	1	USB A zu USB B
③	1	Steckbrett
④	18+	Jumperkabel, männlich/männlich
⑤	7	LED beliebige Farbe
⑥	8	Widerstand 120 Ω
⑦	1	Taster

Vorab wichtig zu wissen

LED

Die LED (Light Emitting Diode) hat zwei Anschlüsse: einen positiven Anschluss (+) und einen negativen Anschluss (-).
Der positive Anschluss wird als Anode bezeichnet und der negative Anschluss als Kathode, siehe Abb.2.
Wenn die LED richtig angeschlossen ist und eine ausreichende Spannung anliegt, leuchtet sie auf.
Wenn nicht, kann es sein, dass + und - vertauscht wurde.
- In diesem Fall muss die LED umgedreht werden, da dies potenziell zu Schäden führen kann.

Beachte, dass LEDs eine begrenzte Vorwärtsspannung haben und eine geeignete Vorwiderstand benötigen.

Um den Stromfluss zu begrenzen und Schäden durch Überstrom zu vermeiden.

Arduino Uno R3

Der Arduino besitzt unterschiedliche Schnittstellen, er kann 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

Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung wie in Abbildung 3 aufgebaut werden.

Wichtig: Die Widerstände befinden sich an der kurzen Seite der LED (Minus).

Programmierung

Benötigtes Programm

Lade Sie die aktuellste Version der Arduino IDE herunter. [klicken]
Beachte, die richtige Version für deinen PC auszuwählen, siehe Abbildung 4.

Erstellen der Arduino Datei

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

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

Start der Programmierung

Es ist wichtig, die [Programmierrichtlinien] beim Programmieren einzuhalten.

Initialisierung (Zuweisung)

Für das Projekt ist es erforderlich, zunächst einige Variablen und Pins zu initialisieren.
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 = 8;
const byte LED_PIN_4 = 7;

//TASTER PIN
const byte BUTTON_PIN = 6;
byte Button_state = 0;

/* Variablen deklarieren */
unsigned long Zufallszahl = 0;        //Variable für Random Zahl zwischen 1 und 6
unsigned int Verzoegerung = 500;     //Delay Zeit

void setup()         
{                    

}
void loop() 
{ 

}

PINS festlegen

Nachdem Initialisieren der Variable müssen die Pins als OUTPUT oder INPUT deklariert werden.
Hierfür werden die Funktionen pinMode(LED,OUTPUT); und pinMode(LED,INPUT); benötigt.
⇒ pinMode();

[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);
}

Random Zahl erstellen

Um eine zufällige Zahl zu erhalten, ist es erforderlich, eine spezielle Funktion hinzuzufügen, um sicherzustellen, dass der Wert tatsächlich zufällig ist.
⇒ randomSeed();

[Quelltext 3: LED_Würfel.ino]

Lösung

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

if-Bedingung mit Funktionen

Welche Schritte sind erforderlich, damit die gewürfelte Zahl angezeigt wird.
Ein einfacher Ansatz ist eine if-Bedingung zu verwenden, die bei der Zahl 1 eine einzelne LED einschaltet, bei der Zahl 2 zwei LEDs und so weiter.
Nutze Sie den Taster zum Starten des Programmes.

1. Starte mit der Programmierung des Tasters.
Der Taster muss ausgelesen werden und in einer Variable abgespeichert werden.
⇒ Variable = digitalRead(buttonPin);

[Quelltext 4: LED_Würfel.ino]

Lösung

void loop()
{
 //Liest den Status des Tasters
 Button_state = digitalRead(BUTTON_PIN);
{

}

2. Im nächsten Schritt, muss die random Zahl generiert werden, wenn der Taster gedrückt wurde.
⇒ randomSeed();

[Quelltext: 5 LED_Würfel.ino]

Lösung

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

3. Folgend müsse die if-Bedingungen für die Zahlen 1 bis 6 programmiert werden.
Beachte, dass der Button vorher gedrückt werden muss!
⇒ digitalWrite();
⇒ if-Bedingung() { }

[Quelltext 6: LED_Würfel.ino]

Lösung

  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. Zusätzlich sollen die LEDs nach dem Einschalten eine längere Leuchtdauer haben und erst ausgehen, wenn kein Taster gedrückt wurde.
Füge hierfür in jeder if-Bedingung eine Verzögerung (delay) hinzu und setze im ELSE alle Pins auf LOW.
⇒ delay();
⇒ digitalWrite(Pin,Low);

[Quelltext 7: LED_Würfel.ino]

Lösung

  //Liest den Status des Tasters
  Button_state = digitalRead(BUTTON_PIN);
  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, überprüfen Sie ihn anhand der Musterlösung.

Müsterlösung

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

//TASTER PIN
const byte BUTTON_PIN = 6;
byte Button_state = 0;

/* Variablen deklarieren */
unsigned long Zufallszahl = 0;        //Variable für Random Zahl zwischen 1 und 6
unsigned int Verzoegerung = 500;     //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(BUTTON_PIN);
  if (Button_state == HIGH){
    //Randomize zwischen 1 und 6
    Zufallszahl = random(7);

    //Nummer 1
    if (Zufallszahl == 1){
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (Verzoegerung);
    }
    //Nummer 2
    if (Zufallszahl == 2){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      delay (Verzoegerung);
    }
    //Nummer 3
    if (Zufallszahl == 3){
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (Verzoegerung);
    }
    //Nummer 4
    if (Zufallszahl == 4){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      delay (Verzoegerung);
    }
    //Nummer 5
    if (Zufallszahl == 5){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      digitalWrite (LED_PIN_4, HIGH);
      delay (Verzoegerung);
   }
   //Nummer 6
   if (Zufallszahl == 6){
      digitalWrite (LEDS_PIN_1, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_2, HIGH);
      digitalWrite (LEDS_PIN_3, HIGH);
      delay (Verzoegerung);
   }
  }
  //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 Materialien

Vorab wichtig zu wissen

LED

Arduino Uno R3

Steckbrett

Aufbau Schaltung

Programmierung

Benötigtes Programm

Erstellen der Arduino Datei

Start der Programmierung

Initialisierung (Zuweisung)

PINS festlegen

Random Zahl erstellen

if-Bedingung mit Funktionen

Musterlösung

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