Arduino Grundlagen Teil 5: Eine externe LED blinken lassen

Externe LED blinken lassen

Der zweite logische Schritt bei der Einarbeitung in das Thema Arduino ist eine externe LED blinken zu lassen. Früher oder später braucht man das immer mal, z.B. um mehrere Zustände des Arduinos bzw. des Programm-Ablaufs anzeigen zu können. Es würde also prinzipiell direkt Sinn machen, dass wir auch mehrere LEDs ansteuern können.

Eine EXTERNE LED blinken lassen!

Nachdem wir im Artikel >> Eine LED blinken lassen die fest verbaute LED am Pin D13 des Arduino Nano genutzt haben, wollen wir jetzt eine externe/zusätzliche LED blinken lassen. Dafür müssen wir einen passenden Vorwiderstand für die LED berechnen. Der Zusammenbau der Schaltung wird auf einem Breadboard stattfinden. Da wir uns das erste Mal mit einer Schaltung (wenn auch einer einfachen) beschäftigen, schauen wir uns direkt an, wie ein Schaltungsplan aussieht. Wenn Du Lust hast, können wir daraufhin mehrere LEDs nacheinander oder gleichzeitig blinken lassen. Damit es auch einen Sinn hat, nutzen wir dafür LEDs mit unterschiedlichen Farben. Der Grund dafür ist nicht die unterschiedliche Farbe der LEDs, sondern die unterschiedlichen Spannungen und Ströme mit denen die LEDs betrieben werden müssen.

Komponenten-Liste

Für die Umsetzung brauchen wir folgende Komponenten:

Um das Beispiel mit mehreren LEDs erweitern zu können, braucht man zusätzlich je nach individuellem Wunsch an LEDs:

  • X x LED rot
  • X x LED grün
  • X x LED blau
  • Widerstände

LED Grundlagen kurz erklärt

Wir können eine LED leider nicht direkt an einen Arduino anschließen. Der Grund dafür ist, dass eine LED nur mit einer maximalen Spannung und einem maximalen Strom betrieben werden darf/muss. Wichtiger ist hierbei, dass der maximale Strom nicht überschritten wird. Um dies zu gewährleisten, wird ein Widerstand eingesetzt. Solch ein Widerstand wird normalerweise vor die LED gesetzt, weswegen er auch als Vorwiderstand bezeichnet wird.

Je nach LED-Typ weichen die Spannungen voneinander ab. Achte also immer auf die Hersteller-Angaben im Datenblatt! Normalerweise liegen die Spannungen der LEDs (ULED) in folgenden Bereichen:

LED-Farbe Spannung (ULED)
Infrarot 1,2-1,8V
Rot 1,6-2,3V
Gelb 1,9-2,5V
Grün 1,9-2,5V
Blau 3-4V
Weiß 3-4V
Ultra-Violett 3-4V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der maximale Strom (ILED) liegt bei Standard-LEDs meist im Bereich von 10-30mA. Es gibt aber natürlich auch LEDs mit höherer Lichtausbeute, die entsprechend mehr Strom benötigen.

Eine LED hat zwei „Beinchen“:

 

Längeres Beinchen:
= Anode
= Plus-Pol der LED

Kürzeres Beinchen:
= Kathode
= Masse-Pol der LED.

LED-Anode-Kathode

LED-Anode-Kathode

 

Aufbau der Schaltung mit einer LED

Jetzt bauen wir unsere erste Schaltung auf. Wir nehmen in diesem Beispiel eine rote LED mit ca. 1,6V (ULED) und maximal 10mA (ILED). Als Vorwiderstand wähle ich einen Widerstand mit 470Ω. Als Ausgang des Arduinos nehme ich den digitalen Ausgang am Pin D3.

LED-Schaltung

LED-Schaltung

 

Die Schaltung bauen wir, wie auf folgender Abbildung zu sehen ist, auf unserem Breadboard auf:

Breadboard mit Schaltung als Skizze

Breadboard mit geplanter Schaltung

 

TIPP
5V- und Masse-/GND-Leitungen brauchen wir immer wieder auch in größerer Stückzahl. Dafür sind unten und oben auf dem Breadboard je zwei rot und zwei blau markierte Kontakt-Reihen, die über die komplette Breite des Breadboards gehen. Sie sind für Masse- und Versorgungs-Leitungen gedacht. Setzt man also die folgenden zwei Leitungen:

  • Masse/GND: Kontakt-Reihe 15 auf die blaue durchgezogene Reihe
  • 5V: Kontakt-Reihe 13 auf die rote durchgezogene Reihe

muss man sie bei den meisten Schaltungen nicht wieder entfernen.

Breadboard mit Masse / GND und 5V

Breadboard mit Masse / GND und 5V

 

Ich gehe bei solchen Breadboard-Aufbauten eigentlich immer in derselben Reihenfolge vor:

1. Mikro-Controller auf das Breadboard stecken

Der erste Schritt ist normalerweise den Mikro-Controller auf das Breadboard zu stecken. Ich achte hierbei darauf, dass der 5V-Pin auf der Kontakt-Reihe 13 und der GND-Pin auf der Kontakt-Reihe 15 liegt. Den Reset-Pin brauche ich eher selten, dafür kann ich aber 5V und GND gerade nach unten auf die Versorgungs-Reihen ziehen.

Der Arduino Nano kann leider nicht 100%ig mittig aufgesteckt werden. So wie auf den fritzing-Breadboard-Abbildungen zu sehen ist, hat man auf einer Seite zwei und auf der anderen Seite drei Kontakt-Stellen.

Breadboard mit µC

Breadboard mit µC

2. LED positionieren

Im nächsten Schritt stecke ich das gewünschte Bauteil ein, in diesem Fall also die LED.

Wo sie in diesem Beispiel eingesteckt wird, ist verhältnismäßig egal, der Übersicht halber stecken wir sie in die Kontakt-Reihen 24 und 25. In Reihe 24 wird die Anode (das längere Beinchen) und in Reihe 25 die Kathode (das kürzere Beinchen) gesteckt.

Tipp:
Auf der Kathoden-Seite ist die LED abgeflacht.

Breadboard mit LED

Breadboard mit LED

3. Widerstand positionieren

Jetzt brauchen wir noch den 470Ω Widerstand. Wenn man die Beinchen des Widerstands recht nah am Widerstand um 90° biegt, kann man ihn gut auf eine Länge von 5 Lochabständen (5 * 2,54mm) bringen. Ein Abstand von 4 Löchern ist meist ebenfalls noch möglich, aber etwas „gedrängt“. Die umgebogenen Enden können eine Länge von ungefähr 5mm haben.

Der Widerstand kann jetzt in die Reihen 20 und 24 gesteckt werden.

Breadboard mit Widerstand

Breadboard mit Widerstand

 

4. Leitungen anschließen – Schritt 1

Sind alle Bauteile positioniert, können wir die Leitungen anschließen. Dafür nehmen wir Jumper-Wire in den Farben Schwarz und Blau.

Tipp!
Wir sollten uns von Anfang an ein paar Dinge angewöhnen. In diesem Fall gehört dazu:

  • Schwarze Leitung: Masse/GND
  • Rote Leitung: Plus-Leitung (z.B. 5V)

Wir beginnen mit der Masse-Leitung. Wir haben unten die durchgehende Kontakt-Reihe für Masse. Diese ist bereits mit dem GND-Pin des Arduinos verbunden. Wir müssen also lediglich ein schwarzes Jumper-Wire von der Masse-Reihe zum rechten Beinchen (kurzes Beinchen – Kathode) in die Kontakt-Reihe 25 verlegen.

Masseleitung anschließen

Masseleitung anschließen

 

5. Leitungen anschließen – Schritt 2

Nun können wir die zweite Leitung anschließen. Würden wir eine Leitung von der roten 5V-Reihe direkt zum Widerstand in Reihe 20 ziehen, würde die LED dauerhaft leuchten. Wir wollen sie aber an Pin D3 des Arduinos anschließen. Also ziehen wir eine Leitung von Reihe 20 zur Reihe 11, aber diesmal auf der oberen Seite des Breadboards.

Signal-Leitung anschließen

Signal-Leitung anschließen

Jetzt ist der Zusammenbau der Schaltung abgeschlossen und wir können uns um das Programm bzw. den Code kümmern.

Das Programm

Jetzt fehlt uns also noch ein kleines Programm, damit der Ausgang D3, und somit die LED, angesteuert wird.

// Das Setup
void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);	    // Den digitalen Pin 3 (D3) als Ausgang deklarieren.
}

// Die Haupt-Schleife (Main-Loop)
void loop() {
  digitalWrite(3, HIGH);    // Den Ausgang D3 HIGH setzen.
  delay(1000);			    // 1 Sekunde warten.
  digitalWrite(3, LOW);	    // Den Ausgang D3 LOW setzen.
  delay(1000);			    // 1 Sekunde warten.
}

 Listing 1: Der Sketch

Dir fällt sicherlich auf, dass das Programm fast identisch zum ersten Blink-Beispiel im Artikel >> Eine LED blinken lassen ist. Der einzige Unterschied ist, dass wir anstatt des digitalen Ausgangs D13 den digitalen Ausgang D3 nutzen.

Der Upload funktioniert genau wie beim ersten Beispiel. Danach wird die LED im Sekunden-Takt blinken.

Hier ein kurzes Beispiel-Video (ohne Ton):

Fazit

Mit einfachen Mittel und ohne großes Hintergrundwissen konnten wir eine LED über unseren Arduino Nano ansteuern. Später wird uns diese Art der Schaltung noch öfter begegnen. LEDs können für verschiedene Dinge genutzt werden. Von der Anzeige eines System-Status über das getaktete Ansteuern eines Foto-Widerstands oder einer IR-Diode hin zu komplexen Aufgaben, ist mit LEDs quasi alles möglich.

 


Arduino Grundlagen Kurs im Überblick:

>> Teil 1: Der Arduino im Detail
>> Teil 2: Die Bauteile des Arduino
>>Teil 3: Ein Programm auf einen Arduino laden
>> Teil 4: Eine LED blinken lassen!
>> Teil 5: Eine externe LED blinken lassen
>> Teil 6: Die LED Schaltung im Detail
>> Teil 7: Mehrere LEDs ansteuern & blinken lassen
>> Teil 8: Eine LED dimmen
>> Teil 9: Mehrere LEDs dimmen
>> Teil 10: Taster an Arduino anschließen
>> Teil 11: Serielle Schnittstelle
>> Teil 12: Softwareserial Library

 

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