Il documento descrive un laboratorio di elettronica incentrato sull'uso della modulazione di larghezza di impulso (PWM) con Arduino, fornendo spiegazioni tecniche e esempi pratici. Si trattano vari controlli per LED e motori, evidenziando l'importanza del duty cycle e l'uso di transistor per gestire carichi maggiori. Inoltre, vengono presentati progetti creativi con LED RGB e shift register per il pilotaggio di più LED simultaneamente.

1. ELECTRONICS LAB [WITH ARDUINO]
Daniele Costarella
Teatro Carlo Gesualdo / Casina Del Principe – Avellino – 28 > 31 agosto 2013
Salvatore Carotenuto
>>> DAY #2

2. Rights to copy
Electronics LAB [with Arduino]28 > 31 agosto 2013 2
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3. Il programma di oggi
La tecnica PWM:
●
controllo di LED;
●
controllo di piccoli carichi;
Effetti luminosi:
●
LED fading;
●
i LED RGB;
●
sequence generators;
3Electronics LAB [with Arduino]28 > 31 agosto 2013

4. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 4
Rimontiamo il seguente circuito:

5. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 5
Cosa succede se facciamo lampeggiare molto velocemente il LED?
// Modulazione di larghezza di impulso (PWM)
#define LED 13 // LED sul pin 13
void setup()
{
pinMode(LED, OUTPUT); // imposta il pin come output
}
void loop()
{
digitalWrite(LED, HIGH); // accende il LED
delay(10); // aspetta 10 millisecondi
digitalWrite(LED, LOW); // spegne il LED
delay(10); // aspetta 10 millisecondi
}

6. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 6
Il duty cycle
Periodo
TON
TOFF
Tempo
Ampiezza

7. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 7
Il duty cycle
Duty Cycle 50%
Duty Cycle 75%
Duty Cycle 25%

8. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 8
Facciamo alcuni esperimenti
1. 10ms acceso e 10ms spento
2. 5 ms acceso e 15ms spento
3. 75 ms acceso e 5ms spento

9. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 9
I pin PWM dedicati
il PWM è una tecnica per ottenere risultati analogici con mezzi digitali
Funzione Spiegazione
analogWrite(pin, valore)
Scrive un valore analogico (una forma
d'onda PWM) sul pin passato come
parametro.
Parametri:
pin: il pin da usare
valore: compreso tra 0 (sempre
spento) e 255 (sempre acceso)

10. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 10
Il duty cycle
Duty Cycle 50% - analogWrite(pin, 128)
Duty Cycle 75% - analogWrite(pin, 192)
Duty Cycle 25% - analogWrite(pin, 64)

11. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 11
Il nuovo circuito: utilizziamo i pin PWM dedicati

12. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 12
Cosa succede se facciamo lampeggiare molto velocemente il LED?
// Modulazione di larghezza di impulso (PWM)
#define LED 9 // LED sul pin 9 (PWM)
void setup()
{
pinMode(LED, OUTPUT); // imposta il pin come output
}
void loop()
{
analogWrite(LED, 128); // duty cycle al 50%
}

13. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 13
Facciamo alcuni esperimenti, ora però con i pin dedicati
1. LED acceso allo 0%;
2. LED acceso al 25%;
3. LED acceso al 50%;
4. LED acceso al 75%;
5. LED acceso al 100%;

14. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 14
Solo per i LED?

15. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 15
Esempio: controlliamo un motore

16. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 16
Transistor
● Il motore DC utilizza più potenza di
quella che Arduino è in grado di
erogare.
● Se connettiamo il motore
direttamente ai pin di Arduino,
rischiamo di danneggiare la scheda.
● Utilizziamo, allora, un piccolo
transistor (Es. PN2222) come switch
che, utilizzando una piccola corrente
da Arduino è in grado di pilotare
correnti più elevate (motore).

17. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 17
Transistor
● Il transistor ha tre terminali. La
maggior parte della corrente fluisce
dal Collettore all'Emettitore. Ciò
avviene se “accendiamo” il transistor,
ossia se facciamo fluire una corrente
nella Base.
● Il resistore connesso a D3 limita la
corrente di Base. Se connettiamo il
motore direttamente ai pin di Arduino,
rischiamo di danneggiare la scheda.
● Il diodo è inserito per la protezione del
circuito.

18. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 18
Esempio 1: rampa
// Modulazione di larghezza di impulso (PWM)
#define MOTOR 3 // controllo motore sul pin 3
void setup()
{
pinMode(MOTOR, OUTPUT); // imposta il pin come output
}
void loop()
{
analogWrite(MOTOR, 64); // motore al 25%
delay(1000); // aspetta 1 secondo
analogWrite(MOTOR, 128); // motore al 50%
delay(1000); // aspetta 1 secondo
analogWrite(MOTOR, 192); // motore al 75%
delay(1000); // aspetta 1 secondo
analogWrite(MOTOR, 255); // motore al 100%
delay(1000); // aspetta 1 secondo
}

19. La tecnica PWM
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 19
Esempio 2: variamo la velocità manualmente
// Esempio 2: DC Motor
int motorPin = 3;
void setup()
{
pinMode(motorPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
while (! Serial);
Serial.println("Velocità [da 0 a 255]: ");
}
void loop()
{
if (Serial.available())
{
int speed = Serial.parseInt();
if (speed >= 0 && speed <= 255)
{
analogWrite(motorPin, speed);
}
}
}

20. Elementi di programmazione
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 20
Il ciclo for
Simbolo Spiegazione
for (valore_iniziale, test,
incremento)
{
// …
< codice da ripetere >
// …
}
Esegue un blocco di codice per un
certo numero di volte, ossia finchè la
condizione test è vera.
for (i = 0; i<100; i++)
{
// …
< codice da ripetere >
// …
}
Esempio: esegue un blocco di codice
per 100 volte

21. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 21
LED fading
#define LED 9 // LED collegato al pin 9
int fadeValue = 0; // valore del fade
void setup()
{
pinMode(LED, OUTPUT); // imposta il pin come output
}
void loop()
{
// esegue un ciclo da 0 a 254 (fade in)
for (fadeValue = 0 ; fadeValue < 255; fadeValue++)
{
//impostiamo la luminosità del LED
analogWrite(LED, fadeValue);
delay(10);
}
//
// esegue un ciclo da 255 a 1 (fade out)
for(fadeValue = 255 ; fadeValue > 0; fadeValue--)
{
//impostiamo la luminosità del LED
analogWrite(LED, fadeValue);
delay(10);
}
}

22. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 22
LED fading
#define LED 9 // LED collegato al pin 9
int fadeValue = 0; // valore del fade
void setup()
{
pinMode(LED, OUTPUT); // imposta il pin come output
}
void loop()
{
// esegue un ciclo da 0 a 254 (fade in)
for (fadeValue = 0 ; fadeValue < 255; fadeValue++)
{
//impostiamo la luminosità del LED
analogWrite(LED, fadeValue);
delay(10);
}
//
// esegue un ciclo da 255 a 1 (fade out)
for(fadeValue = 255 ; fadeValue > 0; fadeValue--)
{
//impostiamo la luminosità del LED
analogWrite(LED, fadeValue);
delay(10);
}
}

23. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 23
LED RGB

24. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 24
LED RGB: montiamo il circuito

25. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 25
LED RGB: lo sketch
//Flussi 2013 DAY 2: RGB LED
int redPin = 11;
int greenPin = 10;
int bluePin = 9;
void setup()
{
pinMode(redPin, OUTPUT);
pinMode(greenPin, OUTPUT);
pinMode(bluePin, OUTPUT);
}
void loop()
{
setColor(255, 0, 0); // red
delay(1000);
setColor(0, 255, 0); // green
delay(1000);
setColor(0, 0, 255); // blue
delay(1000);
setColor(255, 255, 0); // yellow
delay(1000);
setColor(80, 0, 80); // purple
delay(1000);
setColor(0, 255, 255); // aqua
delay(1000);
}

26. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 26
LED RGB: lo sketch
// continua
void setColor(int red, int green, int blue)
{
analogWrite(redPin, red);
analogWrite(greenPin, green);
analogWrite(bluePin, blue);
}

27. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 27
LED RGB: cose da fare
● Variare il ritardo
● Altri effetti di luce (YouTube, Google)

28. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 28
LED chaser

29. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 29
LED chaser: lo sketch
int LED1 = 12;
int LED2 = 11;
int LED3 = 10;
int LED4 = 9;
int LED5 = 8;
void setup()
{
pinMode(LED1, OUTPUT);
pinMode(LED2, OUTPUT);
pinMode(LED3, OUTPUT);
pinMode(LED4, OUTPUT);
pinMode(LED5, OUTPUT);
}

30. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 30
LED chaser: lo sketch
void loop()
{
digitalWrite(LED1,HIGH);
delay(100);
digitalWrite(LED1,LOW);
delay(25);
digitalWrite(LED2,HIGH);
delay(100);
digitalWrite(LED2,LOW);
delay(25);
digitalWrite(LED3,HIGH);
delay(100);
digitalWrite(LED3,LOW);
delay(25);
digitalWrite(LED4,HIGH);
delay(100);
digitalWrite(LED4,LOW);
delay(25);
digitalWrite(LED5, HIGH);
delay(100);
digitalWrite(LED5, LOW);
delay(25);
}

31. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 31
LED chaser: cose da fare
● Variare il ritardo
● Pilotare più LED
● Largo alla fantasia!

32. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 32
Pilotare più LED: meglio usare uno Shift Register

33. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 33
Pilotare più LED: lo Shift Register 74HC595
●
Si può pensare allo Shift Register
come un oggetto in grado di
conservare 8 bit in memoria
●
Per scrivere tali valori utilizziamo i
pin Data e Clock del chip

34. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 34
Pilotare più LED: meglio usare uno Shift Register
/*
Flussi 2013 DAY 2: 8 LED e uno Shift Register
*/
int latchPin = 5;
int clockPin = 6;
int dataPin = 4;
byte leds = 0;
void setup()
{
pinMode(latchPin, OUTPUT);
pinMode(dataPin, OUTPUT);
pinMode(clockPin, OUTPUT);
}

35. Giochi di luce
28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 35
Pilotare più LED: meglio usare uno Shift Register
void loop()
{
leds = 0;
updateShiftRegister();
delay(500);
for (int i = 0; i < 8; i++)
{
bitSet(leds, i);
updateShiftRegister();
delay(500);
}
}
void updateShiftRegister()
{
digitalWrite(latchPin, LOW);
shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds);
digitalWrite(latchPin, HIGH);
}

36. FINE... PER OGGI