Blog

驅動更多LED

好吧，讓我們面對現實吧：一個小LED閃爍的範例並不是那麼令人印象深刻…因此，在這一篇範例講解中，我們將向你展示如何驅動更多的LED。

計算的LED的電阻值

在開始之前，我們必須計算與LED串聯使用的電阻。如果將LED直接連接到Arduino，它將消耗太多電流，從而導致LED燒壞甚至Arduino也捐壞。

我們需要的公式是歐姆定律：R = ^V ⁄ _I

但是這裡的問題是我們還不知道電阻的電壓和電流……所以，讓我們想辦法把它找出來！

我們將電阻與LED串聯連接，我們知道Arduino輸出引腳的電壓為5v，因此，如果將LED的電壓與電阻的電壓相加，則該總電壓應等於5v。因此：V_R + V_L = 5V，和V_R = 5V – V_L。
由於它們是串聯的，因此這也意味著所有通過LED的電子也將通過電阻。由於電流定義為每單位時間的電子數量，因此我們知道流經電阻的電流等於流經LED的電流。因此：I_R = I_L。

所以，我們可以使用歐姆定律找到電阻的電阻值：R = V _R / I _R =（5v-V_L）/ I _L

請注意，如果電流以毫安（mA）表示，則必須將其除以1000，以獲得電流的SI(國際)單位Amps(安培)。否則，您將無法獲得以歐姆為單位的答案（而是以千歐姆為單位）。這適用於每個物理公式：如果以各自的SI單位輸入值，則始終會以SI單位得到答案。

如果您使用的是3.3v Arduino，則可以將5v替換為3.3v。這只是電源電壓，可以是任何一個電壓。

V _L和I _L的值可以在LED的數據表中找到，或者可以使用下表。
I_L應當小於20mA，否則，您將殺死LED。

V_L是LED的正向壓降。（發出較低能量的光，具有較長波長的LED（如紅色和紅外光）的壓降要比具有較高能量的光子的光（如藍色或紫外線）低得多。）

不過，表中的數字只是一個近似值，並不是每個LED都適用。

您可能沒有一個剛計算出的精確值的電阻，因此請四捨五入E-12系列的值。該系列的值分別為1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、27、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2，並乘以10的倍數，例如10、100、1,000、10,000等。
例如，我的結果是65Ω，所以我選擇了68Ω的電阻。
最好選擇一個更大的電阻，這樣就不會燒掉LED。

將LED連接到Arduino

就像我前面解釋的那樣，LED本質上是一個二極管，因此它只允許電流通過一個方向。如果我們以相反的方式連接LED，則什麼事都不會發生。

LED有一個陰極和一個陽極：在示意圖中，箭頭的方向是常規的電流流動方向，因此它指向負極：陰極。
當您仔細觀察LED時，您會看到一側是平的，而另一側是圓形的。而且，一邊引腳比另邊引腳短：平的一面，較短的引腳是陰極，我們將這一邊連接到Arduino的負極或接地。

只要電阻與LED串聯，放置電阻的位置都沒有關係，因此可以將其連接到陰極或陽極。

如果我們知道只有一個LED同時點亮，那麼我們可以為所有LED使用一個電阻。

看一下上圖，然後將電阻器接地和麵包板的水平導軌之一，將LED的短腳插入同一根電源線，將長腳插入Arduino的引腳12 。

注意，您必須計算LED的特定電阻。您可以使用上面的公式，也可以使用線上工具或應用程序（我使用此工具和此APP）。如果點擊字段旁邊的問號，該工具將為您提供一些額外的信息，並且該APP具有用於選擇顏色的下拉選單。

如果你有疑問，或像我一樣，懶得查詢它並找到合適的電阻，則可以使用220Ω至330Ω之間的任何電阻。僅當與5v Arduino一起使用時才適用！270Ω和330Ω與3v3 Arduino一起使用時有點高，在這種情況下，請使用100Ω和220Ω之間的電阻。如果要使用更高電壓的LED，則需要對其進行計算。

將LED和電阻連接到Arduino後，可以將Blink範例中的引腳13替換為12。您可以使用快捷鍵CTRL + F：在”查詢”數字中，輸入13，然後在替換中的數字，輸入12，然後點擊”全部替換”。現在將編輯程式碼上傳到Arduino：您所連接的LED現在應該閃爍。

現在你有了基本知識，我們可以做些更壯觀的事情…

更多LED

將5個額外的LED用較長的腳連接到引腳2、4、6、8和10，並將其較短的腳與麵包板上的12引腳和電阻上的LED連接到相同的導軌上。

如果您還記得Blink範例，那麼預測該程序的功能應該不會太困難。將其上傳到Arduino，並檢查您的假設是否正確！這裏附上範例程式碼。

程式碼優化

如果仔細研究，您會發現某些代碼段落是重覆指令，只是引腳號不同而已…嗯，有一種解決方法：我們將其稱為for迴圈。

你可以將程式碼改為上圖裏的代碼，當您將其上傳到Arduino時，您會看到它的功能與blink6-a完全相同，但是它的代碼行卻少得多。

這全都歸功於所使用的兩個for迴圈。
在我解釋for迴圈之前，我首先必須解釋變數如何工作：

在第一行，有一個表達式’int delayTime = 200;’。這就是變數“ delayTime”的宣告。變數只是一塊記憶體，您可以在其中存上任何您喜歡的東西。變數是一個data type(資料型別)，一個名稱(name)和一個值(value)：在這範例情況下，data type是’int’：整數。整數，可以為正或負。名稱為” delayTime”，這只是您為變數指定的任意名稱，它可以包含字母和數字，以及一些符號（如under line）。如果名稱包含多個單詞，則建議每個新單詞都使用大寫字母，因為您不能使用空格。為變數選擇適合的名稱將對代碼的可讀性產生巨大的影響。使用”int delayTime;”，這只是宣告而已，還沒有值。為變數分配初始值稱為“ 初始化”。在這種情況下，我們將變數delayTime初始化為200。現在，每當我們在程式碼中使用”delayTime”時，它將被數字200代替。如果你在不先初始化變數的情況下讀取了變數，則它只會為回傳給你0的值，若我們沒有將變數初始化，這時程式碼可能會回傳一個隨機值，這樣可能會導致程序出現錯誤。

您還必須知道變數具有所謂的作用區域。在此範例中，delayTime在一開始的地方宣告，因此它是全域變數。這意味著你將能夠在整個程序的每個函數，每個迴圈中調用它。變數也可以是local，這意味著你只能在定義它的範圍內使用它。例如，如果我們將第一行移至setup函式內，我們將得到錯誤

未在此範圍內聲明“ delayTime”

所以當我們嘗試在loop（delay（delayTime）;）中訪問它時，會出現這樣的錯誤，因為這是與setup函式不同的作用區域。
但是，假設你沒有足夠的可用空間來儲存局部變數時，它會派上用場，因為當你離開它們的作用區域時，local變數會被“刪除”。

但是為什麼要使用這樣的變數方式？好吧，因為不要一一的更改所有delay(200);我們只需更改第一行。在這個範例中因為只有兩個delay(200);需更改，可能看不太出來這樣寫程式碼的差別，若是你的程式碼有非常多行，這樣的方式就變得很重要。

Arduino參考：Variable

Arduino參考：int

Arduino參考：Scope

關於變數的另一個有用的事情是，您可以在程式碼執行時更改它們。這正是在for循環中發生的情況。中括號之間的第一部分只是某個變數’i’的聲明，我們將其初始化為2。下一部分是’i <= 12’，這意味著i只要小於或等於12，就會在for迴圈中重複執行。第三部分也是最後一部分’i = i + 2’意味著每次重複執行時，i的值都會加2。

整行程式碼的意思是首先執行括號內（i的值為2），並將引腳2設置為輸出。然後再次把i加2加到i→i現在等於4，並且程式碼以i的新值再次執行：將引腳4設置為輸出。再次添加2，現在i等於6，再次執行程式碼，再加2 …，依此類推。直到i等於12為止。當i = 12時執行迴圈時，一切正常，最後當程式碼的i再加2時，因不滿足條件’i≤12’（i現在是14）。程序退出for迴圈。
這樣同樣只有兩行程式碼的for迴圈方式，一樣圖以將LED的引腳都設置為輸出，不用寫到六行程式碼。

Arduino參考：for迴圈

總結：

找到適合你的LED的電阻

1. 在LED的數據表或上表中查找正向電壓。這是V _L
2. 在LED的數據表中查找正向電流，或使用2至20mA之間的電流，並將此數字轉換為安培。這裏是I_L
3. 為大多數微控制器（如Arduino）找到電源電壓5v或3.3v。這是V _s
4. 接著，使用以下公式查詢電阻值：R =（V _s -V _L）/ I _L
5. 將這個值四捨五入到最接近的電阻。你甚至可以使用比計算出的電阻高的值，若是使用較低的電阻，則會大大縮短LED的使用壽命。另外若電阻值太高，LED的亮度會非常暗。

• LED的引腳較長，是陽極，是正極。
• LED的引腳較短，是陰極，是負極。
• int delayTime; 這是data type(資料型別)為int的變數的宣告，稱為”delayTime”
• int delayTime = 200; 這是一個data type為int的變數的宣告，稱為”delayTime”，其初始化值為200。
• 全局變數可以在程序中的任何地方調用，local變數只能在宣告它們的範圍內調用。
• for（int i = 0; i <10; i = i + 1）{}是一個for迴圈，它將變量i初始化為0，每次重複將i加1，直到i < 10次​​（10次）。

附加：計算電阻的功耗

如果您使用5v電源，例如Arduino上的電源，那麼一個普通的1/4瓦電阻就足夠了，但是當您使用更高的電源電壓或一個消耗更多電流的LED時，電阻中的功率耗散也會太大高，它會耗盡。

因此，我們需要計算電阻的功耗是多少。

計算功率的公式為P = V∙I。因此，我們可以剛好計算電阻兩端的電壓：電源電壓減去LED兩端的電壓：V _R = V _S – V _L。
通過電阻的電流是一樣的過LED的電流：I _R = I _L。

因此：P _R =（V _s -V _L）∙I _L

在上圖所示的範例中，電阻中的功耗非常低，因此一個1/4瓦特的電阻就足夠了，但是如果計算出的值更高，則需要一個功能更強大（更厚）的電阻。

但是，這些值只是理論上的假設。

如果您真的想知道電阻器消耗的實際功率，則必須測量電阻上的電流或電壓，或者最好是同時測量兩者。

如果可以同時測量電流和電壓（情況A），則可以使用相同的公式。

但是，如果只能測量這些值之一，則可以使用歐姆定律在公式中用電壓或電流代替功率。（案例B和C）

只有情況A可以提供實際的功耗，而情況B和C則需要電阻的值。電阻上寫的值具有一定的誤差，因此你的功率也會有所偏差。