Файл: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Основы электротехники в робототехнике.docx

1 Перечень необходимых средств для выполнения лабораторных работ 3

2 Лабораторная работа 1 5

2.1 Как подключить светодиод к Arduino 5

2.2 Подключение кнопки 10

2.3 Меняем цвет по нажатию кнопки 12

2.4 Простая пищалка с кнопкой 14

2.5 Классы в программах Ардуино. Кнопка как объект. 16

3 Лабораторная работа 2 26

3.1 Подключение семисегментного индикатора 26

3.2 Подключение LED индикатора с TM1637 29

3.3 Подключение LCD 1602 (HD44780) к Arduino 32

3.4 Подключение LCD1602 по I2C к Ардуино 37

4 Лабораторная работа 3 40

4.1 Подключение матричной клавиатуры к Arduino 40

4.2 Подключение клавиатуры 4*4 и пьезоизлучателя к Arduino 43

Приложение 1 Форма отчета по лабораторной работе 47

Приложение 2 49

1 Перечень необходимых средств для выполнения лабораторных работ

Лабораторные работы основаны на использовании программируемой электроники на базе самого распространенного и доступного микроконтроллера АРДУИНО UNO.

Основные сведения по оборудованию и программному обеспечению можно узнать на сайтах:

http://arduino.ru/

https://www.arduino.cc/ - официальный сайт проекта Ардуино

Для выполнения лабораторных работ, а также курсовой работы по дисциплине «Основы электротехники в робототехнике» потребуется приобрести необходимое оборудование.

Базовые три лабораторные работы возможно выполнить на эмуляторе микроконтроллера АРДУИНО UNO. Например, Tinkercad Arduino (https://www.tinkercad.com/learn/circuits)

Темы и содержание трех базовых лабораторных работ широко представлены на различных сайтах и форумах Интернет и не требуют какой-либо специализированной литературы и других источников.

Внимание! Обращайтесь к преподавателю при возникновении любых вопросов, связанных с выполнением лабораторных работ (в том числе вопросы по оборудованию и ПО для выполнения работ)

через группу ВКонтакте (допуск к вашей группе дает преподаватель при обращении в группу https://vk.com/shyrdistcourse

Необходимые теоретические материалы доступны в группе ВКонтакте https://vk.com/shyr_library

№ лабораторной работы	Оборудование
1	Для части 1: плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega; макетная плата (Breadboard) для прототипирования; 2 светодиода и 2 резистора 220 Ом; провода «папа-папа». плата Arduino для части 2: 5 проводов и/или перемычек «папа-папа» светодиод кнопка резисторы на 10 кОм и 220 Ом. Программа Arduino IDE, скачанная с сайта https://www.arduino.cc/
2	Часть 1 • контроллер Arduino UNO R3; • макетная плата (Breadboard) для прототипирования; • одноразрядный семисегментный индикатор; • резистор 510 Ом – 7 штук; • провода папа-папа. Часть 2 Arduino Uno R3 Семисегментный индикатор TM1637 Макетная плата на 400 точек Набор макетных проводов “папа-мама” Часть 3 LCD дисплеи размерности 1602, на базе контроллера HD44780 1602 LCD конвертор в IIC/I2C Используется встроенная с среду Arduino IDE библиотека LiquidCrystal.h
3	• Arduino • Клавиатура 4x4 кнопки • Зуммер пьезоэлектрический • Набор проводов ПАПА-МАМА • Провода Папа-Папа или Набор проводов для макетирования 65 шт. Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки: Библитетка keypad для клавиатуры 4x4

Внимание! Выполняя САМОСТОЯТЕЛЬНО в качестве лабораторных работ задания, Вы осваиваете все приемы, которые потребуется использовать в курсовой работе.

Внимание! Для САМОСТОЯТЕЛЬНОГО изучения (без оформления отчетов и проверки преподавателем) перечислены темы заданий (приложение 2), которые расширят ваши знания в области электротехники и подготовят вас к последующей дисциплине «Социальная робототехника»

. Данные задания представлены в отдельном учебном пособии.

2 Лабораторная работа 1

Тема: АРДУИНО : подключение светодиода, кнопки, пьезоизлучателя (пищалки)

Цель: Знакомство с платформой Arduino. Освоение элементов программирования платы Arduino.

Задание

1 Выполнить сборку схемы на печатной плате Arduino по описанию из п.2.1.

2 Загрузить программный код в программу Arduino IDE (п.2.1).

3 Изменяя подключения на печатной плате Arduino и программы, выполнить задания пунктов 2.2-2.5.

4 Оформить отчет.

2.1 Как подключить светодиод к Arduino

В этом простом примере показано, как с помощью платформы Arduino заставить мигать светодиод. Для начала мы соберем простую схему на макетной плате, подключив светодиод к цифровому выходу микроконтроллера Ардуино (входы и выходы на плате еще называют Pin). Загрузив скетч (так называют программу для Ардуино), вы поймете, как пользоваться и работать с платой Arduino UNO.

Рис 1. Устройство светодиода и резистора в разрезе.
Светодиоды — это полупроводниковые элементы, которые служат для индикации и освещения. Они имеют полярность (+ и —) и чувствуют направление движения постоянного тока. Если подключить светодиод неправильно, то постоянный ток не пройдет и прибор не засветится. Кроме того, светодиод может выйти из строя при неправильном подключении. Анод (длинная ножка светодиода) подключается к плюсу.

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
макетная плата;
2 светодиода и 2 резистора 220 Ом;
провода «папа-папа».

Быстрая сборка схем на макетной плате:

Для надёжной сборки устройств создаются печатные платы, на что уходит много времени. Для быстрой сборки электрических схем без пайки используют макетную плату (breadboard). Под слоем пластика на макетной плате находятся медные пластины-рельсы (дорожки), выложенные по простому принципу (смотри фото). Дорожки служат для создания контакта между

радиоэлементами и проводами.

Одну и ту же схему можно собрать разными способами.
Соберите схему подключения светодиода к Arduino, как на фото ниже

Длинная ножка светодиода — анод, она всегда подключается к плюсу.

Для чего светодиод включают к Ардуино с резистором? Дело в том, что в светодиоде стоит кристалл, который боится больших токов. Резистор призван ограничивать силу тока (Амперы), чтобы светодиод не перегорел. Большой ток губителен для светодиода, меньший ток (благодаря подключению резистора) обеспечивает длительную работу. Чтобы подключить светодиод к Arduino без резистора, используйте 13 порт.

Подключите плату Arduino к компьютеру при помощи USB провода

Кабель с разъемами USB-A и USB-B для подключения принтера.

Если у вас не установлена программа Arduino IDE, то скачайте последнюю версию на официальном сайте www.arduino.cc. С помощью USB кабеля производится запись программ, также плата получает питание от компьютера. Если требуется автономная работа электронного устройства, то плату можно запитать от батарейки или блока питания на 7-12 В. При подаче питания на плате загорится светодиод индикации.
Откройте программу Arduino IDE и проверьте подключение платы.

Убедитесь, что программа определила ваш тип платы Ардуино.

Шаг 1. Зайдите в основном меню «Инструменты -> Плата». Если плата Arduino определилась неправильно, то выберите необходимый тип, например, Arduino Uno.

Шаг 2. Установите порт (кроме COM1) подключения в меню «Инструменты -> Порт», так как при подключении Ардуино к ПК создается виртуальный COM-порт.