… oder die Antwort auf die Frage: Wie bringe ich eine LED zum Leuchten?

Eine Möglichkeit besteht darin, eine 4,5 V Batterie zu nehmen und die LED mit einem Vorwiderstand daran anzuschließen. Der Vorwiderstand ist zur Strombegrenzung nötig, damit die LED nicht durchbrennt. Willst du mehr Komfort, baust du noch einen Schalter dazwischen. Willst du einen Effekt (z. B. blinkende LED), schaltest du den Schalter an und aus. Und wieder an und aus. Und so weiter. In diesem Fall bist du mit deiner Batterie und dem Schalter der große Controller, der bestimmt, wo es lang geht. Der eine Spannung an die Kombination LED/Widerstand ausgibt – oder eben nicht. Licht an kannst du als Zustand 1 definieren, Licht aus als Zustand 0. Das ist das Prinzip der Digitaltechnik.

Mit dieser Tätigkeit als großer Controller wird in dir bald der Wunsch nach einer Veränderung aufkeimen. Einerseits kriegst du nichts anderes mehr gebacken, andererseits führt das endlose Schalten zu Krämpfen in der Hand und auf Dauer zur völligen geistigen Verblödung. Wegen der Krämpfe wird der Zeitabstand zwischen Licht an und Licht aus unregelmäßig – in der Folge schickt dir dein Publikum noch eine Klage ins Haus wegen Produktmangels.

Also deligierst du den Job an eine Blech-Emma, oder politisch korrekt: an einen Blech-Emmerich wie den Arduino. Egal. Der Arduino ist zwar nur ein Mikrocontroller, aber der macht das schon.

Und wie?

Du musst ihm sagen, wann er wo und wie lange eine 1 (also eine Spannung) oder eine 0 (also keine Spannung) ausgibt. Das „Wo” ist die Tür (der Port), ausgeben bedeutet: ein Ausgang muss her. LED und Vorwiderstand schließt du zwischen dem Ausgang und der Masse an, damit der Stromkreis geschlossen ist und ein Strom fließen kann, wenn zwischen Ausgang und Masse eine Spannung anliegt. Dann ist der Ausgang HIGH, also 1. Wenn du dann noch den richtigen Widerstand erwischt hast und die LED richtig angeschlossen ist, leuchtet die LED, wie in dem Sketch festgelegt.

Der Schaltplan zeigt einen Mikrocontroller, der aus dem Port D0 eine LED über einen Vorwiderstand ansteuert. Der dazu passende Sketch heißt LED_blinken_1.ino.

🖳AU.5a Schaltplan zum Sketch LED_blinken_1.ino.

Bauteile:

• MC: Arduino Uno
• LED1: LED 5 mm
• R1: 220 Ω

Die verwendete LED ist für 20 mA ausgelegt. Diese Angabe kannst du dem Datenblatt des Bauelements entnehmen. Jedes elektronische Bauelement hat technische Spezifikationen, die entweder auf dem Bauelement aufgedruckt sind oder in Form eines Datenblatts verfügbar sind.

Bei einer Spannung von 5 V am Ausgang D0 folgt aus §ER1.1 ein Wert für R1 = 250 Ω. Da die Spannung des Arduino in der Regel unter 5 V liegt, reicht ein kleinerer Widerstand, der als Standardwert mit 220 Ω verfügbar ist. Standardwert bedeutet: dieses Bauelement kannst du mit diesem Wert kaufen. Sollte der Strom (wegen des kleineren Widerstands) geringfügig höher sein, wird die LED keinen Schaden nehmen. Der Widerstandswert ist also nicht kritisch. (Bei kritischen Anwendungen musst du den Widerstand aus einzelnen Bauelementen kombinieren.)

Jetzt geht es an deinen ersten Aufbau einer elektronischen Schaltung.

Du benötigst folgende Teile:

Wenn du dich noch nie mit elektronischen Bauteilen befasst hast, brauchst du noch Antworten auf einige Fragen:

• Wie kann ich den Wert eines Widerstands ermitteln?
• Wie schließe ich die LED an?

Der ↷ Widerstand ist an dem aufgedruckten Wert oder an dem Farbcode zu erkennen. Die meisten Widerstände tragen 3 oder 4 farbige Ringe, die Reihenfolge dieser Ringe von links nach rechts gibt den Wert in Ohm [Ω] an. Rechts ist die Seite mit dem zusätzlichen silbernen oder goldenen Ring. Silber bedeutet 10% und gold 5% Genauigkeit.

↯3.220 Mit 3 Farbringen entspricht dieser Widerstand einem Wert von 220 Ω.

Hast du die Farbcodes nicht im Kopf (oder keinen Zugriff auf die Informationen), kannst du mit einem Messgerät wie in ↯22 den Widerstand ermitteln. Stell dein Messgerät auf den Bereich Ω, der gewählte Meßbereich muss über dem Widerstandswert liegen. Im Zweifel wähle den größten Bereich. Als Anschlüsse dienen auf dem Messgerät „VΩmA“ und „COM“. Halte die rote Strippe an die eine Seite und die schwarze Strippe an die andere Seite des Widerstands. Wo welche Strippe liegt ist (hier) egal. Das Messgerät sollte irgendwas anzeigen. Wähle einen kleineren Bereich, bis du den Wert so genau wie möglich lesen kannst.

↯22 Multimeter mit der Einstellung zur Widerstandsmessung.

Die LED hat entweder ein abgeknicktes Beinchen oder ein längeres und ein kürzeres Beinchen. Das abgeknickte sowie das längere Beinchen gibt jeweils den Pluspol an.

↯21 Rote LED.

LED_blinken_1.ino

• D0 arbeitet als Ausgang, der die LED in einer Endlosschleife an- und ausschaltet.

Alle Beispiele in dieser Dokumentation sind mit dem kompletten Code notiert. Der Link mit dem Sketchnamen über dem Code führt jeweils den Download aus.

Klicke den Link unten und speichere die Datei LED_blinken_1.ino in deinem Sketch-Verzeichnis.

LED_blinken_1.ino

int iLED1 = 0;                 // LED-Pin
 
void setup() {                 // Initialisierung
  pinMode(iLED1, OUTPUT);      // LED-Pin als Ausgang
}
 
void loop() {                          // Endlosschleife
    digitalWrite(iLED1, HIGH);         // LED einschalten
    delay(2000);                       // Zeitverzögerung 2000 ms
    digitalWrite(iLED1, LOW);          // LED ausschalten
    delay(3000);                       // Zeitverzögerung 3000 ms
}

Öffne mit der Arduino-IDE den Sketch LED_blinken_1.ino und führe den Download auf deinen Arduino aus.

Wenn du dich über die unterschiedliche Farbgebung von LED_blinken_1.ino und LED_blinken_1.ino wunderst: lies die Konventionen!

Die LED blinkt.