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1.1.1 LED Lampeggiante

Introduzione

In questa lezione impareremo a creare un LED lampeggiante tramite programmazione. Con le tue impostazioni, il LED può produrre una serie di effetti interessanti. Ora, mettiti all’opera.

Componenti

Nota

Per procedere senza problemi, assicurati di avere un Raspberry Pi, una scheda TF e un alimentatore per Raspberry Pi.

Principio

Breadboard

Una breadboard è una base di costruzione per prototipi elettronici, usata per costruire e testare circuiti rapidamente prima di completare il design finale. Ha numerosi fori in cui si possono inserire componenti come IC, resistenze e cavi di collegamento. La breadboard permette di collegare e rimuovere facilmente i componenti.

L’immagine mostra la struttura interna di una breadboard completa. Sebbene i fori sulla breadboard sembrino indipendenti, sono in realtà collegati tra loro tramite strisce metalliche interne.

LED

Un LED è un tipo di diodo che si accende solo se il piedino lungo è collegato all’elettrodo positivo e il piedino corto all’elettrodo negativo.

L’LED non può essere collegato direttamente alla fonte di alimentazione, poiché potrebbe danneggiarsi. Nel circuito dell’LED, è necessario collegare in serie una resistenza da almeno 160Ω (per un funzionamento a 5V).

Resistenza

Una resistenza è un componente elettronico che limita la corrente in un circuito. La resistenza fissa è un tipo di resistenza che non può essere modificata, mentre la resistenza di un potenziometro può essere regolata.

In questo kit viene utilizzata una resistenza fissa. Nel circuito è essenziale per proteggere i componenti collegati. Le immagini seguenti mostrano un oggetto reale, una resistenza da 220Ω, e due simboli di circuito comunemente usati. L’unità di resistenza è l’Ω, con unità maggiori come KΩ e MΩ. La loro relazione è: 1 MΩ=1000 KΩ, 1 KΩ = 1000 Ω. Normalmente, il valore di resistenza è indicato sulla resistenza stessa. Quindi, se vedi questi simboli in un circuito, significa che è presente una resistenza.

Per utilizzare una resistenza, è necessario conoscere il suo valore. Ci sono due metodi: osservare le bande colorate sulla resistenza o usare un multimetro per misurare la resistenza. Si consiglia di usare il primo metodo poiché è più pratico e veloce. Per una misurazione precisa, utilizza un multimetro.

Come mostrato nella tabella, ogni colore rappresenta un numero.

Schema del Circuito

In questo esperimento, collega una resistenza da 220Ω all’anodo (il piedino lungo dell’LED), poi collega la resistenza a 3.3 V e il catodo (il piedino corto) dell’LED al GPIO17 del Raspberry Pi. Quindi, per accendere l’LED, dobbiamo impostare GPIO17 a livello basso (0V). Questo effetto può essere ottenuto tramite programmazione.

Nota

Pin11 si riferisce all’11° pin del Raspberry Pi da sinistra a destra; i numeri corrispondenti wiringPi e BCM sono mostrati nella tabella seguente.

Nei contenuti relativi al linguaggio C, GPIO0 equivale a 0 in wiringPi. Nei contenuti relativi al linguaggio Python, BCM 17 è 17 nella colonna BCM della tabella.

Al contempo, corrisponde all’11° pin sul Raspberry Pi, Pin 11.

T-Board Name	physical	wiringPi	BCM
GPIO17	Pin 11	0	17

Procedure Sperimentali

Passo 1: Costruisci il circuito.

Passo 2: Vai alla cartella del codice.

Se utilizzi uno schermo, ti consigliamo di seguire i seguenti passaggi.

Vai su ~/ e trova la cartella davinci-kit-for-raspberry-pi.

Trova C nella cartella, fai clic destro su di essa e seleziona Apri in Terminale.

Si aprirà una finestra come mostrato di seguito. Ora sei entrato nel percorso del codice 1.1.1_BlinkingLed.c.

Nelle lezioni successive utilizzeremo il comando per entrare nel file di codice invece di fare clic con il tasto destro. Ma puoi scegliere il metodo che preferisci.

Se accedi al Raspberry Pi da remoto, usa cd per cambiare directory:

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/1.1.1/

Nota

Cambia directory nel percorso del codice di questo esperimento usando cd.

In entrambi i casi, ora ti trovi nella cartella C. Le procedure successive basate su questi due metodi sono identiche. Andiamo avanti.

Passo 3: Compila il codice

gcc 1.1.1_BlinkingLed.c -o BlinkingLed -lwiringPi

Nota

gcc è il GNU Compiler Collection. Qui viene utilizzato per compilare il file di codice in C 1_BlinkingLed.c e generare un file eseguibile.

Nel comando, -o indica l’output (il carattere immediatamente successivo a -o è il nome del file generato dopo la compilazione e qui si genererà un eseguibile chiamato BlinkingLed) e -lwiringPi serve a caricare la libreria wiringPi (l è l’abbreviazione di library).

Passo 4: Esegui il file eseguibile creato nel passaggio precedente.

sudo ./BlinkingLed

Nota

Per controllare il GPIO, è necessario eseguire il programma con il comando sudo (superuser do). Il comando ./ indica la directory corrente. L’intero comando serve per eseguire BlinkingLed nella directory corrente.

Dopo aver eseguito il codice, vedrai il LED lampeggiare.

Nota

Se non funziona dopo l’esecuzione o appare un messaggio di errore: "wiringPi.h: No such file or directory», fai riferimento a Il codice C non funziona?.

Se vuoi modificare il file di codice 1.1.1_BlinkingLed.c, premi Ctrl + C per interrompere l’esecuzione del codice. Poi digita il seguente comando per aprirlo:

nano 1.1.1_BlinkingLed.c

Nota

nano è uno strumento di editor di testo. Il comando serve ad aprire il file di codice 1.1.1_BlinkingLed.c con questo strumento.

Premi Ctrl+X per uscire. Se hai modificato il codice, apparirà un messaggio che ti chiederà se salvare le modifiche o meno. Digita Y (salva) o N (non salvare). Poi premi Invio per uscire. Ripeti Passo 3 e Passo 4 per vedere l’effetto dopo le modifiche.

Codice

Il codice del programma è mostrato di seguito:

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#define LedPin      0
int main(void)
{
   // Se l'inizializzazione di wiring fallisce, stampa il messaggio a schermo
   if(wiringPiSetup() == -1){
      printf("setup wiringPi failed !");
      return 1;
   }
   pinMode(LedPin, OUTPUT);// Imposta LedPin come output per scriverci sopra.
   while(1){
      // LED acceso
      digitalWrite(LedPin, LOW);
      printf("...LED on\n");
      delay(500);
      // LED spento
      digitalWrite(LedPin, HIGH);
      printf("LED off...\n");
      delay(500);
   }
   return 0;
}

Spiegazione del Codice

include <wiringPi.h>

La libreria di driver hardware è progettata per il linguaggio C per Raspberry Pi. Aggiungere questa libreria facilita l’inizializzazione dell’hardware e la gestione delle porte I/O, PWM, ecc.

#include <stdio.h>

Libreria di I/O standard. La funzione printf utilizzata per la visualizzazione dei dati sullo schermo è fornita da questa libreria. Ci sono molte altre funzioni per varie operazioni che puoi esplorare.

#define LedPin 0

Il pin GPIO17 della T_Extension Board corrisponde al GPIO0 in wiringPi. Assegna GPIO0 a LedPin; LedPin rappresenterà GPIO0 nel codice successivo.

if(wiringPiSetup() == -1){
    printf("setup wiringPi failed !");
    return 1;

Questa funzione inizializza wiringPi e presuppone che il programma in esecuzione utilizzi lo schema di numerazione dei pin di wiringPi.

Questa funzione deve essere chiamata con privilegi di root. Se l’inizializzazione di wiring fallisce, stampa un messaggio sullo schermo. La funzione “return” viene utilizzata per uscire dalla funzione corrente. L’uso di return nella funzione main() termina il programma.

pinMode(LedPin, OUTPUT);

Imposta LedPin come uscita per scrivere un valore.

digitalWrite(LedPin, LOW);

Imposta GPIO0 a 0V (livello basso). Poiché il catodo del LED è collegato a GPIO0, il LED si accenderà se GPIO0 è impostato su basso. Al contrario, impostando GPIO0 su livello alto, digitalWrite (LedPin, HIGH), il LED si spegnerà.

printf("...LED off\n");

La funzione printf è una funzione standard della libreria, e il suo prototipo si trova nell’intestazione «stdio.h». La forma generale della chiamata è: printf(» stringa di controllo del formato «, colonne della tabella di output). La stringa di controllo del formato serve a specificare il formato di output, divisa in stringhe formattate e non formattate. La stringa formattata inizia con “%” seguita da caratteri di formato, come “%d” per l’output intero decimale. Le stringhe non formattate vengono stampate così come sono. Qui viene usata una stringa non formattata, seguita da «n», un carattere di newline, che rappresenta l’andata a capo automatica dopo la stampa della stringa.

delay(500);

delay(500) mantiene lo stato attuale HIGH o LOW per 500ms.

Questa è una funzione che sospende il programma per un certo periodo di tempo. La velocità del programma è determinata dal nostro hardware. Qui accendiamo o spegniamo il LED. Senza la funzione di ritardo, il programma eseguirebbe il ciclo rapidamente e in modo continuo. Quindi abbiamo bisogno della funzione delay per aiutarci nella scrittura e nel debug del programma.

return 0;

Di solito viene posizionato alla fine della funzione main, indicando che la funzione restituisce 0 se eseguita con successo.