如何搭建电路

你每天使用的许多东西都靠电力驱动，比如你家里的灯和你正在看书的电脑。

要使用电，你必须建立一个电路。基本上，电路是电流流动的路径，或者说电子电路，由以一定方式连接的电子设备和元件（用电器）组成，如电阻、电容、电源和开关。

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电路是一个闭合路径，电子在其中运动产生电流。要让电流流动，必须在电源的正极和负极之间有一条导电路径，这称为闭合电路（如果断开，则称为开路）。

Arduino 开发板有一些电源输出引脚（正极）和一些接地引脚（负极）。 你可以使用这些引脚作为电源的正极和负极，将电源接入开发板。

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有了电，你可以创造出具有光、声和运动效果的作品。 你可以将长引脚连接到正极端子，短引脚连接到负极端子，从而点亮 LED。 然而，直接这样做不仅会损坏 LED，还可能损坏 UNO R4 开发板的引脚。为了避免这种情况，有必要在电路中加入一个 1kΩ 的电阻，以保护 LED 和 UNO R4 的引脚。

它们形成的电路如下所示。

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这时你可能会问：如何搭建这个电路？用手拿着导线，或者用胶带固定引脚和导线？

在这种情况下，免焊面包板将是你最得力的助手。

你好，面包板！

面包板是一块带有许多小孔的矩形塑料板。 这些孔使我们能够轻松插入电子元件并搭建电子电路。 面包板不会永久固定电子元件，因此如果出现问题，我们可以轻松修复电路并重新开始。

备注

使用面包板不需要特殊工具。但是，许多电子元件非常小，一把镊子可以帮助我们更好地拾取小零件。

在互联网上，我们可以找到很多关于面包板的信息。

以下是关于面包板你应该了解的一些事项。

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  1. 每个半行组（例如第 1 行 A-E 列或第 3 行 F-J 列）是连通的。因此，如果电信号从 A1 流入，它可以从 B1、C1、D1、E1 流出，但不能从 F1 或 A2 流出。

  2. 在大多数情况下，面包板的两侧都用作电源母线，每列中的孔（约 50 个孔）是连接在一起的。一般来说，正电源连接到靠近红色导线一侧的孔，负电源连接到靠近蓝色导线一侧的孔。

让我们跟随电流的方向来搭建电路！

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  1. 在这个电路中，我们使用开发板的 5V 引脚为 LED 供电。使用公对公跳线将其连接到红色电源母线。

  2. 为了保护 LED 和 UNO R4 的引脚，电流必须通过一个 1k 欧姆的电阻。将电阻的一端（任意一端）连接到红色电源母线，另一端连接到面包板的空闲行。

    备注

    1000 欧姆 电阻 的色环为红、黑、黑、棕、棕。

  3. 如果你拿起 LED，会看到其中一根引脚比另一根长。将较长的引脚连接到与电阻相同的行，较短的引脚连接到另一行。

    备注

    较长的引脚是阳极，代表电路的正极；较短的引脚是阴极，代表电路的负极。

    阳极需要通过电阻连接到 GPIO 引脚；阴极需要连接到 GND 引脚。

  4. 使用公对公跳线，将 LED 的短引脚连接到面包板的负电源母线。

  5. 使用跳线将开发板的 GND 引脚连接到负电源母线。

注意短路

当两个不应该连接的元件被”意外”连接时，就会发生短路。 本套件包含电阻、晶体管、电容、LED 等元件，它们有长的金属引脚，可能会相互碰触导致短路。发生短路时，有些电路会直接无法正常工作。有时，短路会永久损坏元件，特别是在电源和接地母线之间，会导致电路变得非常热，熔化面包板上的塑料，甚至烧毁元件！

因此，务必确保面包板上所有电子元件的引脚不要相互接触。

电路的方向

电路是有方向的，方向在某些电子元件中起着重要作用。有些元件具有极性，这意味着它们必须根据正负极正确连接。方向错误的电路将无法正常工作。

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如果你在我们之前搭建的简单电路中反向连接 LED，你会发现它不再发光。

相比之下，有些元件没有方向性，比如这个电路中的电阻，你可以尝试反向连接它们，而不会影响 LED 的正常工作。

大多数标有”+”、”-”、”GND”、”VCC”或引脚长度不同的元件和模块必须以特定方式连接到电路。

电路的保护

电流是电子在完整电路中通过某一点的速率。最基本地说，电流 = 流动。安培是用于测量电流的国际单位。它表示在给定时间内通过电路某一点的电子（有时称为”电荷”）数量。

驱动电流流动的驱动力（电压）称为电压，以伏特（V）为单位。

电阻（R）是材料限制电流流动的特性，以欧姆（Ω）为单位。

根据欧姆定律（只要温度保持不变），电流、电压和电阻是成比例的。 电路的电流与其电压成正比，与其电阻成反比。

因此，电流（I）= 电压（V）/ 电阻（R）。

关于欧姆定律，我们可以做一个简单的实验。

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通过将连接 5V 的导线改为 3.3V，LED 会变暗。 如果将电阻从 1000 欧姆改为 2000 欧姆（色环：红、黑、黑、棕、棕），你会注意到 LED 比以前更暗。电阻越大，LED 越暗。

大多数封装模块只需要接入合适的电压（通常为 3.3V 或 5V），例如超声波模块。

然而，在你自行搭建的电路中，你需要注意电气设备的供电电压和电阻的使用。

举例来说，LED 通常消耗 20mA 电流，其压降约为 1.8V。根据欧姆定律，如果我们使用 5V 电源，为了不烧坏 LED，需要串联一个至少 160 欧姆（(5-1.8)/20mA）的电阻。

用 Arduino 控制电路

现在我们已经对 Arduino 编程和电子电路有了基本的了解，是时候面对最关键的问题了：如何用 Arduino 控制电路？

简单来说，Arduino 控制电路的方式是改变开发板上引脚的电平。例如，控制板载 LED 时，就是向引脚 13 写入高电平或低电平信号。

现在让我们尝试编写代码，让 Arduino 开发板控制面包板上的 LED 闪烁。搭建电路，使 LED 连接到引脚 9。

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接下来，将此项目上传到 Arduino 开发板。

int ledPin = 9;
int delayTime = 500;

void setup() {
    pinMode(ledPin,OUTPUT);
}

void loop() {
    digitalWrite(ledPin,HIGH);
    delay(delayTime);
    digitalWrite(ledPin,LOW);
    delay(delayTime);
}

这个项目与我们用来控制板载 LED 闪烁的项目非常相似，不同之处在于 ledPin 的值已更改为 9。 这是因为我们这次要控制引脚 9 的电平。

现在你可以看到面包板上的 LED 在闪烁了。