Programmieren mit MicroPython #2: steuern von Leuchtdioden (LED)

Im ersten Beitrag Programmieren mit MicroPython #1: Microcontroller und Entwicklungsumgebung habe ich dir gezeigt wie du den ESP32 einrichtest und ein erstes Programm für diesen Microcontroller mit uPyCraft programmierst.

In diesem Beitrag möchte ich dir zeigen wie du eine Leuchtdiode mit MicroPython ansteuerst.

Pinout des ESP32

Der ESP32 – LOLIN32 (mit dem Chip DOWDQ6) hat folgendes Pinout:

Pinout des Microcontrollers ESP32 - LOLIN32
Pinout des Microcontrollers ESP32 – LOLIN32

Wenn du mehr über diesen Microcontroller erfahren möchtest, so empfehle ich dir den Beitrag Microcontroller ESP32 – LOLIN32.

Aufbau der Schaltung

Für die nachfolgende Programme benötigst du eine kleine Schaltung mit

  • einem 220 Ohm Widerstand,
  • einer LED, 5mm, zbsp. rot
  • zwei Breadboardkabel, 20cm, Stecker – Stecker

Die Anode (langes Beinchen, Plus Pol) der LED wird über den 220 Ohm Widerstand an den digitalen Pin 5 angeschlossen und die Kathode (kurzes Beinchen, Minus Pol) wird an den Pin „G“ des Boards angeschlossen.

Aufbau der Schaltung "ESP32 mit Leuchtdiode"

Aufbau der Schaltung „ESP32 mit Leuchtdiode“

Programmieren

blinkende LED

Zum ansteuern der GPIO Pins benötigen wir eine Bibliothek diese nennt sich „machine“ jedoch benötigen wir nur den „Teil“ Pin daher importieren wir uns von der Bibliothek das Modul „Pin“.

from machine import Pin

Da wir unsere LED zunächst blinken lassen möchten, müssen wir eine kleine Pause im Programm einlegen können, hier hilft die zusätzliche Bibliothek „time“ weiter.

import time as time

Unsere LED ist am GPIO05 angeschlossen, da wir auf diesem Pin eine Ausgabe erfolgen lassen wollen müssen wir unser Pin Objekt zusätzlich mitgeben das dieses ein Ausgang sein soll.

p0 = Pin(5, Pin.OUT)

Ich fange hier schon einmal mit dem Index 0 an der Variable an da ich später dieses Programm um weitere LEDs erweitern möchte.

Nun benötigen wir eine Endlosschleife, denn würden wir einfach nur

die LED anschalten > eine Pause einlegen > LED ausschalten

würde dieser Ablauf genau einmal erfolgen, wir möchten jedoch die LED dauerhaft blinken lassen. 

while(1):

Die nächsten Zeilen müssen, damit diese zur Endlosschleife gehören eingerückt sein.

p0.on() //LED einschalten
print("AN") //Ausgabe der Zeichenkette "AN"
time.sleep(0.5) //eine Pause von 0,5 Sekunden
p0.off() //LED ausschalten
print("AUS") //Ausgabe der Zeichenkette "AUS"
time.sleep(0.5) //eine Pause von 0,5 Sekunden

Hier nun der gesamte Quellcode

from machine import Pin
import time as time

p0 = Pin(5, Pin.OUT) 
while(1):  
  p0.on() 
  print("AN")
  time.sleep(0.5)
  p0.off() 
  print("AUS")
  time.sleep(0.5)

Video

Blinkende LED am ESP32

Wechselblinken einer LED

Das Wechselblinken zweier LEDs ist ähnlich wie das blinken bei nur einer LED, der Unterschied ist das jeweils immer nur eine der beiden LED aktiv ist und die andere aus ist.

from machine import Pin
import time as time

p0 = Pin(5, Pin.OUT) 
p1 = Pin(4, Pin.OUT) 
while(1):  
  p0.on() 
  p1.off() 
  time.sleep(0.5)
  p0.off() 
  p1.on() 
  time.sleep(0.5)

Video

LED mit Fade Effekt

Der ESP32 kann auf allen Pins welche als Ausgang definiert werden können, ein PWM Signal erzeugen. Jedoch kann dieses nur für alle Pins die selbe Frequenz zwischen 1Hz und 40 MHz haben.

Wenn man ein PWM Signal erzeugt (dazu gleich mehr) sieht man das dieses ein Rechteck Signal ist.

PWM Signal am Oszilloskop
PWM Signal am Oszilloskop

Dieses Rechteck Signal hat zwei Flanken einmal am Maximum und einmal am Minimum. Am Maximum ist auch die Spannung am Maximum und am Minimum ist die Spannung gleich 0. Die Zeit zwischen zwei Signalen ist die Periode bzw. die Frequenz. 

Wenn man nun zbsp. eine LED abdunkeln möchte dann legt man ein PWM Signal an welches in einer bestimmten Zeit (Periode) zwischen Maximum und Minimum wechselt. Dadurch befindet sich die LED innerhalb der Zeit in zwei Zustände (AN oder AUS). Da das Menschliche Auge sehr träge ist, sehen wir die LED dunkler wenn die Frequenz niedriger wird und die LED heller wenn die Frequenz höher wird.

In nachfolgendem Programm erzeuge ich ein PWM Signal auf den Ausgang 5 mit einer Frequenz von 512 Hz. In der Endlosschleife wird nun um Startwert von 5 immer 10 addiert und wenn die Grenze von 250 erreicht ist wieder bei 5 begonnen. Diesen Wert setzen wir dann als „duty“ Wert für das PWM Signal und legen eine kurze Pause von 5 ms. ein.

from machine import Pin, PWM
import time as time


led = PWM(Pin(5), freq=512) 

duty = 5

while(1):
  duty = duty + 10
  led.duty(duty) 
  time.sleep(0.05)
  if duty > 250:
    duty = 5

Video

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