Управление яркостью LED с ШИМ через кнопку на Arduino Mega

Компоненты и материалы

Arduino Mega 2560	1
Breadboard (макетная плата)	1
Перемычки (jumper wires)	11
LED (светодиоды) — 3 разных цвета	3
Тактическая кнопка 12 мм	1
Резистор 330 Ом	4

Приложения и онлайн-сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Проект демонстрирует плавное изменение яркости светодиодов (PWM) на Arduino. Разбит на три этапа:

1. Базовое затухание (Fade Lights)
2. Затухание с кнопкой (Fade Lights with Push Button)
3. Улучшенная версия: прерывание затухания при отпускании кнопки (Fade Lights with button — improvement to delay)

1. Базовое затухание (Fade Lights)

В результате светодиоды плавно загораются и гаснут в порядке светофора: красный, желтый, зеленый, снова желтый.

Схема подключения

Светодиоды подключены к пинам 3, 6, 9 (поддерживающие ШИМ). Можно использовать другие ШИМ-пины, но нужно обновить код.

Код

Определяем пины:

int ledRed = 9;
int ledYellow = 6;
int ledGreen = 3;

В setup() настраиваем пины на выход:

void setup() {
  pinMode(ledRed, OUTPUT);
  pinMode(ledYellow, OUTPUT);
  pinMode(ledGreen, OUTPUT);
}

В loop() реализуем плавное изменение яркости для каждого цвета через циклы for с analogWrite() и задержкой. Для удобства изменения скорости выносим задержку в константу:

const int fade = 10; // задержка в мс

void loop() {
  // Красный
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  // Желтый
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  // Зеленый
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
  // Желтый (обратно)
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
}

Переменная i меняется от 0 до 255 (нарастание яркости) и обратно (затухание). Задержка fade задает плавность.

2. Затухание с кнопкой (Fade Lights with Push Button)

Теперь последовательность запускается только при нажатии кнопки.

Схема

Добавлена кнопка на пин 7. Светодиоды остаются на тех же пинах.

Код

Добавляем пин кнопки и настройку входа:

int button = 7;
const int fade = 10;

void setup() {
  pinMode(ledRed, OUTPUT);
  pinMode(ledYellow, OUTPUT);
  pinMode(ledGreen, OUTPUT);
  pinMode(button, INPUT);
  // Начальное состояние: зеленый включен
  digitalWrite(ledRed, LOW);
  digitalWrite(ledYellow, LOW);
  digitalWrite(ledGreen, HIGH);
}

В loop() проверяем нажатие кнопки с простым антидребезгом (delay 15 мс). Если нажата — вызываем функцию fadeLights(). Если не нажата — восстанавливаем начальное состояние (зеленый включен).

void loop() {
  if (digitalRead(button) == HIGH) {
    delay(15); // антидребезг
    if (digitalRead(button) == HIGH) {
      fadeLights();
    }
  } else {
    digitalWrite(ledRed, LOW);
    digitalWrite(ledYellow, LOW);
    digitalWrite(ledGreen, HIGH);
  }
}

void fadeLights() {
  // Затухание зеленого
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
  // Нарастание и затухание желтого
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  // Нарастание и затухание красного
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  // Желтый снова
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  // Нарастание зеленого
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
}

Если последовательность не совпадает, проверьте правильность подключения пинов и кода.

3. Улучшение: прерывание затухания при отпускании кнопки

В предыдущей версии, если отпустить кнопку во время анимации, она продолжалась до конца. Теперь анимация останавливается сразу после отпускания кнопки, и восстанавливается начальное состояние (зеленый включен).

Схема

Схема не меняется.

Код

Удаляем константу fade, так как задержку реализуем пустым циклом с проверкой кнопки. В fadeLights() каждый шаг яркости сопровождается внутренним циклом, который опрашивает кнопку. Если кнопка отпущена (LOW), выполняется return — выход из функции.

int ledRed = 9;
int ledYellow = 6;
int ledGreen = 3;
int button = 7;

void setup() {
  pinMode(ledRed, OUTPUT);
  pinMode(ledYellow, OUTPUT);
  pinMode(ledGreen, OUTPUT);
  pinMode(button, INPUT);
  digitalWrite(ledRed, LOW);
  digitalWrite(ledYellow, LOW);
  digitalWrite(ledGreen, HIGH);
}

void loop() {
  if (digitalRead(button) == HIGH) {
    delay(15);
    if (digitalRead(button) == HIGH) {
      fadeLights();
    }
  } else {
    digitalWrite(ledRed, LOW);
    digitalWrite(ledYellow, LOW);
    digitalWrite(ledGreen, HIGH);
  }
}

void fadeLights() {
  // Зеленый затухает
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    analogWrite(ledGreen, i);
    for (int y = 0; y < 1000; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Желтый нарастает
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    analogWrite(ledYellow, i);
    for (int y = 0; y < 400; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Желтый затухает
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    analogWrite(ledYellow, i);
    for (int y = 0; y < 400; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Красный нарастает
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    analogWrite(ledRed, i);
    for (int y = 0; y < 1000; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Красный затухает
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    analogWrite(ledRed, i);
    for (int y = 0; y < 1000; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Желтый нарастает
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    analogWrite(ledYellow, i);
    for (int y = 0; y < 400; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Желтый затухает
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    analogWrite(ledYellow, i);
    for (int y = 0; y < 400; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
  // Зеленый нарастает
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    analogWrite(ledGreen, i);
    for (int y = 0; y < 1000; y++) {
      if (digitalRead(button) == LOW) return;
    }
  }
}

Внутренние циклы (for y) создают задержку и одновременно проверяют кнопку. Количество итераций (1000, 400) подобрано экспериментально для нужной скорости. При отпускании кнопки функция немедленно завершается, и управление возвращается в loop(), где срабатывает ветка else (зеленый включен).

Исходные коды

1. Fade Lights (базовый)

int ledRed = 9; int ledYellow = 6; int ledGreen = 3; const int fade = 10;
void setup() { pinMode(ledRed, OUTPUT); pinMode(ledYellow, OUTPUT); pinMode(ledGreen, OUTPUT); }
void loop() {
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
}

2. Fade Lights with Push Button

int ledRed = 9; int ledYellow = 6; int ledGreen = 3; int button = 7; const int fade = 10;
void setup() {
  pinMode(ledRed, OUTPUT); pinMode(ledYellow, OUTPUT); pinMode(ledGreen, OUTPUT);
  pinMode(button, INPUT);
  digitalWrite(ledRed, LOW); digitalWrite(ledYellow, LOW); digitalWrite(ledGreen, HIGH);
}
void loop() {
  if (digitalRead(button) == HIGH) { delay(15); if (digitalRead(button) == HIGH) fadeLights(); }
  else { digitalWrite(ledRed, LOW); digitalWrite(ledYellow, LOW); digitalWrite(ledGreen, HIGH); }
}
void fadeLights() {
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledRed, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); delay(fade); }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledGreen, i); delay(fade); }
}

3. Fade Lights with Push Button (improvement to delay)

int ledRed = 9; int ledYellow = 6; int ledGreen = 3; int button = 7;
void setup() {
  pinMode(ledRed, OUTPUT); pinMode(ledYellow, OUTPUT); pinMode(ledGreen, OUTPUT);
  pinMode(button, INPUT);
  digitalWrite(ledRed, LOW); digitalWrite(ledYellow, LOW); digitalWrite(ledGreen, HIGH);
}
void loop() {
  if (digitalRead(button) == HIGH) { delay(15); if (digitalRead(button) == HIGH) fadeLights(); }
  else { digitalWrite(ledRed, LOW); digitalWrite(ledYellow, LOW); digitalWrite(ledGreen, HIGH); }
}
void fadeLights() {
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledGreen, i); for (int y = 0; y < 1000; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); for (int y = 0; y < 400; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); for (int y = 0; y < 400; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledRed, i); for (int y = 0; y < 1000; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledRed, i); for (int y = 0; y < 1000; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledYellow, i); for (int y = 0; y < 400; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) { analogWrite(ledYellow, i); for (int y = 0; y < 400; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
  for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(ledGreen, i); for (int y = 0; y < 1000; y++) if (digitalRead(button) == LOW) return; }
}

Схемы