Подключение светодиода к Arduino: резистор, полярность и схема для Uno

Почему резистор обязателен: короткая арифметика

Светодиод это диод с нелинейной вольт-амперной характеристикой: при 1,8–2,2 В (красный) он резко открывается и готов тянуть сколько дадут. Прямое подключение к 5 В означает ток, ограниченный только внутренним сопротивлением пина, то есть десятки миллиампер до деградации кристалла. Резистор ставит потолок: (5 В − 2 В падения) / 220 Ом ≈ 13,6 мА, комфортный рабочий ток и для пина Uno, и для самого диода.

Полярность: где анод, где катод

• Анод (+), длинная нога: идёт к резистору и дальше к пину
• Катод (−), короткая нога и плоская грань на корпусе: идёт на GND
• Перепутали: диод не сгорит, просто не загорится, ток в обратную сторону диоды не пускают
• Ноги обкусаны: прозвоните мультиметром в режиме диод-теста или просто переверните, ошибка схемы это не исправит, но и ничего не сломает

Тупик: светодиод не горит, и виноваты не все

Первый диод на нашем стенде не загорелся, хотя схема была собрана по картинке из учебника. Мы проверили полярность, переставили ноги, переписали скетч, переподключили плату. Не помогло, и это уводило в тупик: казалось, что умер пин.

Дело оказалось в мультиметре, которым мы меряли ток. В режиме измерения тока он включается последовательно с цепью, а мы втыкали щупы параллельно светодиоду и получили короткое замыкание по постоянке. Отсюда и странное поведение: диод был цел, а напряжение на нём проседало до нуля. С тех пор мы проверяем ток только последовательно с резистором, а напряжение на диоде меряем в режиме вольтметра параллельно ножкам.

Личный опыт: как выглядит убитый порт

Несколько раз нам приносили платы, у которых светодиод не горел ни при какой полярности и ни при каком резисторе. Проверка всегда давала одинаковый результат: вывод прозванивался на землю, как будто там стоял короткий, и встроенный светодиод L на пине 13 тоже не мигал. Вывод при этом давал низкий уровень, то есть прошивка была на месте, а порт физически не открывался.

Диагностика в таких случаях простая: щуп мультиметра в режиме диод-теста на вывод относительно GND. Если светодиод диода подсвечивается, порт цел и дело в схеме. Если нет, вывод закрыт, и сгорел он почти всегда от одной причины: диод без резистора прямо на 5 В. Реже виноват обратный вывод: светодиод в обратном направлении ток почти не проводит, но если напряжение на нём превысило несколько вольт, кристалл всё равно получал пробой. Такие платы мы не ремонтируем, а списываем в учебные: порт закрыт, и на нём уже не проверить ничего.

Авторская позиция: какой светодиод брать новичку

Берите 5-миллиметровые диоды с проволочными ножками и номиналом резистора 220 Ом. Крупные выводки в корпусе 5 мм удобнее паять и зажимать в макетке, а проволочные ноги гнутся и выдёргиваются при перестановке схемы. Всё остальное, включая SMD-варианты, оставьте на потом: паяльник в первый проект не нужен, а ломка ножек у SMD-диода портит его навсегда.

Про цвет тоже скажем прямо. Красный и жёлтый потребляют больше тока при том же резисторе и горят ярче, а синий и белый на 220 Ом выглядят тускло, потому что на них падает больше напряжения. Если хочется аккуратный индикатор, а не «лампочку», возьмите зелёный диод и резистор 220–330 Ом, а для крупных индикаторов вдали от платы оставляйте 150–180 Ом. Отдельный совет: купите сразу десяток диодов и столько же резисторов разных номиналов, потому что перепаивать перегоревший диод в учебной работе случается чаще, чем кажется.

Схема и скетч: мигаем

void setup() {
  pinMode(8, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  digitalWrite(8, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(8, LOW);
  delay(500);
}

Пин 13 с бортовым светодиодом L уже имеет резистор на плате, поэтому внешний диод туда можно вешать без внешнего резистора. Только бортовой: внешний светодиод на пине 13 без резистора это та же ошибка, что и на любом другом пине.

Яркость через ШИМ

На пинах с тильдой (3, 5, 6, 9, 10, 11 на Uno) светодиод умеет светиться с промежуточной яркостью: analogWrite(9, 128) даёт примерно половину. Так делаются плавные включения, эффект «дыхания» и диммеры. Подробный разбор в уроке про ШИМ и яркость. Цветные эффекты на трёх каналах это уже RGB-светодиод, а гирлянды на куче диодов это бегущие огни на шкале.

Частые вопросы