LEDs schalten mit PORT/DDR – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Die LEDs sollen als Lauflicht und in verschiedenen Kombination leuchten:

Lauflicht hin und zurück
alle LEDs
die LEDs 7 5 3
die beiden inneren LEDs
die beiden äußeren LEDs
alle außer den äußeren LEDs
nur die mittlere

So sieht es aus:

Die digitalen und die analogen Pins des Arduinos sind in drei Gruppen aufgeteilt:

Funktionen wie digitalWrite() und digitalRead() sind relativ langsam in der Ausführung und manchmal werden Programme mit vielen Ein- oder Ausgängen komplex und schwer überschaubar.Deshalb ist es oft übersichtlicher die Pins mithilfe der Ports zu definieren und zu schalten.

Es existieren drei sogenannte Register:

Register	Funktion
DDR(D,B,C)	Pins als INPUT = 0 oder als OUTPUT = 1 definieren
PORT(D,B,C)	Pins als HIGH = 1 oder als LOW = 0 festlegen
PIN(D,B,C)	gibt den Zustand der Pins an, die im DDR-Register auf Input gesetzt wurden

Das Register wird jeweils mit dem Namen des Ports (D, B oder C) ergänzt.
Beim Zugriff auf die Ports wird jeweils ein Bit gesetzt. Sein Wert ist entweder 1 = an, oder 0 = aus

Beispiele:

Digitale Pins 7, 6, 5, 4 und 3 als OUTPUT setzen

DDRD = B11111000;

Digitale Pins 7, 6, 5, 4 und 3 auf HIGH setzen:

PORTD = B11111000;

Taster an Pin 11 als INPUT setzen

DDRB = B00001000;

Pin 11 auf HIGH setzen

PORTB = B00001000;

Einzelne Bits werden mit den Operatoren << eine Position nach links und >> eine Position nach rechts verschoben.

Nach rechts schieben:

PORTD = PORTD >> 1;

PORTD = PORTD >> 1;

PORTD = PORTD >> 1;

PORTD = PORTD >> 1;

PORTD = PORTD >> 1;

Nach links schieben:

PORTD = PORTD << 1;

⇒Bitmanipulation

Der Parameter ~ kehrt den Wert eines Bits um:

// LEDs an den Pins 7 5 3 leuchten
PORTD = B10101000;

// Werte umkehren, aus 0 wird 1 und aus 1 wird 0
PORTD = ~PORTD;
// PORTD hat jetzt den Wert B01010111
// -> Die LEDs an den Pins 6 4 leuchten (Pins 2 bis 0 sind nicht belegt)

Benötigte Bauteile:

5 LEDs
3 Widerstände 220 Ω (gelbe, rote und grüne LED)
2 Widerstände 100 Ω (blaue und weiße LED)
Leitungsdrähte

Beachte die ⇒Vorwiderstände verschiedener LEDs

Baue die Schaltung auf:
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)

Das Programm:

int Leuchtdauer = 200;

void setup() 
{
  // Pins 7 bis 3 als OUTPUT definieren
  DDRD = B11111000;
}

void loop()
{
  // Lauflicht hin Start mit LED Pin 7
  PORTD = B10000000;
  delay(Leuchtdauer);
  for (int i = 0; i < 4; i++)
  {
    /*
      1 Bit nach rechts schieben
      B01000000 -> Pin 6
      B00100000 -> Pin 5
      B00010000 -> Pin 4
      B00001000 -> Pin 3
    */
    PORTD = PORTD >> 1;
    delay(Leuchtdauer);
  }

  // Lauflicht zurück Start mit LED Pin 3
  PORTD = B00001000;
  delay(Leuchtdauer);
  for (int i = 0; i < 4; i++)
  {
    /*
      1 Bit nach links schieben
      B00010000 -> Pin 4
      B00100000 -> Pin 5
      B01000000 -> Pin 6
      B10000000 -> Pin 7
    */
    PORTD = PORTD << 1;
    delay(Leuchtdauer);
  }
  delay(Leuchtdauer);
  
  // alle LEDs
  PORTD = B11111000;
  delay(1000);

  // alle aus
  PORTD = B00000000;
  delay(1000);

  // LEDs an den Pins 7 5 3 leuchten
  PORTD = B10101000;
  delay(1000);

  // umkehren
  PORTD = ~PORTD;
  delay(1000);

  // die beiden äußeren
  PORTD = B10001000;
  delay(1000);

  // die inneren
  PORTD = ~PORTD;;
  delay(1000);
  
  // nur die mittlere
  PORTD = B00100000;
  delay(1000);

  // alle aus
  PORTD = B00000000;
  delay(1000);
}

int Leuchtdauer = 200;

void setup()

{

// Pins 7 bis 3 als OUTPUT definieren

DDRD = B11111000;

}

void loop()

{

// Lauflicht hin Start mit LED Pin 7

PORTD = B10000000;

delay(Leuchtdauer);

for (int i = 0; i < 4; i++)

{

1 Bit nach rechts schieben

B01000000 -> Pin 6

B00100000 -> Pin 5

B00010000 -> Pin 4

B00001000 -> Pin 3

PORTD = PORTD >> 1;

delay(Leuchtdauer);

}

// Lauflicht zurück Start mit LED Pin 3

PORTD = B00001000;

delay(Leuchtdauer);

for (int i = 0; i < 4; i++)

{

1 Bit nach links schieben

B00010000 -> Pin 4

B00100000 -> Pin 5

B01000000 -> Pin 6

B10000000 -> Pin 7

PORTD = PORTD << 1;

delay(Leuchtdauer);

}

delay(Leuchtdauer);

// alle LEDs

PORTD = B11111000;

delay(1000);

// alle aus

PORTD = B00000000;

delay(1000);

// LEDs an den Pins 7 5 3 leuchten

PORTD = B10101000;

delay(1000);

// umkehren

PORTD = ~PORTD;

delay(1000);

// die beiden äußeren

PORTD = B10001000;

delay(1000);

// die inneren

PORTD = ~PORTD;;

delay(1000);

// nur die mittlere

PORTD = B00100000;

delay(1000);

// alle aus

PORTD = B00000000;

delay(1000);

}

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