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乱数でイルミネーション

　ArduinoのAPIには、乱数を発生するrandomが
　あります。
　このAPIで、イルミネーションを実現。

　LEDは11個を、電流制限抵抗といっしょに
　ブレッドボードに差し込み。



　回路は、単純。



　電流制限抵抗の値は、VFを2Vとし、Arduinoの
　GPIOピンから5V出力するとして、次のように
　計算し、問題がないことを確認。

    i = (5V-2V)/470(Ω)
      = 3V / 470(Ω)
      = 3V / 500(Ω)
      = 3000mV / 500(Ω)
      = 6mA

　LEDに流れる電流は、7mAまではないので、破損は
　ないでしょう。

　許容電力250mWのカーボン抵抗で、耐えられるかを
　計算してみると、50mAくらいで1/5くらいでOK。

  W = V x i
    = 3V x 6mA
    = 48mA

　LEDを11個使うので、どのピンに接続するのかを
　マクロ定義。

#define LED00 3
#define LED01 4
#define LED02 5
#define LED03 6
#define LED04 7
#define LED05 8
#define LED06 9
#define LED07 10
#define LED08 11
#define LED09 12
#define LED10 14

　Arduino基板には、D13にLEDが接続されている
　ので、そのピンをスキップ。

　回路図から、LEDを接続するピンを初期化する
　関数を定義して、関数setup()内で使えるよう
　にしておきます。

#define OFF 0
#define ON  OFF+1

void init_led_pins()
{
  byte ii ;

  for ( ii = 0 ; ii < 10 ; ii++ ) {
    digitalWrite( LED00 + ii , OFF );
    pinMode( LED00 + ii , OUTPUT );
  }
  digitalWrite( LED10 , OFF );
  pinMode( LED10 , OUTPUT );
}

　ピン番号が連番であれば、for文を利用して
　全部のピンの論理値と入出力を指定できます
　が、LED10だけ番号が飛んでいるので、for文
　の外でコンフィグレーション。

　乱数を生成して、１個のLEDだけ点灯する
　ステートマシンを定義。

#define LCNTMAX 3000

byte lstate ;
byte rd ;
unsigned long lcnt ;

void led_handling()
{
  switch ( lstate ) {
    /* generate random number */
    case 0 :
             rd = random(11);
             lstate = 1 ;
             break ;
    /* turn on target LED and duration */
    case 1 :
             led_on( rd );
             lcnt = millis() + LCNTMAX ;
             lstate = 2 ;
             break ;
    /* delay */
    case 2 :
             lstate = 2 ;
             if ( millis() > lcnt ) { state = 3 ; }
             break ;
    /* return first state */
    case 3 :
             lstate = 0 ;
             break ;
    /* others */
    default :
             break ;
  }
}

　ステートマシンの中で使っているLEDを１個だけ
　点灯する処理関数を定義します。

void led_on(byte x)
{
  byte ii ;
  /* turn off all LEDs */
  for ( ii = 0 ; ii < 10 ; ii++ ) {
    digitalWrite( LED00 + ii , OFF );
  }
  digitalWrite( LED10 , OFF );
  /* turn of target LED */
  if ( x > 9 ) {
    digitalWrite( LED10 , ON ) ;
  } else {
    digitalWrite( LED00 + x , ON ) ;
  }
}

　ステートマシンを動かすためには、状態変数lstateの
　初期化が必要なので、関数init_led_pinsに入れて対応。

void init_led_pins()
{
  byte ii ;

  for ( ii = 0 ; ii < 10 ; ii++ ) {
    digitalWrite( LED00 + ii , OFF );
    pinMode( LED00 + ii , OUTPUT );
  }
  digitalWrite( LED10 , OFF );
  pinMode( LED10 , OUTPUT );
  /* initialize state value */
  lstate = 0 ;
}

　スケッチ作成の部品が揃ったのでまとめ。

#define LED00 3
#define LED01 4
#define LED02 5
#define LED03 6
#define LED04 7
#define LED05 8
#define LED06 9
#define LED07 10
#define LED08 11
#define LED09 12
#define LED10 14

#define OFF 0
#define ON  OFF+1

#define LCNTMAX 3000

byte lstate ;
byte rd ;
unsigned long lcnt ;

void init_led_pins()
{
  byte ii ;

  for ( ii = 0 ; ii < 10 ; ii++ ) {
    digitalWrite( LED00 + ii , OFF );
    pinMode( LED00 + ii , OUTPUT );
  }
  digitalWrite( LED10 , OFF );
  pinMode( LED10 , OUTPUT );
  /* initialize state value */
  lstate = 0 ;
}

void led_on(byte x)
{
  byte ii ;
  /* turn off all LEDs */
  for ( ii = 0 ; ii < 10 ; ii++ ) {
    digitalWrite( LED00 + ii , OFF );
  }
  digitalWrite( LED10 , OFF );
  /* turn of target LED */
  if ( x > 9 ) {
    digitalWrite( LED10 , ON ) ;
  } else {
    digitalWrite( LED00 + x , ON ) ;
  }
}

void led_handling()
{
  switch ( lstate ) {
    /* generate random number */
    case 0 :
             rd = random(11);
             lstate = 1 ;
             break ;
    /* turn on target LED and duration */
    case 1 :
             led_on( rd );
             lcnt = millis() + LCNTMAX ;
             lstate = 2 ;
             break ;
    /* delay */
    case 2 :
             lstate = 2 ;
             if ( millis() > lcnt ) { state = 3 ; }
             break ;
    /* return first state */
    case 3 :
             lstate = 0 ;
             break ;
    /* others */
    default :
             break ;
  }
}

void setup()
{
  init_led_pins();
}

void loop()
{
  led_handling();
}

　イルミネーションごときに、ステートマシンを
　使うことはないだろうと言われましたが、複数
　のLED基板があったなら、ステートマシンを使う
　ことなしに実現したら、バグの嵐で完成しない
　でしょう。

　ArduinoMega2560のように、多数のI/Oピンを
　持つマイコン基板では、次のようにLEDを接続
　すると、初期化と点灯するLEDを指定する関数
　が単純になります。



　初期化は、次のように単純に。

#define OFF 0
#define ON  OFF+1

#define PS0 24

void init_led_pins()
{
  byte ii ;

  for ( ii = 0 ; ii < 11 ; ii++ ) {
    digitalWrite( PS0 + ii , OFF );
    pinMode( PS0 + ii , OUTPUT );
  }
  /* initialize state value */
  lstate = 0 ;
}

　ターゲットとするLEDの点灯は、for文と
　switchを利用して記述。

void led_on(byte x)
{
  byte ii ;
  /* judge */
  if ( x > 10 ) return ;
  /* turn off all LEDs */
  for ( ii = 0 ; ii < 11 ; ii++ ) {
    digitalWrite( PS0 + ii , OFF );
  }
  /* turn of target LED */
  digitalWrite( PS0 + x , ON ) ;
}

　下位の関数を書き換えたので、全体は
　次のソースコードに。

#define OFF 0
#define ON  OFF+1

#define PS0 24

#define LCNTMAX 3000

byte lstate ;
byte rd ;
unsigned long lcnt ;

void init_led_pins()
{
  byte ii ;

  for ( ii = 0 ; ii < 11 ; ii++ ) {
    digitalWrite( PS0 + ii , OFF );
    pinMode( PS0 + ii , OUTPUT );
  }
  /* initialize state value */
  lstate = 0 ;
}

void led_on(byte x)
{
  byte ii ;
  /* judge */
  if ( x > 10 ) return ;
  /* turn off all LEDs */
  for ( ii = 0 ; ii < 11 ; ii++ ) {
    digitalWrite( PS0 + ii , OFF );
  }
  /* turn of target LED */
  digitalWrite( PS0 + x , ON ) ;
}

void led_handling()
{
  switch ( lstate ) {
    /* generate random number */
    case 0 :
             rd = random(11);
             lstate = 1 ;
             break ;
    /* turn on target LED and duration */
    case 1 :
             led_on( rd );
             lcnt = millis() + LCNTMAX ;
             lstate = 2 ;
             break ;
    /* delay */
    case 2 :
             lstate = 2 ;
             if ( millis() > lcnt ) { state = 3 ; }
             break ;
    /* return first state */
    case 3 :
             lstate = 0 ;
             break ;
    /* others */
    default :
             break ;
  }
}

void setup()
{
  init_led_pins();
}

void loop()
{
  led_handling();
}

　下位の関数を書き換えるだけで、上位の
　関数、手続きをかえないで済ませられる
　のが、ポイント。

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