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Projeto 03 - Como Ligar e Piscar Dois ou Mais LEDs Usando Arduino: Circuitos em Série e Paralelo

Angelo Luis Ferreira | 02/10/2024 Acessos: 154

Básico - Projeto 03

Como ligar 2 ou mais LEDs com Arduino

Objetivo

Neste projeto, vamos explorar como ligar dois ou mais LEDs utilizando o Arduino, tanto em série quanto em paralelo.

Referências

Antes de fazer esse projeto, leia os artigos:

Projeto 00 - Como usar o Arduino pela primeira vez

Projeto 01 - Pisca Pisca com Arduino

Teste 02 - Leds ligados em série e em paralelo

Definições

Os LEDs (Diodos Emissores de Luz) são componentes amplamente usados em projetos eletrônicos devido à sua eficiência, baixo consumo de energia e facilidade de uso. No mundo do Arduino, controlar LEDs é uma das primeiras tarefas que aprendemos, e é fundamental para entender conceitos como circuitos em série e paralelo, o uso de botões (push buttons), e como medir a tensão e corrente no circuito. Para saber mais sobre leds, leia o artigo Led de 5mm.

Lembre-se que o LED tem polaridade: O terminal maior tem polaridade positiva e o lado do chanfro tem polaridade negativa.

Resistor é um componente eletrônico que limita ou controla a corrente elétrica em um circuito. Ele possui uma resistência elétrica medida em ohms (Ω). A principal função de um resistor é introduzir uma resistência ao fluxo de corrente elétrica, convertendo parte dessa energia em calor por meio do efeito Joule. Para saber mais sobre resistores, leia o artigo Resistor.

Aplicação

Para fins didáticos e projetos gerais com Arduino.

Componentes necessários

Referência

Componente

Quantidade

Imagem

Observação
Protoboard Protoboard 830 pontos 1

No mínimo utilizar protoboard com 400 pontos
Jumpers Kit cabos ligação macho / macho 1  
Resistor

Resistor

 3

1 Resistor 100Ω

2 Resistores 150Ω

(Potência Nominal = 1/4W)

Se precisar usar outros valores, calcule o resistor apropriado para o led utilizado ou utilize a tabela padrão  Tabela de resistores para leds
Led 5mm

LED 5mm

 2

2 LEDs alto brilho ou difuso (qualquer cor)

Você poderá utilizar também LEDs de 3 mm na cor que desejar.
Arduino UNO R3

Arduino UNO

 1

Você poderá utilizar uma placa Arduino UNO original ou similar

Ligando dois LEDs em Série com Arduino

No circuito em série, os LEDs são conectados sequencialmente, ou seja, um após o outro. A corrente elétrica que percorre o circuito é a mesma em cada componente, porém a tensão (diferença de potencial) é dividida entre os LEDs, o que significa que a tensão total será a soma da queda de tensão em cada LED.

Montagem do Circuito

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar seu Arduino. Lembre-se que o Arduino deve estar totalmente desconectado da energia elétrica enquanto você monta o circuito.

Observações:

a. Se você tiver dúvidas de como usar a protoboard, acesse o link a seguir: Como usar a Protoboard.

b. Leia Teste 02 - Leds ligados em série e em paralelo para verificar circuitos com leds ligados em série, paralelo ou de forma mista.

Atenção

1. Conecte o Pino Digital ao Circuito: Escolhemos o pino 13 do Arduino para controlar o primeiro LED. Conecte-o à extremidade positiva (anodo) do primeiro LED.

2. Conecte o Segundo LED: Conecte o terminal negativo (catodo) do primeiro LED ao terminal positivo do segundo LED.

3. Resistor de Limitação de Corrente: Adicione um resistor entre o catodo do segundo LED e o terminal GND (terra) do Arduino. Isso protegerá os LEDs de sobrecargas de corrente.

Obs.: Como o resistor é um limitador da corrente elétrica, ele poderá estar conectado no anodo (terminal maior) ou no catodo (terminal menor) do led, tanto faz.

4. Como Calcular o Resistor para Dois LEDs em Série no Arduino: Quando conectamos LEDs em série em um circuito, a corrente que percorre cada LED será a mesma, mas a tensão necessária para acender os LEDs será a soma das tensões necessárias para cada um. 

Observações:

a) É muito importante calcular corretamente o resistor para evitar que os LEDs sejam danificados.

b) Para saber mais como usar e calcular LEDs conectados em sério ou em paralelo, leia Teste 02 - Leds ligados em série e em paralelo.

4.1. Identificar dados do led: Os valores abaixo você poderá encontrar no datasheet do led, ou utilizar tabelas de valores genéricos.

Queda de tensão direta (Vf): A tensão necessária para o LED acender. A tensão de cada LED varia com a cor do LED como podemos ver na tabela genérica abaixo.

Corrente de operação (If): A maioria dos LEDs padrão funciona com uma corrente de 10 a 20mA (miliamperes). Para nossos cálculos, usaremos um valor de 20mA (0,02A).

Se você não sabe a tensão e corrente exata do seu LED, utilize a tabela genérica abaixo para LEDs de 3mm e 5mm:

4.2. Tensão de Alimentação: No caso do Arduino, a tensão de alimentação será geralmente de 5V, que é a tensão fornecida pelos pinos de saída digitais do Arduino. No nosso projeto utilizaremos o pino digital 13 do Arduino.

4.3. Tensão total de todos os leds em série: Ao conectar os LEDs em série, a tensão necessária para acender todos os LEDs será a soma das quedas de tensão de cada LED, mas a corrente que percorre o circuito será a mesma.

4.3.1. Como utilizamos 2 LEDs vermelhos, temos uma queda de tensão de 2V cada e uma corrente de 20mA (0,02A). Portanto:

Vtotal = Vled1 + Vled2 = 2V + 2V = 4V

4.4. Tensão no resistor: A tensão no resistor será igual a subtração total dos LEDs da tensão de alimentação. Portanto:

Vresistor = Vfonte - Vtotal = 5V - 4V = 1V

4.5 Calculando o valor do resistor: Usando a Lei de Ohm, temos:

4.5.1. Portanto,  o valor do resistor necessário para proteger os dois LEDs conectados em série deve ser igual ou maior que 50Ω. No entanto, tenha cuidado: valores muito elevados podem diminuir significativamente, ou até eliminar, o brilho dos LEDs.

4.5.2. No nosso projeto vamos adotar um resistor de 100Ω, opção mais comercial e mais fácil de encontrar. 

5. A potência dissipada (ou potência derivada) em um resistor determina a quantidade real de calor que o resistor pode dissipar e é caluculada pela equação: P = V ⋅ i  ou P = i2 . R . (Veja o artigo Resistores para saber mais).

5.1. Desta foram, a potência dissipada no resistor do projeto será calculada como:

Pdissipada = i2 . R  => Pdissipada = (0,02A)2 . 100Ω => Pdissipada = 0,04W

5.2. Portanto, um resistor padrão de potência nominal de 1/4W (0,25W) será suficiente para esta aplicação sem danos para o componente.

5.2.1. A potência nominal está relacionada a quantidade máxima de calor que o resistor pode dissipar sem se danificar e é indicada pelo fabricante. Resistores comuns têm potências nominais que variam de 1/8 W a 3 W ou mais.

5.3. Na prática, projetos de baixa tensão (5V ou menor) e baixas correntes (50mA ou menor) permitem a utilização de resistores de 1/4W sem que haja riscos de superaquecimento. Entretanto, na medida do possível, é sempre recomendável verificar se a potência nominal (indicada pelo fabricante) é maior ou igual a potência dissipada (calculada).

5.4. Nos nossos projetos de Arduino, adotaremos o uso de resistores com Potência Nominal de 1/4W. Resistores com valores maiores também poderão ser utilizados.

6. Identificação de resistores: Os valores dos resistores são identificados por faixas coloridas aplicados no seu corpo. Existem geralmente quatro faixas coloridas, às vezes cinco para resistores de precisão. Consulte uma tabela de códigos de cores de resistores para decifrar o valor no link: Código de Cores de Resistores (tabela). Os valores da Potência Nominal são identificados pelo tamanho do resistor, como mostramos no artigo Resistores.

Código do Projeto (sketch)

Copie o código abaixo e cole no IDE do Arduino. Depois:

int ledPin = 13;  // Pino digital para controlar os LEDs em série

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // Configura o pino como saída
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);  // Liga os LEDs
  delay(1000);                 // Aguardar 1 segundo
  digitalWrite(ledPin, LOW);   // Desliga os LEDs
  delay(1000);                 // Aguardar 1 segundo
}

Depois:

  1. Faça a verificação do código e depois carregue o sketch:

2. Carregue o sketch para o Arduino para ver o projeto funcionar.

Simulação no Tinkercad

O Tinkercad é uma plataforma online gratuita para modelagem 3D, eletrônica e simulação de circuitos. Para testar o projeto com 2 leds em série, como mostramos acima, clique no link Simulação Tinkercad - Acendendo 2 LEDs em série com Arduino.

Observações:

a. Para visualizar o código do projeto no Tinkercad, clique em [Código].

b. Para simular o funcionamento do projeto, clique em [Iniciar simulação].

Ligando dois LEDs em Paralelo com Arduino

No circuito em paralelo, os LEDs são conectados individualmente ao mesmo ponto de tensão. Nesse tipo de conexão, a tensão nos terminais de cada LED será a mesma, porém a corrente será dividida entre os componentes.

Montagem do Circuito

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar seu Arduino. Lembre-se que o Arduino deve estar totalmente desconectado da energia elétrica enquanto você monta o circuito.

Observações:

a. Se você tiver dúvidas de como usar a protoboard, acesse o link a seguir: Como usar a Protoboard.

b. Leia Teste 02 - Leds ligados em série e em paralelo para verificar circuitos com leds ligados em série, paralelo ou de forma mista.

Atenção

1. Conecte os Pinos Digitais do Arduino ao circuito: Escolhemos os pinos 12 Arduino para controlar o primeiro LED e o pino 13 para controlar o segundo LED.

1.1. Conecte a extremidade positiva (anodo) do primeiro LED no resistor que deverá estar concetado diretamente no pino 12 do Arduino. Depois conecte a extremidade negativa (catodo) diretamente no GND.

1.2. O segundo LED, vamos fazer um pouco diferente. Conecte a extremidade positiva (anodo) do segundo LED diretamente no pino digital 13 do Arduino e o catodo no resistor que dererá estar conectado no GND.

3. Resistores de Limitação de Corrente: Como a corrente será dividida, cada LED precisa de seu próprio resistor.

Obs.: Como o resistor é um limitador da corrente elétrica, ele poderá estar conectado no anodo (terminal maior) ou no catodo (terminal menor) do led, tanto faz. No nosso projeto montamos cada led de uma forma, ou seja, com os resistores conectados no anodo, no primeiro LED, e no catodo, no segundo LED.

4. Como Calcular o Resistor para Dois LEDs em Paralelo no Arduino: Ao conectar dois ou mais LEDs em paralelo, é essencial calcular corretamente o valor dos resistores para garantir que os LEDs funcionem corretamente sem serem danificados. Cada LED em um circuito requer um resistor para limitar a corrente que passa por ele, protegendo o componente contra sobrecarga.

4.1. Identificar os Dados dos LEDs: Para calcular corretamente o valor do resistor, é preciso saber dois parâmetros do LED:

Queda de tensão direta (Vf): Essa é a tensão necessária para o LED acender. Depende da cor e do tipo do LED. Por exemplo:

Corrente de operação (If): A maioria dos LEDs padrão opera com uma corrente de 10 a 20mA (miliamperes). Para os cálculos a seguir, usaremos um valor de 20mA (0,02A).

Se você não sabe a tensão e corrente exata do seu LED, utilize a tabela genérica abaixo para LEDs de 3mm e 5mm:

4.2. Tensão de Alimentação: No caso do Arduino, a tensão de alimentação será geralmente de 5V, que é a tensão fornecida pelos pinos de saída do Arduino (como os pinos digitais).

4.3. Queda de tensão em cada led: No nosso projeto estamos usando dois LEDs vermelhos com uma queda de tensão de 2V cada e uma corrente de 20mA por LED.

4.4. Calculando o valor do resistor: Para calcular o resistor de um LED vermelho em paralelo com outro::

4.4.1. Portanto, cada LED precisará de um resistor de 150Ω para garantir que apenas 20mA passem por ele. Como os LEDs estão em paralelo, cada um precisará do seu próprio resistor.

5. Tabela prática para definição resistores para leds 3mm e 5mm: Se você não possuir os valores exatos de queda de tensão e corrente para os LEDs que pretende utilizar, ou desejar agilizar o projeto sem realizar cálculos, pode utilizar a tabela prática abaixo. Ela é aplicável à maioria dos LEDs de 3 mm e 5 mm disponíveis atualmente no mercado.

Observação: Se você tem o "datasheet" do fabricante com o valor especificado, prefira sempre utilizar o valor do resistor calculado.

5.1. Observe que o valor determinado na tabela prática também é resistor de 150Ω para cada LED vermelho para uma fonte de 5V, que é a tensão fornecida pelos pinos de saída do Arduino (como os pinos digitais).

6. A potência dissipada (ou potência derivada) em um resistor determina a quantidade real de calor que o resistor pode dissipar e é caluculada pela equação: P = V ⋅ i  ou P = i2 . R . (Veja o artigo Resistores para saber mais).

6.1. Desta foram, a potência dissipada no resistor do projeto será calculada como:

Pdissipada = i2 . R  => Pdissipada = (0,02A)2 . 150Ω => Pdissipada = 0,06W

6.2. Portanto, um resistor padrão de potência nominal de 1/4W (0,25W) será suficiente para esta aplicação sem danos para o componente, pois Pdissipada (0,06W) < Pnominal (0,25W).

Código do Projeto (sketch)

Copie o código abaixo e cole no IDE do Arduino. Faça a verificação do código e depois carregue o sketch para o Arduino para ver o projeto funcionar.

int ledPin1 = 12;  // Pino digital para o primeiro LED
int ledPin2 = 13;  // Pino digital para o segundo LED

void setup() {
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);  // Configura o pino 12 como saída
  pinMode(ledPin2, OUTPUT);  // Configura o pino 11 como saída
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin1, HIGH);  // Liga o LED 1
  digitalWrite(ledPin2, HIGH);  // Liga o LED 2
  delay(1000);                  // Aguardar 1 segundo
  digitalWrite(ledPin1, LOW);   // Desliga o LED 1
  digitalWrite(ledPin2, LOW);   // Desliga o LED 2
  delay(1000);                  // Aguardar 1 segundo
}

Simulação no Tinkercad

O Tinkercad é uma plataforma online gratuita para modelagem 3D, eletrônica e simulação de circuitos. Para testar o projeto com 2 leds em série, como mostramos acima, clique no link Simulação Tinkercad - Acendendo 2 LEDs em série com Arduino.

Observações:

a. Para visualizar o código do projeto no Tinkercad, clique em [Código].

b. Para simular o funcionamento do projeto, clique em [Iniciar simulação].

Conclusão

Neste artigo, exploramos como ligar e controlar dois ou mais LEDs usando o Arduino, tanto em série quanto em paralelo. Com esses conhecimentos, você está pronto para expandir seus projetos e aplicar esses conceitos em aplicações mais complexas no mundo da eletrônica!

Conectar LEDs em paralelo X LEDs em série

Conectar LEDs em paralelo é geralmente a melhor opção quando se utiliza o Arduino devido a algumas razões práticas e técnicas, principalmente relacionadas à tensão, corrente e controle de cada LED. Vamos ver isso com mais detalhes:

1. Tensão Necessária em Série vs. Paralelo:

  • Série: Quando LEDs são conectados em série, a tensão total necessária para acender todos os LEDs é a soma das tensões de cada LED. Por exemplo, se cada LED vermelho requer 2V para acender, então, ao conectar dois LEDs em série, você precisará de uma tensão de 4V. Isso significa que, para muitos LEDs, a tensão necessária pode facilmente ultrapassar a saída de 5V do Arduino, tornando-o inviável.

  • Paralelo: Em uma conexão em paralelo, a tensão em cada LED será a mesma, ou seja, a tensão fornecida pelo Arduino (5V) será aplicada diretamente a cada LED individualmente. Isso é mais prático, pois a maioria dos LEDs comuns funcionará com a tensão de 5V do Arduino sem problemas.

2. Controle de Corrente:

  • Série: A corrente que passa por LEDs conectados em série é a mesma para todos os LEDs. Isso pode ser problemático porque a corrente necessária para acender adequadamente um LED pode não ser suficiente para outros tipos de LEDs ou pode sobrecarregar LEDs com características diferentes, levando a inconsistências de brilho ou até danos aos LEDs.

  • Paralelo: Em uma configuração em paralelo, a corrente fornecida pelo Arduino é dividida entre os LEDs, e cada LED recebe a corrente de que necessita para operar corretamente. Isso significa que cada LED pode ser controlado de maneira mais estável, o que resulta em uma operação mais segura e uniforme.

3. Resistores:

  • Série: Ao conectar LEDs em série, um único resistor será necessário para limitar a corrente, e o cálculo deve considerar a tensão total da cadeia de LEDs. Como mencionado anteriormente, isso pode resultar na necessidade de tensões superiores àquelas que o Arduino pode fornecer, tornando o cálculo mais complicado.

  • Paralelo: Ao conectar LEDs em paralelo, cada LED geralmente precisa de seu próprio resistor. Embora isso possa parecer um pouco mais trabalhoso, torna o circuito mais seguro, pois cada LED pode ser adequadamente protegido com resistores individualizados.

4. Facilidade de Controle e Expansão:

  • Série: Se você deseja controlar cada LED individualmente (como fazer com que um pisque e o outro fique ligado), isso é mais difícil em uma configuração em série. LEDs em série compartilham o mesmo caminho de corrente, e o controle independente é quase impossível sem circuitos complexos.

  • Paralelo: Em uma configuração paralela, você pode controlar cada LED independentemente. Isso significa que você pode facilmente ligar, desligar ou ajustar o brilho de um LED sem interferir nos outros LEDs conectados ao mesmo circuito.

5. Confiabilidade:

  • Série: Se um LED falhar ou se desconectar em um circuito em série, todo o circuito será interrompido e nenhum dos LEDs acenderá.

  • Paralelo: Se um LED falhar em um circuito paralelo, os outros LEDs continuarão funcionando, já que cada LED possui sua própria conexão com a fonte de alimentação.

Resumo:

  • Conectar LEDs em série exige maior tensão total e pode tornar o circuito mais difícil de controlar e menos eficiente.
  • Conectar LEDs em paralelo permite usar a tensão padrão de 5V do Arduino, fornecer corrente adequada a cada LED e manter o controle individual de cada LED, o que resulta em uma maior flexibilidade e segurança para projetos.
  • Para a maioria dos projetos com Arduino, conectar LEDs em paralelo é a melhor escolha. Isso permite um controle mais fácil, exige menos tensão e proporciona mais confiabilidade em seu circuito. Portanto, em termos de simplicidade, segurança e eficácia, a conexão em paralelo é geralmente mais recomendada.

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