💡 GPIO и цифровые сигналы

1ESP32 → Светодиод: "1" → Светодиод загорается
2ESP32 → Светодиод: "0" → Светодиод гаснет
3ESP32 → Светодиод: "1-0-1-0-1-0" → Светодиод мигает

1👨 ЧЕЛОВЕК                    ↔    🤖 ESP32
2🖐️ Пальцы рук                  ↔    📌 GPIO пины
3👆 Показывает "да" (вверх)       ↔    ⬆️ HIGH (3.3В)
4👇 Показывает "нет" (вниз)       ↔    ⬇️ LOW (0В)
5👁️ Чувствует прикосновение      ↔    📥 INPUT (читает сигнал)
6💪 Нажимает на кнопку           ↔    📤 OUTPUT (выдает сигнал)

 1💡 ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕТА = ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ
 2
 3🔴 ВЫКЛЮЧЕН (0, LOW, FALSE):
 4- Напряжение: 0 Вольт
 5- Ток: не течет
 6- Светодиод: не горит
 7- На дисплее мультиметра: ~0В
 8
 9🟢 ВКЛЮЧЕН (1, HIGH, TRUE):
10- Напряжение: 3.3 Вольта
11- Ток: течет через резистор
12- Светодиод: горит
13- На дисплее мультиметра: ~3.3В
14
15❌ ПОЛУВКЛЮЧЕН - НЕ СУЩЕСТВУЕТ!
16(Это аналоговые сигналы - о них позже)

 1📋 ПАСПОРТ GPIO ПИНОВ ESP32:
 2
 3🔢 КОЛИЧЕСТВО: 34 пина (не все доступны!)
 4⚡ ЛОГИЧЕСКИЕ УРОВНИ:
 5   - LOW: 0В
 6   - HIGH: 3.3В (НЕ 5В!)
 7🔌 РЕЖИМЫ РАБОТЫ:
 8   - INPUT: читает сигналы (кнопки, датчики)
 9   - OUTPUT: выдает сигналы (светодиоды, реле)
10   - INPUT_PULLUP: читает с внутренним подтягивающим резистором
11
12⚠️ ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ТОКУ:
13   - Максимум на один пин: 12мА
14   - Максимум на все пины: 40мА
15   - ПРЕВЫШЕНИЕ = ПОЛОМКА ESP32!

 1🧪 ЭКСПЕРИМЕНТ "ЦИФРОВЫЕ УРОВНИ":
 2
 3Оборудование:
 4- ESP32 с загруженной программой
 5- Мультиметр в режиме постоянного напряжения
 6- Простая программа переключения пина
 7
 8Измерения:
 91. digitalWrite(pin, HIGH) → Измеряем напряжение: ___В
102. digitalWrite(pin, LOW) → Измеряем напряжение: ___В
113. Делаем вывод: HIGH = ___В, LOW = ___В
12
13✅ РЕЗУЛЬТАТ: Убеждаемся, что HIGH = 3.3В, LOW = 0В

 1📖 СКАЗКА О ЖАДНОМ ПИНЕ:
 2
 3Жил-был GPIO пин номер 2. Он был очень добрый и хотел помочь всем светодиодам сразу. 
 4"Дам вам всем максимум тока!" - сказал он.
 5
 6🔴 1-й светодиод: 20мА
 7🟡 2-й светодиод: 20мА  
 8🟢 3-й светодиод: 20мА
 9Итого: 60мА
10
11Но пин мог дать только 12мА! Он очень старался, нагревался, нагревался... 
12И в конце концов сломался. 😢
13
14МОРАЛЬ: Не превышай максимальный ток GPIO!

 1🔢 РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА:
 2
 3Дано:
 4- Напряжение GPIO: 3.3В
 5- Падение напряжения красного светодиода: 2.0В
 6- Максимальный ток GPIO: 12мА
 7
 8Шаг 1: Напряжение на резисторе
 9U_R = 3.3В - 2.0В = 1.3В
10
11Шаг 2: Минимальное сопротивление для безопасности
12R_min = U_R / I_max = 1.3В / 0.012А = 108 Ом
13
14Шаг 3: Выбираем стандартный резистор
15Ближайший больший: 120 Ом ✅
16
17🛡️ ПРАВИЛО: Всегда берем резистор больше расчетного!

 1🧪 ЛАБОРАТОРИЯ БЕЗОПАСНОСТИ:
 2
 3Тестируем резисторы с красным светодиодом:
 4
 5| Резистор | Расчетный ток | Измеренный ток | Безопасно? |
 6|----------|---------------|----------------|------------|
 7| 68 Ом    | 19.1 мА       | ___ мА         | ❌ НЕТ     |
 8| 120 Ом   | 10.8 мА       | ___ мА         | ✅ ДА      |
 9| 220 Ом   | 5.9 мА        | ___ мА         | ✅ ДА      |
10| 470 Ом   | 2.8 мА        | ___ мА         | ✅ ДА      |
11
12ВЫВОД: Используем резисторы от 120 Ом и выше!

 1🛠️ СХЕМА "ВНЕШНИЙ СВЕТОДИОД":
 2
 3Компоненты:
 4- ESP32
 5- Светодиод (любой цвет)
 6- Резистор 220 Ом
 7- 2 провода
 8
 9🔗 СОЕДИНЕНИЯ:
101. GPIO 2 → Резистор 220 Ом → Анод светодиода (+)
112. Катод светодиода (-) → GND ESP32
12
13⚠️ ВАЖНО: 
14- Длинная ножка светодиода = Анод (+)
15- Короткая ножка светодиода = Катод (-)
16- Резистор обязательно в цепи!

 1// 💡 ПРОГРАММА "УПРАВЛЯЕМЫЙ СВЕТОДИОД"
 2// Автор: [Имя ученика]
 3// Урок 7: GPIO и цифровые сигналы
 4
 5// 🎯 Настройки
 6int ledPin = 2;          // Пин для светодиода
 7
 8void setup() {
 9  // 🏗️ НАСТРОЙКА (выполняется 1 раз)
10  Serial.begin(9600);
11  Serial.println("🚀 Запуск программы управления светодиодом");
12  
13  pinMode(ledPin, OUTPUT);    // Настраиваем пин как ВЫХОД
14  Serial.println("✅ Пин настроен как OUTPUT");
15}
16
17void loop() {
18  // 🔄 ОСНОВНОЙ ЦИКЛ (повторяется бесконечно)
19  
20  // Включаем светодиод
21  Serial.println("💡 Включаем светодиод (HIGH)");
22  digitalWrite(ledPin, HIGH);
23  delay(1000);
24  
25  // Выключаем светодиод
26  Serial.println("🌑 Выключаем светодиод (LOW)");
27  digitalWrite(ledPin, LOW);
28  delay(1000);
29}

 1🚨 ЧТО ДЕЛАТЬ, ЕСЛИ НЕ РАБОТАЕТ:
 2
 31️⃣ ПРОВЕРКА ПИТАНИЯ:
 4   □ ESP32 подключен к USB?
 5   □ Горит индикатор питания?
 6
 72️⃣ ПРОВЕРКА СХЕМЫ:
 8   □ Правильная полярность светодиода?
 9   □ Резистор в цепи?
10   □ Все соединения надежные?
11
123️⃣ ПРОВЕРКА ПРОГРАММЫ:
13   □ Правильный номер пина?
14   □ pinMode(pin, OUTPUT) есть в setup()?
15   □ Программа загружена без ошибок?
16
174️⃣ ПРОВЕРКА НАПРЯЖЕНИЙ:
18   □ На GPIO пине HIGH = 3.3В?
19   □ На GPIO пине LOW = 0В?
20
215️⃣ ПРОВЕРКА ТОКА:
22   □ Ток через светодиод < 12мА?
23   □ Резистор достаточно большой?

 1🔘 СХЕМА "КНОПКА + СВЕТОДИОД":
 2
 3Кнопка (INPUT):
 4- Один контакт → GPIO 0 (встроенная кнопка BOOT)
 5- Используем внутренний подтягивающий резистор
 6
 7Светодиод (OUTPUT):
 8- GPIO 2 → Резистор 220 Ом → Светодиод → GND
 9
10🧠 ЛОГИКА:
11- Кнопка НЕ нажата → GPIO 0 = HIGH (3.3В)
12- Кнопка НАЖАТА → GPIO 0 = LOW (0В)

 1// 🔘 ПРОГРАММА "КНОПКА УПРАВЛЯЕТ СВЕТОДИОДОМ"
 2
 3// 🎯 Настройки пинов
 4int ledPin = 2;        // Пин светодиода
 5int buttonPin = 0;     // Пин кнопки (встроенная BOOT)
 6
 7void setup() {
 8  Serial.begin(9600);
 9  Serial.println("🚀 Интерактивный светодиод запущен!");
10  
11  pinMode(ledPin, OUTPUT);           // Светодиод - выход
12  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);  // Кнопка - вход с подтяжкой
13  
14  Serial.println("💡 Нажимайте кнопку BOOT для управления!");
15}
16
17void loop() {
18  // 📖 Читаем состояние кнопки
19  int buttonState = digitalRead(buttonPin);
20  
21  if (buttonState == LOW) {  // Кнопка нажата
22    Serial.println("🔘 Кнопка нажата → Светодиод ВКЛ");
23    digitalWrite(ledPin, HIGH);
24  } else {                   // Кнопка не нажата
25    Serial.println("⭕ Кнопка отпущена → Светодиод ВЫКЛ");
26    digitalWrite(ledPin, LOW);
27  }
28  
29  delay(100);  // Небольшая задержка для стабильности
30}

 1🎈 АНАЛОГИЯ С ВОЗДУШНЫМ ШАРИКОМ:
 2
 3🎈 INPUT_PULLUP = "Шарик на веревочке"
 4- Без нажатия кнопки: шарик висит ВВЕРХУ (HIGH)
 5- При нажатии кнопки: шарик опускается ВНИЗ (LOW)
 6
 7🔌 В ЭЛЕКТРОНИКЕ:
 8- Внутренний резистор "подтягивает" пин к +3.3В
 9- Без нажатия: пин = HIGH (3.3В)
10- При нажатии: пин соединяется с GND = LOW (0В)
11
12💡 ПОЧЕМУ ТАК:
13- Без подтяжки пин "болтается в воздухе"
14- Может читать случайные сигналы
15- Подтяжка дает стабильное состояние

 1🎯 ПРОЕКТ "УМНЫЙ СВЕТОФОР":
 2
 3Требования:
 4✅ 3 светодиода: красный, желтый, зеленый
 5✅ Автоматическое переключение сигналов
 6✅ Управление кнопкой (пешеходный переход)
 7✅ Реалистичные временные интервалы
 8✅ Сообщения в Serial Monitor
 9
10Схема подключения:
11- Красный светодиод: GPIO 4 + резистор 220 Ом
12- Желтый светодиод: GPIO 5 + резистор 220 Ом  
13- Зеленый светодиод: GPIO 18 + резистор 220 Ом
14- Кнопка: GPIO 0 (встроенная BOOT)

 1// 🚦 УМНЫЙ СВЕТОФОР v1.0
 2// Автор: [Имя команды]
 3// Урок 7: GPIO и цифровые сигналы
 4
 5// 🎯 Настройки пинов
 6int redPin = 4;      // Красный светодиод
 7int yellowPin = 5;   // Желтый светодиод
 8int greenPin = 18;   // Зеленый светодиод
 9int buttonPin = 0;   // Кнопка пешехода
10
11// ⏰ Временные интервалы (в миллисекундах)
12int greenTime = 5000;    // Зеленый: 5 секунд
13int yellowTime = 2000;   // Желтый: 2 секунды
14int redTime = 4000;      // Красный: 4 секунды
15
16void setup() {
17  Serial.begin(9600);
18  Serial.println("🚦 УМНЫЙ СВЕТОФОР ЗАПУЩЕН");
19  
20  // Настраиваем все пины
21  pinMode(redPin, OUTPUT);
22  pinMode(yellowPin, OUTPUT);
23  pinMode(greenPin, OUTPUT);
24  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
25  
26  // Выключаем все светодиоды
27  allLightsOff();
28  
29  Serial.println("✅ Светофор готов к работе!");
30  Serial.println("🚶 Нажмите кнопку для вызова пешеходного сигнала");
31}
32
33void loop() {
34  // 🚗 Обычный режим светофора
35  normalTrafficLight();
36  
37  // 🚶 Проверяем кнопку пешехода
38  if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
39    pedestrianCrossing();
40  }
41}
42
43// 🚦 Функция обычного режима светофора
44void normalTrafficLight() {
45  // 🟢 ЗЕЛЕНЫЙ СВЕТ
46  Serial.println("🟢 ЗЕЛЕНЫЙ - Проезд разрешен");
47  allLightsOff();
48  digitalWrite(greenPin, HIGH);
49  delay(greenTime);
50  
51  // 🟡 ЖЕЛТЫЙ СВЕТ
52  Serial.println("🟡 ЖЕЛТЫЙ - Внимание!");
53  allLightsOff();
54  digitalWrite(yellowPin, HIGH);
55  delay(yellowTime);
56  
57  // 🔴 КРАСНЫЙ СВЕТ
58  Serial.println("🔴 КРАСНЫЙ - Стоп!");
59  allLightsOff();
60  digitalWrite(redPin, HIGH);
61  delay(redTime);
62}
63
64// 🚶 Функция пешеходного перехода
65void pedestrianCrossing() {
66  Serial.println("🚶 ВЫЗОВ ПЕШЕХОДНОГО ПЕРЕХОДА!");
67  
68  // Быстро переключаемся на красный
69  allLightsOff();
70  digitalWrite(yellowPin, HIGH);
71  delay(1000);
72  
73  allLightsOff();
74  digitalWrite(redPin, HIGH);
75  Serial.println("🚶 Пешеходы могут переходить!");
76  delay(8000);  // Длинная пауза для пешеходов
77  
78  Serial.println("🚗 Пешеходный переход завершен");
79}
80
81// 💡 Функция выключения всех светодиодов
82void allLightsOff() {
83  digitalWrite(redPin, LOW);
84  digitalWrite(yellowPin, LOW);
85  digitalWrite(greenPin, LOW);
86}

 1🎨 ВАРИАНТЫ УЛУЧШЕНИЙ:
 2
 3Команда 1: "Мигающий режим"
 4- Желтый мигает в ночном режиме
 5- Добавить функцию nightMode()
 6
 7Команда 2: "Звуковые сигналы"  
 8- Разные частоты tone() для разных сигналов
 9- Звук при переключении
10
11Команда 3: "Счетчик времени"
12- Показывать оставшееся время в Serial Monitor
13- Обратный отсчет
14
15Команда 4: "Двойное нажатие"
16- Реакция только на двойное нажатие кнопки
17- Защита от случайных нажатий

 1🎯 ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО:
 2
 31️⃣ ИЗМЕНЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ:
 4- Быстрый светофор (для игрушечных машинок)
 5- Медленный светофор (для пешеходной зоны)
 6- Асимметричный (разное время для разных направлений)
 7
 82️⃣ ДОБАВЛЕНИЕ ЭФФЕКТОВ:
 9- Плавное мигание
10- SOS сигнал в аварийном режиме
11- "Бегущие огни"
12
133️⃣ ЛОГИЧЕСКИЕ УЛУЧШЕНИЯ:
14- Умный режим (анализ нажатий)
15- Приоритет для спецтранспорта
16- Адаптивные интервалы

 1📋 ПАСПОРТ СВЕТОФОРА
 2Команда: _________________ Дата: _________
 3
 4🎯 НАША ВЕРСИЯ НАЗЫВАЕТСЯ: _______________
 5
 6⚙️ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
 7- Время зеленого: _____ сек
 8- Время желтого: _____ сек  
 9- Время красного: _____ сек
10- Время пешеходного перехода: _____ сек
11
12🎨 УНИКАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ:
131. _________________________________
142. _________________________________
153. _________________________________
16
17🧮 РАСЧЕТЫ РЕЗИСТОРОВ:
18- Красный LED (2.0В): R = (3.3-2.0)/0.02 = ___Ом
19- Желтый LED (2.1В): R = (3.3-2.1)/0.02 = ___Ом
20- Зеленый LED (2.2В): R = (3.3-2.2)/0.02 = ___Ом
21
22✅ ТЕСТИРОВАНИЕ:
23□ Все светодиоды работают
24□ Кнопка реагирует правильно
25□ Временные интервалы соблюдаются
26□ Нет превышения тока GPIO
27
28🎖️ ОЦЕНКА КОМАНДЫ: ⭐⭐⭐⭐⭐

1❓ ПОКАЖИ РУКАМИ:
21. Какой уровень HIGH? (руки вверх)
32. Сколько вольт LOW? (показать 0 пальцев)
43. Максимальный ток GPIO? (показать 12 пальцев)
54. Что означает INPUT_PULLUP? (руки вверх + указать на себя)

1🏆 Уровень 4: "Инженер" - Создал уникальный светофор с дополнительными функциями
2🥇 Уровень 3: "Техник" - Собрал и запрограммировал базовый светофор
3🥈 Уровень 2: "Электрик" - Подключил светодиод и кнопку, понял GPIO
4🥉 Уровень 1: "Ученик" - Понимаю разницу между HIGH и LOW

 1📔 МОЙ ДНЕВНИК GPIO - УРОК 7
 2
 3🎯 ГЛАВНЫЕ ОТКРЫТИЯ:
 4- HIGH = _____ Вольт
 5- LOW = _____ Вольт  
 6- Максимальный ток GPIO = _____ мА
 7
 8💡 МОЯ ПЕРВАЯ СХЕМА:
 9[Нарисовать схему светодиод + резистор + ESP32]
10
11🚦 МОЙ СВЕТОФОР:
12Что особенного: ____________________
13Как работает кнопка: _______________
14Самая сложная часть: _______________
15
16🚀 ИДЕИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ:
171. ________________________________
182. ________________________________
193. ________________________________