Ардуино язык программирования и среда. Введение в язык программирования Arduino

Каждый язык программирования имеет набор команд управления, обеспечивающих многократное выполнение одного и того же кода (цикл), выбор подходящего фрагмента кода (условия) и инструкции для выхода из текущего фрагмента кода.

Arduino IDE позаимствовал с C/C++ большинство необходимых элементов управления. Их синтаксис идентичен с C. Ниже мы в двух словах опишем их синтаксис.

Оператор if

Оператор if позволяет выполнить определенный фрагмент программы в зависимости от результата проверки определенного условия. Если условие выполняется, то код программы будет выполнен, если же условие не выполняется, то код программы будет пропущен. Синтаксис команды if выглядит следующим образом:

If(условие) { инструкция1; инструкция2; }

Условием может быть любое сравнение переменной или значения, возвращаемое функцией. Основным критерием условия if является то, что ответ всегда должен быть или истина (true) или ложь (false). Примеры условий для оператора if:

if(a!=2) { } if(x<10) { } if(znak==’B’) { }

Внутри скобок, которые прописаны внутри условия, можно выполнить код.

Люди, которые приступают к изучению программирования, часто делают ошибку, приравнивая значение указанной переменной с помощью одного знака «=». Такая запись однозначно указывает на присвоение значения переменно, и, следовательно, условие всегда будет «true», то есть выполняться. Проверка того, что переменная равна определенному значению, всегда обозначается двойным знаком равно (==).

В качестве условия можно использовать состояние функции, например:

If(init()) { Serial.print(«ок»); }

Приведенный выше пример будет выполнен следующим образом: на первом этапе вызывается функция init(). Эта функция возвращает значение, которое будет интерпретировано как «true» или «false». В зависимости от результата сравнения будет отправлен текст «ок» или ничего не будет отправлено.

Оператор if…else

Расширенным оператором if является оператор if….else. Он обеспечивает выполнение одного фрагмента кода, когда условие выполняется (true), и выполнение второй фрагмент кода, если условие не выполняется (false). Синтаксис операторf if….else выглядит следующим образом:

If (условие) { // команда A } else { // команда B }

Команды «A» будут выполняться только в том случае, если условие выполнено, команда «B» будет выполняться, когда условие не выполнено. Одновременное выполнение команды «A» и «B» невозможно. Следующий пример показывает, как использовать синтаксис if…else:

If (init()) { Serial.print(«ок»); } else { Serial.print(«ошибка»); }

Подобным образом можно проверить правильность выполнения функции и информировать об этом пользователя.

Обычной практикой является отрицание условия. Это связано с тем, что функция, которая выполнена правильно возвращает значение 0, а функция, которая отработала неверно по какой-то причине, возвращает ненулевое значение.

Объяснение такого «усложнения жизни» — просто. Если функция выполнена правильно, то это единственная информация, которая нам нужна. В случае же ошибки, стоит иногда понять, что пошло не так, почему функция не выполнена правильно. И здесь на помощь приходят числа, отличающиеся от нуля, т. е. с помощью цифровых кодов мы можем определить тип ошибки. Например, 1 — проблема с чтением какого-то значения, 2 — нет места в памяти или на диске и т. д.

В последнем измененном примере показано, как вызвать функцию, которая возвращает ноль при правильном выполнении:

If (!init()) { Serial.print(«ок»); } else { Serial.print(«ошибка»); }

Оператор switch case

Оператор if позволяет проверить только одно условие. Иногда необходимо выполнить одно из действий в зависимости от возвращаемого или прочитанного значения. Для этого идеально подходит оператор множественного выбора switch. Ниже показан синтаксис команды switch:

Switch (var) { case 1: //инструкция для var=1 break; case 2: // инструкция для var=2 break; default: // инструкция по умолчанию (если var отличается от 1 и 2) }

В зависимости от значения переменной var выполняются инструкции в определенных блоках. Метка case означает начало блока для указанного значения. Например, case 1: означает, что данный блок будет выполнен для значения переменной var, равной один.

Каждый блок должен быть завершен с помощью команды break. Он прерывает дальнейшее выполнение оператора switch. Если команду break пропустить, то инструкции будут выполняться и в последующих блоках до команды break. Метка default не является обязательной, как и else в команде if. Инструкции, расположенные в блоке default выполняются только тогда, когда значение переменной var не подходит ни к одному шаблону.

Часто бывает так, что одни и те же инструкции должны быть выполнены для одного из нескольких значений. Это можно достичь следующим образом:

Switch (x) { case 1: //инструкция для x=1 break; case 2: case 3: case 5: // инструкция для x=2 или 3 или 4 break; case 4: // инструкция для x=4 break; case 6: // инструкция для x=6 break; default: // инструкция по умолчанию (если х отличается от 1,2,3,4,5,6) }

В зависимости от значения переменной x будет выполнен соответствующий блок инструкций. Повторение case 2: case 3: case 5: информирует компилятор о том, что если переменная x имеет значение 2 или 3 или 5, то будет выполнен один и тот же фрагмент кода.

Оператор for

Оператор for используется для многократного выполнения одного и того же кода. Часто необходимо выполнить одни и те же инструкции, изменив только значение какой-то переменной. Для этого идеально подходит цикл for. Синтаксис команды выглядит следующим образом:

Int i; for(i=0;i<10;i++) { // инструкции для выполнения в цикле }

Первый параметр, приводимый в инструкции for — начальное значение переменной. Еще один элемент — это проверка условия о продолжении выполнения цикла. Цикл выполняется до тех пор, пока выполняется условие. Последний элемент — это изменение значения переменной. Чаще всего мы увеличиваем или уменьшаем ее значение (по необходимости). В этом примере, инструкции, содержащиеся в цикле будут выполняться при i=0…9.

Часто переменная, используемая в цикле объявляется там же:

For(int i=0;i<10;i++) { // инструкции для выполнения в цикле }

Переменная, которая используется для подсчета последующих шагов цикла, может использоваться внутри нее для вызова функции с соответствующими параметрами.

For(int i=10;i>0;i—) { Serial.print(i); // отправятся номера 10,9,8,7,6,5,4,3,2,1 }

Оператор while

Цикл for идеально подходит там, где мы хотим выполнить подсчет. В ситуации, когда необходимо выполнить определенные действия в результате какого-то события, которое не обязательно является предсказуемым (например, мы ждем нажатия кнопки), то мы можем использовать оператор while, который выполняет блок оператора до тех пор, пока выполняется условие. Синтаксис оператора while выглядит следующим образом:

While(условие) { // блок инструкций для выполнения }

Важно, чтобы проверка состояния происходила в начале цикла. Может случиться так, что инструкции внутри цикла while не исполняться никогда. Кроме того, возможно создание бесконечного цикла. Давайте посмотрим два примера:

Int x=2; while(x>5) { Serial.print(x); } —————————————- int y=5; while(y>0) { Serial.print(y); }

Первый блок операторов, расположенный внутри while не выполнится никогда. Переменная x имеет значение два и она не станет больше 5. Во втором примере мы имеем дело с бесконечным циклом. Переменная «y» имеет занчение 5, т. е. больше нуля. Внутри цикла не происходит никакого изменения переменной «y», поэтому цикл никогда не будет завершен.

Это распространенная ошибка, когда мы забываем об изменении параметра, вызывающего прекращение цикла. Ниже приведено два правильных примера применения цикла while:

Int x=0; while(x<10) { //блок инструкций x++; } —————————————- while(true) { if(условие) break; // блок инструкций }

В первом примере мы позаботились об изменении значения переменной, которая проверяется в условии. В результате цикл когда-нибудь завершится. Во втором примере был преднамеренно создан бесконечный цикл. Этот цикл эквивалентен функции loop () в Arduino IDE. Кроме того, внутри цикла введена проверка условия, после выполнения которого цикл завершается командой break.

Оператор do…while

Разновидностью цикла while является цикл do…while. Кроме синтаксиса он отличается местом проверки условия. В случае do…while проверка условия производится после выполнения блока инструкций. Это означает, что блок инструкций в теле цикла выполнится хотя бы один раз. Ниже приведен синтаксис команды do…while:

Do { // блок инструкций } while(условие)

Все, что написано об операторе while относится также и к do…while. Ниже приведен пример использования цикла do…while:

Int x=10; do { // блок инструкций x—; } while(x>0); —————————————- do { // блок инструкций if(условие) break; } while(true);

Оператор break

Оператор break позволяет выйти из цикла (do…while, for, while) и выйти из опции switch. В следующем примере рассмотрим выполнение команды break:

For(i=0;i<10;i++) { if(i==5) break; Serial.print(i); }

Цикл должен быть исполнен для чисел от 0 до 9, но для числа 5 выполняется условие, которое запускает оператор break. Это приведет к выходу из цикла. В результате в последовательный порт (Serial.print) будет отправлены только числа 0,1,2,3,4.

Оператор continue

Оператор continue вызывает прекращение выполнения инструкций цикла (do…while, for, while) для текущего значения и переход к выполнению следующего шага цикла. В следующем примере показано, как работает оператор continue:

For(i=0;i<10;i++) { if(i==5) continue; Serial.print(i); }

Как не трудно заметить, цикл будет выполнен для значения от 0 до 9. Для значения 5 исполнится команда continue, в результате чего инструкции, находящиеся после этой команды выполнены не будут. В результате в последовательный порт (Serial.print) будут отправлены числа 0,1,2,3,4,6,7,8,9.

Оператор return

Оператор return завершает выполнение вызываемой функции и возвращает значение определенного типа. В качестве параметра команды можно указать число, символ или переменную определенного типа. Важно, чтобы возвращаемое значение соответствует типу заявленной функции. В следующем примере показано, как использовать оператор return:

Int checkSensor(){ if (analogRead(0) > 400) { // чтение аналогового входа return 1; // Для значений больше 400 возвращается 1 else{ return 0; // для других возвращается 0 } }

Как вы можете видеть, в одной функции можно использовать несколько операторов return, но сработает всегда только один из них. Допустимо использование оператора return без параметров. Это позволяет досрочно прекратить работу функции, которая не возвращает никакого значения.

Void имя_функции() { инструкция1; if(x==0) return; инструкция2; инструкция3; }

В приведенном выше примере инструкция1 будет выполнять всегда, когда вызывается функция. Выполнение же инструкция2 и инструкция3 зависит от результата команды if. Если условие будет выполнено (true), то будет выполнена команда return и функция завершит работу.

В случае, когда условие не выполнено команда return так же не выполняется, а выполняются инструкции инструкция2 и инструкция3, и после этого функция завершает свою работу.

Оператор goto

Из идеологических соображений необходимо пропустить это описание… Оператор goto является командой, которую не следует использовать в обычном программировании. Он вызывает усложнения кода и является плохой привычкой в программировании. Настоятельно рекомендуем не использовать эту команду в своих программах. Из-за того, что goto есть в официальной документации на сайте arduino.cc приведем его краткое описание. Синтаксис команды goto:

…. goto metka; // перейдите на строку с надписью ‘metka’ ….. …. …. metka: // метка, с которой программа продолжит работу …

Команда позволяет переход к обозначенной метке, т. е. к месту в программе.

Исторически так сложилось, что программная часть Arduino состоит из интегрированной программной среды (IDE), позволяющей писать, компилировать, а также загружать написанный код в аппаратную часть. Cреда ArduinoIDE, и сам язык Wiring основаны, в первую очередь, на Processing, косвенно – на С/C++. По сути, Arduino IDE являет собой большую сборную солянку, не смеха ради, а удобства для.

Даже внешне и Arduino IDE и Processing похожи

Из чего состоит программа (скетч)?
Каждая программа, какой сложной она не казалась бы, состоит из отдельных наборов блоков кода, который обозначается фигурными скобками {} . Для минимальной программы требуется всего 2 блока: setup и loop . Их присутствие обязательно в любой программе на C++ для Arduino, иначе на стадии компиляции можно получить ошибку.
void setup() { } void loop() { }
В функции setup() происходят начальные установки переменных, регистров. После завершения setup() управление переходит к функции loop() , которая являет собой бесконечный цикл, записанный в теле (между { } ). Именно эти команды и совершают все алгоритмические действия контроллера.

Аппаратный « Hello , world !» - мигание светодиодом.
То, с чего начинается первое знакомство с Arduino на стыке программной и аппаратной части - это мигание светодиодом.

Сперва необходимо дополнить минимальную программу. У Arduino (например UNO), к 12 пину и GND подключим светодиод (цвет самого светодиода выбирается из личных предпочтений).

Void setup() { pinMode(12, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(12, HIGH); delay(100); digitalWrite(12, LOW); delay(900); }
Делаем Ctrl+C -> Ctrl+V, компилируем, загружаем, властвуем. Видим светопредставление, длящееся не более секунды. Разбираемся, почему происходит именно так.

В ранее пустые блоки мы добавили несколько выражений . Они были размещены между фигурными скобками функций setup и loop .
Каждое выражение – инструкция для процессора. Выражения в рамках одного блока исполняются друг за другом, строго по порядку без всяких пауз и переключений. То есть, если мы говорим об одном конкретном блоке кода, его можно читать сверху вниз, чтобы понять, что делается.

Что же происходит между { } ?
Как известно, пины Arduino могут работать как на выход так и на вход. Когда мы хотим чем-то управлять, то нам нужно перевести управляющий пин в состояние работы на выход. Это делается выражением в функции setup :
pinMode(12, OUTPUT); В данной ситуации в выражении осуществляется вызов функции . В pinMode устанавливается заданный по номеру пин в заданный режим (INPUT или OUTPUT). О каком пине и о каком режиме идёт речь, указывается в круглых скобках, через запятую. В нашем случае мы хотим, чтобы 12-й пин работал как выход. OUTPUT означает выход, INPUT - вход. Уточняющие значения, такие как 12 и OUTPUT называются аргументами функции . Сколько у функции аргументов зависит от сути функции и воли ее создателя. Функции могут быть без аргументов вовсе, как это происходит на примере setup и loop.

Далее переходим к блоку loop, по порядку:
-вызов встроенной функции digitalWrite. Она предназначена для подачи на заданный пин логического нуля (LOW, 0 вольт) или логической единицы (HIGH, 5 вольт) В функцию digitalWrite передаётся 2 аргумента: номер пина и логическое значение.
-вызов функции delay. Это, опять же, встроенная функция, которая заставляет процессор «уснуть» на определённое время. Она принимает всего один аргумент: время в миллисекундах, которое следует спать. В нашем случае это 100 мс. Как только 100 мс истекают, процессор просыпается и тут же переходит к следующему выражению.
- вызов встроенной функции digitalWrite. Только на этот раз вторым аргументом является LOW. То есть устанавливаем на 12-м пине логический ноль -> подаём 0 вольт -> гасим светодиод.
- вызов функции delay. На этот раз «спим» чуть подольше – 900 мс.

Как только выполнена последняя функция, блок loop завершается и все происходит снова и снова. На самом деле условия, представленные в примере, достаточно вариативны, и вы можете поиграться со значениями delay, подключить несколько светодиодов и сделать подобие светофора или полицейской мигалки (все зависит от фантазии и воли создателя).

Вместо заключения, немного о чистоте.
На самом деле все пробелы, переносы строк, символы табуляции не имеют большого значения для компилятора. Там, где стоит пробел, может быть перенос строки и наоборот. На самом деле 10 пробелов подряд, 2 переноса строки и ещё 5 пробелов - это всё эквивалент одного пробела.

С помощью пустого пространства можно сделать программу понятной и наглядной, или же наоборот изуродовать до неузнаваемости. Например, программу, указанную в качестве примера можно изменить так:
void setup() { pinMode(12, OUTPUT); } void loop () { digitalWrite(12,HIGH); delay(100) ; digitalWrite(12,LOW); delay(900); }

Чтобы при чтении ни у кого не начала течь кровь из глаз, можно следовать нескольким простым правилам:

1. Всегда, при начале нового блока между { и } увеличивайте отступ. Обычно используют 2 или 4 пробела. Выберите одно из значений и придерживайтесь его всюду.

Void loop() { digitalWrite(12, HIGH); delay(100); digitalWrite(12, LOW); delay(900); }
2. Как и в обычном языке: ставьте пробел после запятых.

digitalWrite(12, HIGH);
3. Размещайте символ начала блока { на новой строке на текущем уровне отступа или в конце предыдущей. А символ конца блока } на отдельной строке на текущем уровне отступа:

void setup() { pinMode(12, OUTPUT); } void setup() { pinMode(12, OUTPUT); }
4. Используйте пустые строки для разделения смысловых блоков:

void loop() { digitalWrite(12, HIGH); delay(100); digitalWrite(12, LOW); delay(900); digitalWrite(12, HIGH); delay(100); digitalWrite(12, LOW); delay(900); }
5. Для того, чтобы Ваше детище было приятно читать существуют так называемые комментарии. Это конструкции в программном коде, которые полностью игнорируются компилятором и имеют значение только для того, кто это читает. Комментарии могут быть многострочными или однострочными:

/* это многострочный комментарий */ // это однострочный

Ardublock - это графический язык программирования для Ардуино, предназначенный для начинающих. Эта среда достаточно проста в использовании, ее легко установить, она практически полностью переведена на русский язык. Визуально сконструированную программу,напоминающую блоки...

Прерывания - очень важный механизм Arduino, позволяющий внешним устройствам взаимодействовать с контроллером при возникновении разных событий. Установив обработчик аппаратных прерываний в скетче, мы сможем реагировать на включение или выключение кнопки, нажатие клавиатуры,...

Serial.print() и Serial.println() – это основные функции Arduino для передачи информации от платы ардуино к компьютеру через последовательный порт. На самых популярных платах Arduino Uno, Mega, Nano нет встроенного дисплея, поэтому...

Можно ли заниматься ардуино проектами без самой платы Arduino? Оказывается, вполне. Благодаря многочисленным онлайн сервисам и программам, которые имеют свое название: эмулятор или симулятор Arduino. Самыми популярными представителями таких программ являются...

Serial begin - крайне важная инструкция Arduino, она позволяет установить контроллеру соединение с внешними устройствами. Чаще всего таким «внешним устройством» оказывается компьютер, к которому мы подключаем Arduino. Поэтому Serial begin интенсивней...

Глобальная переменная в Arduino – это переменная, область видимости которой распространяется на всю программу, ее видно во всех модулях и функциях. В этой статье мы рассмотрим несколько примеров использования глобальных переменных,...

Массивы Arduino – это элемент языка, активно используемый программистами для работы с наборами однотипных данных. Массивы есть практически во всех языках программирования, не исключением является и Arduino, синтаксис которого сильно похож...

Начать свой путь в IT бывает очень сложно хотя бы просто потому, что глядя на окружающие технологии невозможно отделить «железный» интерес от программного. С одной стороны - желание создать устройство с безупречным внешним видом, множеством датчиков и безграничными возможностями, с другой - таинство обработки данных, стремление максимально увеличить быстродействие, не пренебрегая функциональностью. Arduino - первый шаг к большим изобретениям, не требующий ни глубоких знаний схемотехники, ни опыта в программировании.

Что такое Arduino

Если называть вещи своими именами, то Arduino - это конструктор для тех, кому надоело созидать бесполезные образы и захотелось хоть немного наделить их жизнью. В самом простейшем случае Arduino - печатная плата, на которой расположен контроллер, кварцевый генератор, АЦП/ЦАП, несколько разъёмов, диодов и кнопок. Остальное - дело рук хозяина: хотите - создавайте робота, хотите - программно-аппаратную платформу для «умного» дома, ну или забудьте про практическую пользу и развлекайтесь .

Конечно, в зависимости от того. насколько далеко вы хотите зайти в своих экспериментах, хотите ли вы получать фильтрованное удовольствие или сделать из Arduino платформу для собственного заработка, вам придётся совершенствоваться и в проектировании железа, и в изучении языков программирования. О последнем сегодня чуть подробнее.

Arduino достаточно ограниченная платформа в плане возможностей программирования, особенно в сравнении с Raspberry Pi. В силу того, что порог входа неприлично низкий (базовый Tutorial занимает 3 листа формата A4), то рассчитывать на изобилие языков без подключения дополнительных модулей не приходится. За основу здесь принят C/C++ , но с использованием различных IDE и библиотек вы получите доступ к оперированию Python, C#, Go, а также таким детским развлечениям, как Snap! и ArduBlock. О том как, когда и кому их использовать, поговорим далее.

C/C++

Базовый язык платформы Arduino, который с некоторыми доработками и упрощениями используется в стандартной программной оболочке. Найти все доступные команды «для новичка» можно , но никто не мешает вам воспользоваться исходными возможностями языка C++, никаких надстроек не потребуетс. Если же есть желание поиграть с «чистым» C, то к вашим услугам программа , предназначенная, как следует из названия, для взаимодействия ОС Windows и МК серии AVR, которые и используются на Arduino. Более подробное руководство можете прочитать вот .

Ardublock

Временно отойдем от языков взрослых к любимому ребятней языку Scratch, а вернее к его адаптации - Ardublock. Здесь всё тоже самое, но с адаптацией к вашей платформе: цветные блоки, конструктор, русские названия, простейшая логика. Такой вариант здорово подойдет даже тем, кто с программированием не знаком вовсе. Подобно тому, как в языке Logo вы можете перемещать виртуальную черепашку по виртуальной плоскости, здесь с помощью нехитрых операций вы можете заинтересовать ребенка реальной интерпретацией его программных действий.

Да, кстати, для использования необходимо на вашу стандартную среду Arduino IDE установить . Последние версии лучше не хватать, они довольно сложные, для начала подойдет датированная концом 2013 года. Для установки скачанный файл переименовываем в «ardublock-all» и запихиваем в папку «Мои документы/Arduino/tools/ArduBlockTool/tool». Если её не существует - создаем. Если что-то не поняли, то вот более подробно.

Snap!

По сравнению с Ardublock, Snap! имеет расширенные возможности в виде дополнительных блоков, возможности использования списков и функций. То есть Snap! в общем и целом уже похож на взрослый язык программирования, не считая, что вам по прежнему необходимо играть в конструктор кода.

Для того, чтобы использовать этот язык, придется сходить на сайт snap4arduino.org и скачать необходимые компоненты для вашей ОС. Инструкции по установке, использованию и видеопримеры ищите здесь же.

Python

Формально программировать на Arduino вы можете используя хоть язык Piet, просто потому что при должном упорстве вы скомпилируете в машинный код что угодно. Но в силу того, что Python - один из наиболее популярных языков с практически оптимальным сочетанием сложность\возможности, то обойти стороной его применяемость в Arduino было бы нелепо. Начать изучение Python вы можете с нашего бесплатного .

Итак, для этого вам понадобится библиотеки PySerial (ранее, возможно, вы использовали её для общения с портами компьютера) и vPython . О том, как правильно всё настроить и заставить в конечном счёте работать, можете соответственно почитать и .

Go и другие языки.

Подобно тому, как Arduino взаимодействует с Python через библиотеку PySerial, он может взаимодействовать и с , и c Java , и с HTML , и с чем только захотите. Arduino - достаточно популярная платформа, чтобы такой банальный вопрос, как выбор удобного языка, не остановил очередного исследователя. Единственное, что требуется от владельца этой маленькой платы - задумать что-нибудь удивительно интересное, а удобный инструмент неизбежно найдётся.