Введение в язык программирования Arduino. Программирование Arduino с помощью ArduBloсk на примере робота, движущегося по полосе

Здравствуйте! Я Аликин Александр Сергеевич, педагог дополнительного образования, веду кружки «Робототехника» и «Радиотехника» в ЦДЮТТ г. Лабинска. Хотел бы немного рассказать об упрощенном способе программирования Arduino с помощью программы «ArduBloсk».

Эту программу я ввел в образовательный процесс и восхищен результатом, у детей она пользуется особым спросом, особенно при написании простейших программ или для создания какого-то начального этапа сложных программ. ArduBloсk является графической средой программирования, т. е. все действия выполняются с нарисованными картинками с подписанными действиями на русском языке, что в разы упрощает изучение платформы Arduino. Дети уже со 2-го класса с легкостью осваивают работу с Arduino благодаря этой программе.

Да, кто-то может сказать, что еще существует Scratch и он тоже очень простая графическая среда для программирования Arduino. Но Scratch не прошивает Arduino, а всего лишь управляет им по средством USB кабеля. Arduino зависим от компьютера и не может работать автономно. При создании собственных проектов автономность для Arduino - это главное, особенно при создании роботизированных устройств.

Даже всеми известные роботы LEGO, такие как NXT или EV3 нашим ученикам уже не так интересны с появлением в программировании Arduino программы ArduBloсk. Еще Arduino намного дешевле любых конструкторов LEGO и многие компоненты можно просто взять от старой бытовой электронной техники. Программа ArduBloсk поможет в работе не только начинающим, но и активным пользователям платформы Arduino.

Итак, что же такое ArduBloсk? Как я уже говорил, это графическая среда программирования. Практически полностью переведена на русский язык. Но в ArduBloсk изюминка не только это, но и то, что написанную нами программу ArduBloсk конвертирует в код Arduino IDE. Эта программа встраивается в среду программирования Arduino IDE, т. е. это плагин.

Ниже приведен пример мигающего светодиода и конвертированной программы в Arduino IDE. Вся работа с программой очень проста и разобраться в ней сможет любой школьник.

В результате работы на программе можно не только программировать Arduino, но и изучать непонятные нам команды в текстовом формате Arduino IDE, ну а если же «лень» писать стандартные команды - стоит быстрыми манипуляциями мышкой набросать простенькую программку в ArduBlok, а в Arduino IDE её отладить.

Чтобы установить ArduBlok, необходимо для начала загрузить и установить Arduino IDE с официального сайта Arduino и разобраться с настройками при работе с платой Arduino UNO. Как это сделать описано на том же сайте или же на Амперке , либо посмотреть на просторах YouTube. Ну, а когда со всем этим разобрались, необходимо скачать ArduBlok с официального сайта, вот . Последние версии скачивать не рекомендую, для начинающих они очень сложны, а вот версия от 2013-07-12 - самое то, этот файл там самый популярный.

Затем, скачанный файл переименовываем в ardublock-all и в папке «документы». Создаем следующие папки: Arduino > tools > ArduBlockTool > tool и в последнею кидаем скачанный и переименованный файл. ArduBlok работает на всех операционных системах, даже на Linux, проверял сам лично на XP, Win7, Win8, все примеры для Win7. Установка программы для всех систем одинакова.

Ну, а если проще, я приготовил на Mail-диске 7z архив , распаковав который найдете 2 папки. В одной уже рабочая программа Arduino IDE, а в другой папке содержимое необходимо отправить в папку документы.

Для того, чтобы работать в ArduBlok, необходимо запустить Arduino IDE. После чего заходим во вкладку Инструменты и там находим пункт ArduBlok, нажимаем на него - и вот она, цель наша.

Теперь давайте разберемся с интерфейсом программы. Как вы уже поняли, настроек в ней нет, а вот значков для программирования предостаточно и каждый из них несет за собой команду в текстовом формате Arduino IDE. В новых версиях значков еще больше, поэтому разобраться с ArduBlok последней версии сложно и некоторые из значков не переведены на русский.

В разделе «Управление» мы найдем разнообразные циклы.

В разделе «Порты» мы можем с вами управлять значениями портов, а также подключенными к ним звукоизлучателя, сервомашинки или ультразвукового датчика приближения.

В разделе «Числа/Константы» мы можем с вами выбрать цифровые значения или создать переменную, а вот то что ниже вряд ли будите использовать.

В разделе «Операторы» мы с вами найдем все необходимые операторы сравнения и вычисления.

В разделе «Утилиты» в основном используются значки со временем.

«TinkerKit Bloks»- это раздел для приобретенных датчиков комплекта TinkerKit. Такого комплекта у нас, конечно же, нет, но это не значит, что для других наборов значки не подойдут, даже наоборот - ребятам очень удобно использовать такие значки, как включения светодиода или кнопка. Эти знаки используются практически во всех программах. Но у них есть особенность - при их выборе стоят неверные значки обозначающие порты, поэтому их необходимо удалить и подставить значок из раздела «числа/константы» самый верхний в списке.

«DF Robot» - этот раздел используется при наличии указанных в нем датчиков, они иногда встречаются. И наш сегодняшний пример - не исключение, мы имеем «Регулируемый ИК выключатель» и «Датчик линии». «Датчик линии» отличается от того, что на картинке, так как он от фирмы Амперка. Действия их идентичны, но датчик от Амперки намного лучше, так как в нем имеется регулятор чувствительности.

«Seeedstudio Grove» - датчики этого раздела мной ни разу не использовались, хотя тут только джойстики. В новых версиях этот раздел расширен.

И последний раздел это «Linker Kit». Датчики, представленные в нем, мне не попадались.

Хочется показать пример программы на роботе, двигающемся по полосе. Робот очень прост, как в сборке, так и в приобретении, но обо всем по порядку. Начнем с его приобретения и сборки.

Вот сам набор деталей все было приобретено на сайте Амперка .

AMP-B001 Motor Shield (2 канала, 2 А) 1 890 руб
AMP-B017 Troyka Shield 1 690 руб
AMP-X053 Батарейный отсек 3×2 AA 1 60 руб
AMP-B018 Датчик линии цифровой 2 580 руб
ROB0049 Двухколёсная платформа miniQ 1 1890 руб
SEN0019 Инфракрасный датчик препятствий 1 390 руб
FIT0032 Крепление для инфракрасного датчика препятствий 1 90 руб
A000066 Arduino Uno 1 1150 руб

Для начала соберем колесную платформу и припаяем к двигателям провода.

Затем установим стойки, для крепления платы Arduino UNO, которые были взяты от старой материнской платы ну или иные подобные крепления.

Затем крепим на эти стойки плату Arduino UNO, но один болтик прикрутить не получиться - разъемы мешают. Можно, конечно, их выпаять, но это уже на ваше усмотрение.

Следующим крепим инфракрасный датчик препятствий на его специальное крепление. Обратите внимание, что регулятор чувствительности находиться сверху, это для удобства регулировки.

Теперь устанавливаем цифровые датчики линии, тут придется поискать пару болтиков и 4 гайки к ним Две гайки устанавливаем между самой платформой и датчиком линии, а остальными фиксируем датчики.

Следующим устанавливаем Motor Shield или по другому можно назвать драйвер двигателей. В нашем случае обратите внимание на джампер. Мы не будем использовать отдельное питание для двигателей, поэтому он установлен в этом положение. Нижняя часть заклеивается изолентой, это чтобы не было случайных замыканий от USB разъема Arduino UNO, это на всякий случай.

Сверху Motor Shield устанавливаем Troyka Shield. Он необходим для удобства соединения датчиков. Все используемые нами сенсоры цифровые, поэтому датчики линии подключены к 8 и 9 порту, как их еще называют пины, а инфракрасный датчик препятствий подключен к 12 порту. Обязательно обратите внимание, что нельзя использовать порты 4, 5, 6, 7 так как оны используются Motor Shield для управлением двигателями. Я эти порты даже специально закрасил красным маркером, чтобы ученики разобрались.

Если вы уже обратили внимание, мной была добавлена черная втулка, это на всякий случай, чтобы установленный нами батарейный отсек не вылетел. И наконец, всю конструкцию мы фиксируем обычной резинкой.

Подключения батарейного отсека может быть 2-х видов. Первый подключение проводов к Troyka Shield. Также возможно подпаять штекер питания и подключать уже к самой плате Arduino UNO.

Вот наш робот готов. Перед тем как начать программировать, надо будет изучить, как все работает, а именно:
- Моторы:
Порт 4 и 5 используются для управления одним мотором, а 6 и 7 другим;
Скоростью вращения двигателей мы регулируя ШИМом на портах 5 и 6;
Вперед или назад, подавая сигналы на порты 4 и 7.
- Датчики:
У нас все цифровые, поэтому дают логические сигналы в виде 1 либо 0;
А что бы их отрегулировать, в них предусмотрены специальные регуляторы а при помощи подходящей отвертки их можно откалибровать.

Подробности можно узнать на Амперке . Почему тут? Потому что там очень много информации по работе с Arduino.

Ну что ж, мы, пожалуй, все просмотрели поверхностно, изучили и конечно же собрали робота. Теперь его необходимо запрограммировать, вот она - долгожданная программа!

И программа конвертированная в Arduino IDE:

Void setup() { pinMode(8 , INPUT); pinMode(12 , INPUT); pinMode(9 , INPUT); pinMode(4 , OUTPUT); pinMode(7 , OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); } void loop() { if (digitalRead(12)) { if (digitalRead(8)) { if (digitalRead(9)) { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 255); analogWrite(6, 255); digitalWrite(7 , HIGH); } else { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 255); analogWrite(6, 50); digitalWrite(7 , LOW); } } else { if (digitalRead(9)) { digitalWrite(4 , LOW); analogWrite(5, 50); analogWrite(6, 255); digitalWrite(7 , HIGH); } else { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 255); analogWrite(6, 255); digitalWrite(7 , HIGH); } } } else { digitalWrite(4 , HIGH); analogWrite(5, 0); analogWrite(6, 0); digitalWrite(7 , HIGH); } }

В заключении хочу сказать, эта программа просто находка для образования, даже для самообучения она поможет изучить команды Arduino IDE. Самая главная изюминка - это то, что более 50 значков установки, она начинает «глючить». Да, действительно, это изюминка, так как постоянное программирование только на ArduBlok не обучит вас программированию в Arduino IDE. Так называемый «глюк» дает возможность задумываться и стараться запоминать команды для точной отладки программ.

Желаю успехов.

Из чего состоит программа

Для начала стоит понять, что программу нельзя читать и писать как книгу: от корки до корки, сверху вниз, строку за строкой. Любая программа состоит из отдельных блоков. Начало блока кода в C/C++ обозначается левой фигурной скобкой { , его конец - правой фигурной скобкой } .

Блоки бывают разных видов и какой из них когда будет исполняться зависит от внешних условий. В примере минимальной программы вы можете видеть 2 блока. В этом примере блоки называются определением функции . Функция - это просто блок кода с заданным именем, которым кто-то затем может пользоваться из-вне.

В данном случае у нас 2 функции с именами setup и loop . Их присутствие обязательно в любой программе на C++ для Arduino. Они могут ничего и не делать, как в нашем случае, но должны быть написаны. Иначе на стадии компиляции вы получите ошибку.

Классика жанра: мигающий светодиод

Давайте теперь дополним нашу программу так, чтобы происходило хоть что-то. На Arduino, к 13-му пину подключён светодиод. Им можно управлять, чем мы и займёмся.

void setup() { pinMode(13 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(13 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Скомпилируйте, загрузите программу. Вы увидите, что каждую секунду светодиод на плате помигивает. Разберёмся почему этот код приводит к ежесекундному миганию.

Каждое выражение - это приказ процессору сделать нечто. Выражения в рамках одного блока исполняются одно за другим, 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.

Теперь давайте поймём в каком порядке исполняются сами блоки, т.е. функции setup и loop . Не задумывайтесь пока что значат конкретные выражения, просто понаблюдайте за порядком.

Как только Arduino включается, перепрошивается или нажимается кнопка RESET , «нечто» вызывает функцию setup . То есть заставляет исполняться выражения в ней.

Как только работа setup завершается, сразу же «нечто» вызывает функцию loop .

Как только работа loop завершается, сразу же «нечто» вызывает функцию loop ещё раз и так до бесконечности.

Если пронумеровать выражения по порядку, как они исполняются, получится:

void setup() { pinMode(13 , OUTPUT) ; ❶ } void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; ❷ ❻ ❿ delay(100 ) ; ❸ ❼ … digitalWrite(13 , LOW) ; ❹ ❽ delay(900 ) ; ❺ ❾ }

Ещё раз напомним, что не стоит пытаться воспринимать всю программу, читая сверху вниз. Сверху вниз читается только содержимое блоков. Мы вообще можем поменять порядок объявлений setup и loop .

void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; ❷ ❻ ❿ delay(100 ) ; ❸ ❼ … digitalWrite(13 , LOW) ; ❹ ❽ delay(900 ) ; ❺ ❾ } void setup() { pinMode(13 , OUTPUT) ; ❶ }

Результат от этого не изменится ни на йоту: после компиляции вы получите абсолютно эквивалентный бинарный файл.

Что делают выражения

Теперь давайте попробуем понять почему написанная программа приводит в итоге к миганию светодиода.

Как известно, пины Arduino могут работать и как выходы и как входы. Когда мы хотим чем-то управлять, то есть выдавать сигнал, нам нужно перевести управляющий пин в состояние работы на выход. В нашем примере мы управляем светодиодом на 13-м пине, поэтому 13-й пин перед использованием нужно сделать выходом.

Это делается выражением в функции setup:

PinMode(13 , OUTPUT) ;

Выражения бывают разными: арифметическими, декларациями, определениями, условными и т.д. В данном случае мы в выражении осуществляем вызов функции . Помните? У нас есть свои функции setup и loop , которые вызываются чем-то, что мы назвали «нечто». Так вот теперь мы вызываем функции, которые уже написаны где-то.

Конкретно в нашем setup мы вызываем функцию с именем pinMode . Она устанавливает заданный по номеру пин в заданный режим: вход или выход. О каком пине и о каком режиме идёт речь указывается нами в круглых скобках, через запятую, сразу после имени функции. В нашем случае мы хотим, чтобы 13-й пин работал как выход. OUTPUT означает выход, INPUT - вход.

Уточняющие значения, такие как 13 и OUTPUT называются аргументами функции . Совершенно не обязательно, что у всех функций должно быть по 2 аргумента. Сколько у функции аргументов зависит от сути функции, от того как её написал автор. Могут быть функции с одним аргументом, тремя, двадцатью; функции могут быть без аргументов вовсе. Тогда для их вызова круглые скобка открывается и тут же закрывается:

NoInterrupts() ;

На самом деле, вы могли заметить, наши функции setup и loop также не принимают никакие аргументы. И загадочное «нечто» точно так же вызывает их с пустыми скобками в нужный момент.

Вернёмся к нашему коду. Итак, поскольку мы планируем вечно мигать светодиодом, управляющий пин должен один раз быть сделан выходом и затем мы не хотим вспоминать об этом. Для этого идеологически и предназначена функция setup: настроить плату как нужно, чтобы затем с ней работать.

Перейдём к функции loop:

void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(13 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Она, как говорилось, вызывается сразу после setup . И вызывается снова и снова как только сама заканчивается. Функция loop называется основным циклом программы и идеологически предназначена для выполнения полезной работы. В нашем случае полезная работа - мигание светодиодом.

Пройдёмся по выражениям по порядку. Итак, первое выражение - это 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. В итоге, первым делом мы зажигаем светодиод на 13-м пине, подавая на него 5 вольт.

Как только это сделано процессор моментально приступает к следующему выражению. У нас это вызов функции delay . Функция 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.

Пока мы спим всё остаётся как есть, т.е. светодиод продолжает гореть. Как только 100 мс истекают, процессор просыпается и тут же переходит к следующему выражению. В нашем примере это снова вызов знакомой нам встроенной функции digitalWrite . Правда на этот раз вторым аргументом мы передаём значение LOW . То есть устанавливаем на 13-м пине логический ноль, то есть подаём 0 вольт, то есть гасим светодиод.

После того, как светодиод погашен мы приступаем к следующему выражению. И снова это вызов функции delay . На этот раз мы засыпаем на 900 мс.

Как только сон окончен, функция loop завершается. По факту завершения «нечто» тут же вызывает её ещё раз и всё происходит снова: светодиод поджигается, горит, гаснет, ждёт и т.д.

Если перевести написанное на русский, получится следующий алгоритм:

Поджигаем светодиод

Спим 100 миллисекунд

Гасим светодиод

Спим 900 миллисекунд

Переходим к пункту 1

Таким образом мы получили Arduino с маячком, мигающим каждые 100 + 900 мс = 1000 мс = 1 сек.

Что можно изменить

Давайте пользуясь только полученными знаниями сделаем несколько вариаций программы, чтобы лучше понять принцип.

Вы можете подключить внешний светодиод или другое устройство, которым нужно «мигать» на другой пин. Например, на 5-й. Как в этом случае должна измениться программа? Мы должны всюду, где обращались к 13-му пину заменить номер на 5-й:

Компилируйте, загружайте, проверяйте.

Что нужно сделать, чтобы светодиод мигал 2 раза в секунду? Уменьшить время сна так, чтобы в сумме получилось 500 мс:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(450 ) ; }

Как сделать так, чтобы светодиод при каждом «подмигивании» мерцал дважды? Нужно поджигать его дважды с небольшой паузой между включениями:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(350 ) ; }

Как сделать так, чтобы в устройстве были 2 светодиода, которые мигали бы каждую секунду поочерёдно? Нужно общаться с двумя пинами и работать в loop то с одним, то с другим:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; pinMode(6 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; digitalWrite(6 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(6 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Как сделать так, чтобы в устройстве были 2 светодиода, которые переключались бы на манер железнодорожного светофора: горел бы то один то другой? Нужно просто не выключать горящий светодиод тут же, а дожидаться момента переключения:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; pinMode(6 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; digitalWrite(6 , LOW) ; delay(1000 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; digitalWrite(6 , HIGH) ; delay(1000 ) ; }

Можете проверить другие идеи самостоятельно. Как видите, всё просто!

О пустом месте и красивом коде

В языке C++ 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.

Пустое пространство - это инструмент программиста, с помощью которого можно или сделать программу понятной и наглядной, или изуродовать до неузнаваемости. Например, вспомним программу для мигания светодиодом:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Мы можем изменить её так:

void setup( ) { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop () { digitalWrite(5 ,HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 ,LOW) ; delay(900 ) ; }

Всё, что мы сделали - немного «поработали» с пустым пространством. Теперь можно наглядно видеть разницу между стройным кодом и нечитаемым.

Чтобы следовать негласному закону оформления программ, который уважается на форумах, при чтении другими людьми, легко воспринимается вами же, следуйте 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.

Плохо:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Хорошо:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

2. Как и в естественном языке: ставьте пробел после запятых и не ставьте до.

Плохо:

DigitalWrite(5 ,HIGH) ; digitalWrite(5 , HIGH) ; digitalWrite(5 ,HIGH) ;

Хорошо:

DigitalWrite(5 , 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:

Плохо:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; }

Хорошо:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; }

4. Используйте пустые строки для разделения смысловых блоков:

Хорошо:

Ещё лучше:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; digitalWrite(6 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(6 , LOW) ; delay(900 ) ; }

О точках с запятыми

Вы могли заинтересоваться: зачем в конце каждого выражения ставится точка с запятой? Таковы правила C++. Подобные правила называются синтаксисом языка . По символу; компилятор понимает где заканчивается выражение.

Как уже говорилось, переносы строк для него - пустой звук, поэтому ориентируется он на этот знак препинания. Это позволяет записывать сразу несколько выражений в одной строке:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Программа корректна и эквивалентна тому, что мы уже видели. Однако писать так - это дурной тон. Код гораздо сложнее читается. Поэтому если у вас нет 100% веских причин писать в одной строке несколько выражений, не делайте этого.

О комментариях

Одно из правил качественного программирования: «пишите код так, чтобы он был настолько понятным, что не нуждался бы в пояснениях». Это возможно, но не всегда. Для того, чтобы пояснить какие-то не очевидные моменты в коде его читателям: вашим коллегам или вам самому через месяц, существуют так называемые комментарии.

Это конструкции в программном коде, которые полностью игнорируются компилятором и имеют значение только для читателя. Комментарии могут быть многострочными или однострочными:

/* Функция setup вызывается самой первой, при подаче питания на Arduino А это многострочный комментарий */ void setup() { // устанавливаем 13-й пин в режим вывода pinMode(13 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; delay(100 ) ; // спим 100 мс digitalWrite(13 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Как видите, между символами /* и */ можно писать сколько угодно строк комментариев. А после последовательности / / комментарием считается всё, что следует до конца строки.

Итак, надеемся самые основные принципы составления написания программ стали понятны. Полученные знания позволяют программно управлять подачей питания на пины Arduino по определённым временны́м схемам. Это не так уж много, но всё же достаточно для первых экспериментов.

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...

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:

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

Введение

Freeduino/Arduino программируется на специальном языке программирования – он основан на C/C ++, и позволяет использовать любые его функции. Строго говоря, отдельного языка Arduino не существует, как и не существует компилятора Arduino – написанные программы преобразуются (с минимальными изменениям) в программу на языке C/C++, и затем компилируются компилятором AVR-GCC. Так что фактически, используется специализированный для микроконтроллеров AVR вариант C/C++.

Разница заключается в том, что Вы получаете простую среду разработки, и набор базовых библиотек, упрощающих доступ к находящейся «на борту» микроконтроллера периферии.

Согласитесь, очень удобно начать работу с последовательным портом на скорости 9600 бит в секунду, сделав вызов одной строчкой:

Serial.begin(9600);

А при использовании «голого» C/C++ Вам бы пришлось разбираться с документацией на микроконтроллер, и вызывать нечто подобное:

UBRR0H = ((F_CPU / 16 + 9600 / 2) / 9600 - 1) >> 8;
UBRR0L = ((F_CPU / 16 + 9600 / 2) / 9600 - 1);
sbi(UCSR0B, RXEN0);
sbi(UCSR0B, TXEN0);
sbi(UCSR0B, RXCIE0);

Здесь кратко рассмотрены основные функции и особенности программирования Arduino. Если Вы не знакомы с синтаксисом языков C/C++, советуем обратиться к любой литературе по данному вопросу, либо Internet-источникам.

С другой стороны, все представленные примеры очень просты, и скорее всего у Вас не возникнет трудностей с пониманием исходных текстов и написанием собственных программ даже без чтения дополнительной литературы.

Более полная документация (на английском языке) представлена на официальном сайте проекта – http://www.arduino.cc . Там же есть форум, ссылки на дополнительные библиотеки и их описание.

По аналогии с описанием на официальном сайте проекта Arduino, под «портом» понимается контакт микроконтроллера, выведенный на разъем под соответствующим номером. Кроме того, существует порт последовательной передачи данных (COM-порт).

Структура программы

В своей программе Вы должны объявить две основных функции: setup() и loop().

Функция setup() вызывается один раз, после каждого включения питания или сброса платы Freeduino. Используйте её, чтобы инициализировать переменные, установить режимы работы цифровых портов и т.д.

Функция loop() последовательно раз за разом исполняет команды, которые описаны в ее теле. Т.е. после завершения функции снова произойдет ее вызов.

Разберем простой пример:

void setup() // начальные установки
{
beginSerial(9600); // установка скорости работы серийного порта на 9600 бит/сек
pinMode(3, INPUT); // установка 3-его порта на ввод данных
}

// Программа проверяет 3-ий порт на наличие на нём сигнала и посылает ответ в
// виде текстового сообщения на последовательный порт компьютера
void loop() // тело программы
{
if (digitalRead(3) == HIGH) // условие на опрос 3го порта
serialWrite("H"); // отправка сообщения в виде буквы «Н» на COM-порт
else
serialWrite("L"); // отправка сообщения в виде буквы «L» на COM-порт
delay(1000); // задержка 1 сек.
}

pinMode (порт, режим);

Описание:

Конфигурирует указанный порт на ввод или вывод сигнала.

Параметры:

порт – номер порта, режим которого Вы желает установить (значение целого типа от 0 до 13).

режим – либо INPUT (ввод) либо OUTPUT (вывод).

pinMode(13, OUTPUT); //13й вывод будет выходом
pinMode(12, INPUT); //а 12й – входом

Примечание:

Аналоговые входы могут использоваться как цифровые входы/выходы, при обращении к ним по номерам с 14 (аналоговый вход 0) по 19 (аналоговый вход 5)

digitalWrite(порт, значение);

Описание:

Устанавливает высокий (HIGH) или низкий (LOW) уровень напряжения на указанном порте.

Параметры:

порт: номер порта

значение: HIGH или LOW

digitalWrite(13, HIGH); // выставляем 13й вывод в «высокое» состояние

value = digitalRead (порт);

Описание:

Считывает значение на указанном порту

Параметры:

порт: номер опрашиваемого порта

Возвращаемое значение: возвращает текущее значение на порту (HIGH или LOW) типа int

int val;
val = digitalRead(12); // опрашиваем 12й вывод

Примечание:

Если к считываемому порту ничего не подключено, то функция digitalRead () может беспорядочно возвращать значения HIGH или LOW.

Аналоговый ввод/вывод сигнала

value = analogRead(порт);

Описание:

Считывает значение с указанного аналогового порта. Freeduino содержит 6 каналов, аналого-цифрового преобразователя на 10 битов каждый. Это означает, что входное напряжения от 0 до 5В преобразовывается в целочисленное значение от 0 до 1023. Разрешающая способность считывания составляет: 5 В/1024 значений = 0,004883 В/значение (4,883 мВ). Требуется приблизительно 100 нС (0.0001 С), чтобы считать значение аналогового ввода, так что максимальная скорость считывания - приблизительно 10000 раз в секунду.

Параметры:

Возвращаемое значение: возвращает число типа int в диапазоне от 0 до 1023, считанное с указанного порта.

int val;
val = analogRead(0); // считываем значение на 0м аналоговом входе

Примечание:

Аналоговые порты по умолчанию определенны на ввод сигнала и в отличие от цифровых портов их не требуется конфигурировать с помощью вызова функции pinMode.

analogWrite(порт, значение);

Описание:

Выводит на порт аналоговое значение. Эта функция работает на: 3, 5, 6, 9, 10, и 11 цифровых портах Freeduino.

Может применяться для изменения яркости светодиода, для управления двигателем и т.д. После вызова функции analogWrite, соответствующий порт начинает работать в режиме широтно-импульсного модулирования напряжения до тех пор, пока не будет следующего вызова функции analogWrite (или функций digitalRead / digitalWrite на том же самом порте).

Параметры:

порт: номер опрашиваемого аналогового входа

значение: целочисленное между 0 и 255. Значение 0 генерирует 0 В на указанном порте; значение 255 генерирует +5 В на указанном порте. Для значений между 0 и 255, порт начинает быстро чередовать уровень напряжения 0 и +5 В - чем выше значение, тем, более часто порт генерирует уровень HIGH (5 В).

analogWrite(9, 128);// устанавливаем на 9 контакте значение эквивалентное 2,5В

Примечание:

Нет необходимости вызвать функцию pinMode, чтобы установить порт на вывод сигналов перед вызовом функции analogWrite.

Частота генерирования сигнала – приблизительно 490 Гц.

time = millis();

Описание:

Возвращает число миллисекунд, с момента исполнения Freeduino текущей программы. Счетчик переполнится и обнулится приблизительно через 9 часов.

Возвращаемое значение: возвращает значение типа unsigned long

unsigned long time; // объявление переменной time типа unsigned long
time = millis(); // передача количества миллисекунд

delay(время_мс);

Описание:

Приостанавливает программу на заданное число миллисекунд.

Параметры:

время_мс – время задержки программы в миллисекундах

delay(1000); //пауза 1 секунда

delayMicroseconds

delayMicroseconds(время_мкс);

Описание:

Приостанавливает программу на заданное число микросекунд.

Параметры:

время_мкс – время задержки программы в микросекундах

delayMicroseconds(500); //пауза 500 микросекунд

pulseIn(порт, значение);

Описание:

Считывает импульс (высокий или низкий) c цифрового порта и возвращает продолжительность импульса в микросекундах.

Например, если параметр «значение» при вызове функции установлен в HIGH, то pulseIn() ожидает, когда на порт поступит высокий уровень сигнала. С момента его поступления начинается отсчет времени до тех пор, пока на порт не поступит низкий уровень сигнала. Функция возвращает длину импульса (высокого уровня) в микросекундах. Работает с импульсами от 10 микросекунд до 3 минут. Обратите внимание, что эта функция не будет возвращать результат, пока импульс не будет обнаружен.

Параметры:

порт: номер порта, с которого считываем импульс

значение: тип импульса HIGH или LOW

Возвращаемое значение: возвращает длительность импульса в микросекундах (тип int)

int duration; // объявление переменной duration типа int
duration = pulseIn(pin, HIGH); // измеряем длительность импульса

Последовательная передача данных

Freeduino имеет встроенный контроллер для последовательной передачи данных, который может использоваться как для связи между Freeduino/Arduino устройствами, так и для связи с компьютером. На компьютере соответствующее соединение представлено USB COM-портом.

Связь происходит по цифровым портам 0 и 1, и поэтому Вы не сможете использовать их для цифрового ввода/вывода если используете функции последовательной передачи данных.

Serial.begin(скорость_передачи);

Описание:

Устанавливает скорость передачи информации COM порта битах в секунду для последовательной передачи данных. Для того чтобы поддерживать связь с компьютером, используйте одну из этих нормированных скоростей: 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, или 115200. Также Вы можете определить другие скорости при связи с другим микроконтроллером по портам 0 и 1.

Параметры:

скорость_передачи: скорость потока данных в битах в секунду.

Serial.begin(9600); //устанавливаем скорость 9600 бит/сек

Serial.available

count = Serial.available();

Описание:

Принимаемые по последовательному порту байты попадают в буфер микроконтроллера, откуда Ваша программа может их считать. Функция возвращает количество накопленных в буфере байт. Последовательный буфер может хранить до 128 байт.

Возвращаемое значение:

Возвращает значение типа int – количество байт, доступных для чтения, в последовательном буфере, или 0, если ничего не доступно.

if (Serial.available() > 0) { // Если в буфере есть данные
// здесь должен быть прием и обработка данных
}

char = Serial.read();

Описание:

Считывает следующий байт из буфера последовательного порта.

Возвращаемое значение:

Первый доступный байт входящих данных с последовательного порта, или -1 если нет входящих данных.

incomingByte = Serial.read(); // читаем байт

Описание:

Очищает входной буфер последовательного порта. Находящиеся в буфере данные теряются, и дальнейшие вызовы Serial.read() или Serial.available() будут иметь смысл для данных, полученных после вызова Serial.flush().

Serial.flush(); // Очищаем буфер – начинаем прием данных «с чистого листа»

Описание:

Вывод данных на последовательный порт.

Параметры:

Функция имеет несколько форм вызова в зависимости от типа и формата выводимых данных.

Serial.print(b, DEC) выводит ASCII-строку - десятичное представление числа b.

int b = 79;

Serial.print(b, HEX) выводит ASCII-строку - шестнадцатиричное представление числа b.

int b = 79;

Serial.print(b, OCT) выводит ASCII-строку - восьмеричное представление числа b.

int b = 79;
Serial.print(b, OCT); //выдаст в порт строку «117»

Serial.print(b, BIN) выводит ASCII-строку - двоичное представление числа b.

int b = 79;
Serial.print(b, BIN); //выдаст в порт строку «1001111»

Serial.print(b, BYTE) выводит младший байт числа b.

int b = 79;
Serial.print(b, BYTE); //выведет число 79 (один байт). В мониторе
//последовательного порта получим символ «O» - его
//код равен 79

Serial.print(str) если str – строка или массив символов, побайтно передает str на COM-порт.

char bytes = {79, 80, 81}; //массив из 3 байт со значениями 79,80,81
Serial.print("Here our bytes:"); //выводит строку «Here our bytes:»
Serial.print(bytes); //выводит 3 символа с кодами 79,80,81 –
//это символы «OPQ»

Serial.print(b) если b имеет тип byte или char, выводит в порт само число b.

char b = 79;
Serial.print(b); //выдаст в порт символ «O»

Serial.print(b) если b имеет целый тип, выводит в порт десятичное представление числа b.

int b = 79;
Serial.print(b); //выдаст в порт строку «79»

Описание:

Функция Serial.println аналогична функции Serial.print, и имеет такие же варианты вызова. Единственное отличие заключается в том, что после данных дополнительно выводятся два символа – символ возврата каретки (ASCII 13, или "\r") и символ новой линии (ASCII 10, или "\n").

Пример 1 и пример 2 выведут в порт одно и то же:

int b = 79;
Serial.print(b, DEC); //выдаст в порт строку «79»
Serial.print("\r\n"); //выведет символы "\r\n" – перевод строки
Serial.print(b, HEX); //выдаст в порт строку «4F»
Serial.print("\r\n");//выведет символы "\r\n" – перевод строки

int b = 79;
Serial.println(b, DEC); //выдаст в порт строку «79\r\n»
Serial.println(b, HEX); //выдаст в порт строку «4F\r\n»

В мониторе последовательного порта получим.