Arduino и совместимые языки программирования. Языки программирования

Первое, с чего следует начать работу по освоению Arduino – это приобрести отладочную плату (хорошо бы сразу приобрести монтажную плату и т.п.). Уже описывал, какие виды плат Arduino представлены на рынке. Кто еще не читал статью советую ознакомиться. Для изучения основ выбираем стандартную плату Arduino Uno (оригинал или хорошую китайскую копию — решать вам). При первом подключении оригинальной платы проблем возникнуть не должно, а вот с «китайцем» нужно будет немного поковыряться (не переживайте – всё покажу и расскажу).

Подключаем Arduino к компьютеру USB кабелем. На плате должен засветиться светодиод «ON «. В диспетчере устройств появится новое устройство «Неизвестное устройство «. Необходимо установить драйвер. Тут внесу небольшую неясность (кот отвлек – я не запомнил, какой из драйверов решил «проблему неизвестного устройства ».

Предварительно скачал и распаковал программную средy Arduino (arduino-1.6.6-windows ). Затем скачал этот . Он самораспаковывающейся. Запустил файл CH341SER.EXE . Выбрал установку (INSTALL) . После установки появилось сообщение, нажал «Ок » (прочитать не успел).

После перешёл в свойства все еще «неизвестного устройства» и выбрал кнопку «Update Driver». Выбрал вариант «Установка из указанного места» – указал папку с разархивированной программной средой Arduino. И о чудо – всё удачно заработало…

Запускаем программу Arduino (в моём случае 1.6.6) и разрешаем доступ.

Все проекты (программы) для Arduino состоят из двух частей: void setup и void loop . void setup выполняется всего один раз, а void loop выполняется снова и снова.

Прежде чем продолжим, необходимо выполнить две обязательные операции:

— указать в программной среде Arduino, какую плату вы используете. Tool->board-> Arduino Uno. Если отметка уже стоит на нужной вам плате – это хорошо, если нет – ставим отметку.

— указать в программной среде какой последовательный порт вы используете для связи с платой. Tool->port-> COM3. Если отметка уже стоит на порте – это хорошо, если нет – ставим отметку. Если у вас в разделе порты представлен больше, чем один порт, как же узнать, какой именно используется для соединения с платой? Берём плату и отсоединяем от неё провод. Снова заходим в порты и смотрим, какой из них исчез. В моём случае вкладка «порты» вообще стала не активной.

Снова подключаем провод USB.

Для первой программы никаких дополнительных модулей не нужно. Будем включать светодиод, который уже смонтирован на плате (на 13 выводе микроконтроллера).

Для начала сконфигурим 13 вывод (на вход или на выход).

Для этого вводим в блок «void setup » команду pinMode , в скобках указываем параметры (13, OUTPUT ) (Какой вывод задействован, Режим работы ). Программная среда выделяет слова/команды соответствующим цветом шрифта.

Переходим в блок «void loop » и вводим команду digitalWrite с параметрами (13, HIGH) .

Первая программа готова, теперь осталось загрузить её в микроконтроллер. Нажимаем кнопку UPLOAD.

Светодиод засветился. Но не стоит так скептически относиться к простоте первой программы. Вы только, что освоили первую управляющую команду. Вместо светодиода ведь можно подключить любую нагрузку (будь-то освещение в комнате или сервопривод, перекрывающий подачу воды), но об этом всём поговорим позже…

Светодиод мы включили, он немного посветил, пора его выключать. Для этого видоизменим написанную нами программу. Вместо «HIGH » напишем «LOW ».

Нажимаем кнопку UPLOAD. Светодиод погас.

Мы уже познакомились с понятием « », пора им воспользоваться. Дальнейшие программы будут становится все объёмнее и сложнее, а работы по их изменению будут занимать все больше и больше времени, если мы оставим подобный стиль написания кода.

Смотрим на программу (снова включим светодиод). Зададим номер вывода микроконтроллера не числом 13 , а переменной, которой будет присвоено значение соответствующего вывода (в нашем случае 13). В дальнейшем будет очень удобно изменять значения переменных в начале программы, вместо того, чтобы шарится по коду в поисках тех мест, где необходимо произвести замены значений.

Создаём глобальную переменную int LED_pin = 13; (тип переменной, имя переменной, присваиваемое ей значение ).

Нажимаем кнопку UPLOAD. Светодиод светится. Все работает отлично.

В этом уроке, кроме включения/выключения светодиода, мы еще научимся мигать им.

Для этого вводим вторую команду «digitalWrite » с параметрами (LED_pin, LOW ).

Нажимаем кнопку UPLOAD. И что мы видим? Светодиод светится «в пол наказа». Причина кроется в том, что время переключения двух состояний (HIGH и LOW ) ничтожно мало и человеческий глаз не может уловить эти переключения. Необходимо увеличить время нахождения светодиода в одном из состояний. Для этого пишем команду delay с параметром (1000 ) . Задержка в миллисекундах: 1000 миллисекунд – 1 секунда. Алгоритм программы следующий: включили светодиод – ждём 1 секунду, выключили светодиод – ждём 1 секунду и т.д.

Нажимаем кнопку UPLOAD. Светодиод начал мерцать. Все работает.

Доработаем программу создав переменную, которой будет присваиваться значение, отвечающее за длительность задержки.

Нажимаем кнопку UPLOAD. Светодиод мерцает, как и мерцал.

Доработаем написанную нами программу. Задачи следующие:

• Светодиод включен 0,2 секунды и выключен 0,8 секунды;
• Светодиод включен 0,7 секунды и выключен 0,3 секунды.

В программе созданы 2 переменные, что отвечают за временные задержки. Одна определяет время работы включенного светодиода, а вторая – время работы выключенного светодиода.

Спасибо за внимание. До скорой встречи!

Основа языка программирования модуля Arduino - это язык Си (скорее Си++). Ещё точнее, этот диалект языка называется Processing/Wiring. Хорошее обозрение языка вы найдёте в приложении. А мне хочется больше рассказать не о языке, а о программировании.

Программа - это некий набор команд, которые понимает процессор, процессор вашего компьютера или процессор микроконтроллера модуля Arduino, не суть важно. Процессор читает команды и выполняет их. Любые команды, которые понимает процессор - это двоичные числа. Это только двоичные числа и ничто иное. Выполняя арифметические операции, для которых процессор некогда и предназначался, процессор оперирует с числами. Двоичными числами. И получается, что и команды, и то, к чему они относятся, это только двоичные числа. Вот так. Но как же процессор разбирается в этой «куче» двоичных чисел?

Во-первых, все эти двоичные числа записываются в последовательные ячейки оперативной памяти, имеющие адреса. Когда вы загружаете программу, и она начинает работать, процессор получает первый адрес программы, где обязательно должна быть записана команда. Те команды, которые требуют от процессора операций с числами, имеют «опознавательные знаки», например, что в следующих двух ячейках памяти два числа, которые нужно сложить. А счётчик, назовём его счётчиком команд, где записан адрес следующей команды, в данном случае увеличивает адрес так, что в программе по этому адресу будет следующая команда. При неправильной работе программы или сбоях процессор может ошибиться, и тогда, прочитав вместо команды число, процессор делает совсем не то, что должен делать, а программа «зависает».

Таким образом, любая программа - это последовательность двоичных чисел. А программирование - это умение правильно записывать правильные последовательности двоичных чисел. Достаточно давно для записи программ стали использовать специальные средства, которые называются языками программирования.

Однако любая программа в первую очередь требует от вас ясного понимания того, что должна делать программа, и для чего она нужна. Чем яснее вы это понимаете, тем легче создать программу. Небольшие программы, хотя трудно сказать, какие программы небольшие, а какие нет, можно рассматривать целиком. Более сложные программы лучше разбить на части, которые можно рассматривать как самостоятельные программы. Так их лучше создать, легче отладить и проверить.

Я не готов спорить, но считаю, что программу удобнее начинать с описания на обычном языке. И в этом смысле я считаю, что программирование не следует путать с написанием кода программы. Когда программа описана обычными словами, вам легче определить, например, какой язык программирования выбрать для создания кода программы.

Ближе всего к записи программы с помощью двоичных чисел, язык ассемблер. Для него характерно соответствие команд языка двоичным командам, понятным процессору. Но кодирование программ на ассемблере требует больших усилий и ближе к искусству, чем к формальным операциям. Более универсальны и легче в применении языки высокого уровня, как Бэйсик или Си. И давно для записи программ в общем виде используют графический язык, а в последнее время появились и «переводчики» с этого языка на язык процессоров.

Кроме языков программирования общего применения, всегда существовала некоторая специализация языков программирования, и существовали специализированные языки. К последним я бы отнёс и язык программирования модуля Arduino.

Всё, что нужно сказать модулю, чтобы он сделал что-то нужное нам, организовано в удобный набор команд. Но вначале о том, что нам нужно от Arduino?

Модуль можно использовать в разных качествах - это и сердце (или голова) робота, это и основа прибора, это и удобный конструктор для освоения работы с микроконтроллерами и т.д.

Выше мы уже использовали простые программы для проверки подключения модуля к компьютеру. Кому-то они могут показаться слишком простыми, а поэтому не интересными, но любые сложные программы состоят из более простых фрагментов, похожих на те, с которыми мы уже знакомились.

Давайте посмотрим, о чём нам может рассказать самая простая программа «Помигать светодиодом».

int ledPin = 13;

pinMode (ledPin, OUTPUT);

digitalWrite (ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

Вначале вспомним, что такое светодиод. В сущности это обычный диод, у которого, благодаря его конструкции, при протекании тока в прямом направлении начинает светиться переход. То есть, чтобы светодиод светился, нужно чтобы через него протекал ток, а, значит, к светодиоду следует приложить напряжение. А чтобы ток не превысил допустимого значения, последовательно со светодиодом следует включить резистор, который называют токоограничительным (см. Приложение А, цифровой выход). Напряжение к светодиоду прикладывает микроконтроллер, составляющий основу модуля Arduino. У микроконтроллера, кроме процессора, выполняющего наши команды, есть один или несколько портов ввода-вывода. Не вдаваясь в рассмотрение конкретного устройства порта, скажем так - когда вывод порта работает на выход, его можно представить как выход цифровой микросхемы с двумя состояниями, включено и выключено (есть напряжение на выходе, нет напряжения на выходе).

Но этот же вывод порта может работать и как вход. В этом случае его можно представить, например, как вход цифровой микросхемы – на вход подаётся логический уровень, высокий или низкий (см. Приложение А, цифровой ввод).

Как мы мигаем светодиодом:

Включить выходной вывод порта. Выключить вывод порта.

Но процессор работает очень быстро. Мы не успеем заметить мигания. Чтобы заметить это мигание, нам нужно добавить паузы. То есть:

Включить выходной вывод порта. Пауза 1 секунда.

Выключить вывод порта.

Пауза 1 секунда.

Это наша программа. Процессор прочитает первую команду и включит вывод, светодиод загорится. Затем процессор сделает паузу в работе и выключить вывод, светодиод погаснет. Но он только один раз мигнул.

Повторение какого-либо процесса или набора команд называется в программировании циклом. Используются разные виды циклов. Есть цикл, который выполняется заданное число раз. Это цикл for. Есть циклы, которые выполняются до тех пор, пока не будет выполнено некоторое условие, которое является частью языковой конструкции цикла. А если условие не будет выполнено никогда, то цикл выполняется бесконечное число раз. Это бесконечный цикл.

Я не думаю, что микроконтроллеры используются с программами того вида, который приведён выше. То есть, один раз выполнено несколько команд и больше контроллер не работает. Как правило, он работает постоянно, как только на него подаётся питающее напряжение. А, значит, микроконтроллер должен работать в бесконечном цикле.

Именно об этом говорит функция void loop(), loop - это петля, замкнутый цикл. Условия прекращения работы цикла нет, а, следовательно, нет условия его завершения.

Кроме того, мы должны сообщить модулю Arduino, какой вывод порта и как мы хотим использовать, для выхода (OUTPUT) или для входа (INPUT). Этой цели служит функция void setup(), которая для языка Arduino является обязательной, даже если она не используется, и команда pinMode(), для задания режима работы вывода.

pinMode (ledPin, OUTPUT);

И ещё, языковая конструкция использует переменные для определения номера вывода:

int ledPin = 13;

Использование переменных удобно. Решив, что вы будете использовать не вывод 13, а 12, вы внесёте изменение только в одной строке. Особенно сильно это сказывается в больших программах. Имя переменной можно выбирать по своему усмотрению, но, как правило, оно должно быть только символьным, и часто количество символов ограничивается. Если вы неверно зададите имя переменной, думаю, компилятор вас поправит.

Функция digitalWrite (ledPin, HIGH) устанавливает заданный вывод в состояние с высоким уровнем, то есть включает вывод.

А delay (1000), как вы уже поняли, означает паузу в 1000 миллисекунд или 1 секунду.

Осталось понять, что означают такие приставки, как int, void. Любые значения, любые переменные размещаются в памяти, как и команды программы. В ячейки памяти записываются числа зачастую из 8 битов. Это байт. Но байт - это числа от 0 до 255. Для записи больших чисел нужно два байта или больше, то есть, две или больше ячеек памяти. Чтобы процессору было ясно, как отыскать число, разные типы чисел имеют разные названия. Так число по имени byte, займёт одну ячейку, int (integer, целое) больше. Кроме того, функции, используемые в языках программирования, тоже возвращают числа. Чтобы определить, какой тип числа должна вернуть функция, перед функцией записывают этот тип возвращаемого числа. Но некоторые функции могут не возвращать числа, такие функции предваряют записью void (см. Приложение А, переменные).

Вот, сколько интересного может рассказать даже самая простая программа.

Обо всём этом вы, надеюсь, прочитаете в приложении. А сейчас проделаем простые эксперименты, используя только то, что мы уже знаем из возможностей языка. Первое, заменим переменную типа int, которая занимает много места в памяти, на byte - одно место, одна ячейка памяти. Посмотрим, что у нас получится.

byte ledPin = 13;

pinMode (ledPin, OUTPUT);

digitalWrite (ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

После компиляции и загрузки программы в модуль мы не заметим изменений в работе программы. Хорошо. Тогда изменим программу так, чтобы заметить изменения в её работе.

Для этого мы заменим число в функции delay (1000) переменной, назвав её my_del. Эта переменная должна быть целым числом, то есть, int.

int my_del = 5000;

Не забывайте заканчивать каждую команду точкой с запятой. Внесите изменения в программу, скомпилируйте её и загрузите в модуль. Затем поменяйте переменную и повторите компиляцию и загрузку:

byte my_del = 5000;

Разница, уверен, получится ощутимая.

Проделаем ещё один эксперимент с изменением длительности пауз. Уменьшение длительности пауз выполним, скажем, пять раз. Сделаем паузу в 2 секунды, а затем будем увеличивать тоже пять раз. И вновь сделаем паузу в 2 секунды. Цикл, выполняемый заданное количество раз, называется циклом for и записывается он так:

for (int i = 0; i<5; i++)

что-то, что выполняется в цикле for

Для выполнения цикла ему нужна переменная, у нас это i, переменной нужно задать начальное значение, которое мы ей и присвоили. Затем следует условие завершения работы цикла, у нас i меньше 5. А запись i++ - это характерная для языка Си запись увеличения переменной на единицу. Фигурные скобки ограничивают набор команд, подлежащих выполнению в цикле for. В других языках программирования могут быть другие ограничители для выделения блока кода функции.

Внутри цикла мы выполняем то же, что и раньше, с небольшими изменениями:

for (int i = 0; i<5; i++)

digitalWrite (ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

my_del = my_del - 100;

Об изменении записи паузы мы говорили выше, а изменение самой паузы достигается уменьшением переменной на 100.

Для второго цикла мы запишем этот же блок кода, но переменную длительности паузы будем увеличивать на 100.

for (int i = 0; i<5; i++)

digitalWrite (ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

Вы заметили, что запись уменьшения паузы и её увеличения выглядят по-разному. Это тоже особенность языка Си. Хотя для ясности следовало повторить эту запись, изменив только знак минус на плюс. Итак, мы получаем такую программу:

int ledPin = 13;

int my_del = 1000;

pinMode (ledPin, OUTPUT);

for (int i = 0; i<5; i++)

digitalWrite (ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

for (int i = 0; i<5; i++)

digitalWrite (ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

Скопируем код нашей программы в программу Arduin, скомпилируем её и загрузим в модуль. Изменение длительности пауз заметно. И будет ещё заметнее, попробуйте, если цикл for выполнить, скажем, раз 8.

То, что мы сейчас сделали, делают и профессиональные программисты - имея готовую программу, её легко можно модифицировать под свои нужды или желания. Поэтому все свои программы они хранят. Что я советую делать и вам.

Что мы упустили в своём эксперименте? Мы не прокомментировали нашу работу. Для добавления комментария используется либо двойная «прямая» косая черта, либо одиночная, но со звёздочками (см. Приложение А). Я советую вам это сделать самостоятельно, поскольку вернувшись к программе через некоторое время, вы легче в ней разберётесь, если будут пояснения, что вы делаете в том или ином месте программы. И ещё советую в папке с каждой программой хранить её описание на обычном языке, выполненное в любом текстовом редакторе.

Самая простая программа «помигать светодиодом» может послужить ещё для десятка экспериментов (даже с одним светодиодом). Мне кажется эта часть работы, придумывать, что ещё можно сделать интересного, самая интересная. Если вы обратитесь к приложению, где описан язык программирования, к разделу «управление программой», то можно заменить цикл for на другой вид цикла. И попробовать, как работают другие виды цикла.

Хотя процессор микроконтроллера, как любой другой, может производить вычисления (для того его и придумывали), и это используется, например, в приборах, всё-таки наиболее характерной операцией для микроконтроллера будет установка выхода порта в высокое или низкое состояние, то есть, «помигать светодиодом», как реакция на внешние события.

О внешних событиях микроконтроллер узнаёт, в основном, по состоянию входов. Настроив выводы порта на цифровой вход, мы можем следить за ним. Если исходное состояние входа - высокий уровень, а событие вызывает переход входа в низкое состояние, то мы можем что-то сделать, реагируя на это событие.

Самый простой пример - на входе кнопка. Когда кнопка не нажата, вход в высоком состоянии. Если нажать кнопку, то вход переходит в низкое состояние, а мы можем «зажечь» светодиод на выходе. При следующем нажатии на кнопку светодиод можно погасить.

Это опять пример простой программы. Даже начинающему она может показаться неинтересной. Однако и эта простая программа может найти вполне полезное применение. Приведу только один пример: мы будем после нажатия на кнопку не зажигать светодиод, а помигаем (определённым образом). И светодиод возьмём с инфракрасным излучением. В результате мы получим пульт управления. Вот такая простая программа.

В разных версиях программы есть различия в списке примеров. Но можно обратиться к руководству по языку в приложении, где есть пример и схема программы (в разделе примеров, названном «приложение») для работы с вводом. Я скопирую программу:

int ledPin = 13;

pinMode (ledPin, OUTPUT);

pinMode (inPin, INPUT);

if (digitalRead(inPin) == HIGH)

digitalWrite(ledPin, HIGH);

digitalWrite (ledPin, LOW);

И, как вы видите, совершенно новую программу мы получаем, модифицируя старую. Теперь светодиод будет мигать только тогда, когда нажата кнопка, которая присоединена к выводу 2. Вывод 2 через резистор 10 кОм присоединён к общему проводу (земле, GND). Кнопка одним концом присоединена к питающему напряжению +5В, а другим концом к выводу 2.

В программе мы встречаем новую языковую конструкцию if из раздела управления программой. Читается она так: если выполняется условие (заключённое в скобках), то выполняется блок программы, заключённый в фигурные скобки. Обратите внимание, что в условии (digitalRead(inPin) == HIGH) равенство входа высокому состоянию выполнено с помощью двух знаков равенства! Очень часто в спешке об этом забывается, и условие получается неверным.

Программу можно скопировать и загрузить в модуль Arduino. Однако, чтобы проверить работу программы, понадобиться внести некоторые изменения в конструкцию модуля. Впрочем, это зависит от разновидности модуля. Оригинальный модуль имеет розетки для соединения с платами расширения. В этом случае можно вставить подходящие одножильные провода в нужные места разъёма. Мой модуль имеет ножевые контакты для соединения с платами расширения. Я могу либо поискать подходящий разъём, либо, что дешевле, использовать подходящую панельку для микросхемы в корпусе DIP.

Второй вопрос - как найти у модуля те выводы, которые используются в программе?

С этим вопросом поможет разобраться картинка, которую я взял с сайта: http://robocraft.ru/.

Рис. 4.1. Расположение и назначение выводов контроллера и модуля Arduino

Все выводы моего модуля CraftDuino промаркированы, так что найти нужный вывод не составит труда. Можно подключать кнопку и резистор и проверять работу программы. Кстати, на вышеупомянутом сайте RoboCraft весь процесс отображён на картинках (но программа использует не совсем такие выводы!). Советую посмотреть.

Многие микроконтроллеры в своём составе имеют дополнительные аппаратные устройства. Так Atmega168, на основе которого собран модуль Arduino имеет UART, встроенный блок для связи с другими устройствами с помощью последовательного обмена данными. Например, с компьютером через COM-порт. Или с другим микроконтроллером с помощью его встроенного блока UART. Есть ещё и аналого-цифровой преобразователь. И формирователь широтно- импульсной модуляции.

Использование последнего иллюстрирует программа, которую я тоже скопирую с сайта RoboCraft. Но программу можно взять и из приложения. И, возможно, она есть в примерах программы Arduino.

// Fading LED by BARRAGAN

int value = 0; // переменная для хранения нужного значения

int ledpin = 9; // светодиод подключен к digital pin 9

// Нет необходимости вызвать функцию pinMode

for(value = 0 ; value <= 255; value+=5) // постепенно зажигаем светодиод

analogWrite(ledpin, value); // значение вывода (от 0 до 255)

delay(30); // ждѐм 🙂

for(value = 255; value >=0; value-=5) // постепенно гасим светодиод

analogWrite(ledpin, value);

Если в предыдущей программе новой для нас была функция digitalRead(inPin), чтение цифрового ввода, то в этой программе новая для нас функция analogWrite(ledpin, value), хотя параметры этой функции - уже знакомые нам переменные. Об использовании аналогового входа, использовании АЦП (аналого-цифрового преобразователя), мы поговорим позже. А сейчас вернёмся к общим вопросам программирования.

Программирование это то, что доступно всем, но потребуется время, чтобы освоить и программирование, и какой-либо язык программирования. Сегодня есть ряд программ, помогающих освоить именно программирование. И одна из них имеет непосредственное отношение к модулю Arduino. Называется она Scratch for Arduino или сокращённо S4A. Найти и скачать эту программу можно по адресу: http://seaside.citilab.eu/scratch/arduino. Я не знаю, как точно переводится название программы, но «to begin from scratch» переводится, как «начать с нуля».

На сайте проекта S4A есть версии для Windows и Linux, но для последней операционной системы готовая к установке программа в версии дистрибутива Debian. Не хочу сказать, что её нельзя использовать с другими дистрибутивами Linux, но вначале посмотрим, как работать в программе с модулем Arduino в Windows.

После установки программы обычным образом можно настроить интерфейс на русский язык, используя переключатель языков.

Рис. 4.2. Переключатель языков интерфейса программы

Первый значок инструментальной панели, если его нажать, отображает все возможные языки интерфейса программы. Русский язык можно найти в разделе…

Рис. 4.3. Список языков для использования в интерфейсе программы

… отмеченном, как «больше…».

Если ничего не предпринимать, то надпись в правом окне «Searching board…» остаётся, но модуль не находится. Чтобы модуль Arduino подключить к программе S4A, следует загрузить с сайта проекта ещё кое-что.

Рис. 4.4. Файл для загрузки в модуль Arduino для S4A

Этот файл не что иное, как программа для Arduino (Sketch). То есть, текстовый файл, который можно скопировать в редактор Arduino, откомпилировать и загрузить в модуль. После выхода из программы Arduino можно запустить программу S4A и теперь модуль находится.

Рис. 4.5. Подключение модуля к программе

Аналоговые входы модуля не подключены, как и цифровые, поэтому значения, отображаемые для модуля, постоянно меняются произвольным образом.

28 09.2016

Вы задумывались облегчить себе жизнь в быту? Чтобы были вещи, которые решали бы за вас повседневные, рутинные задачи. Умное устройство, которое бы осуществляло полезную функцию, например поливало огород, убирало комнату, переносило груз. Эти задачи может решать . Но просто купить её будет недостаточно. Любому промышленному логическому контроллеру или микросхеме нужен “мозг”, чтобы выполнять определённую последовательность действий. Для свершений операций в нашем случае подойдёт язык программирования ардуино.

Из этой статьи вы узнаете:

Приветствую вас, друзья! Для тех, кто меня не знает — меня зовут Гридин Семён. Вы можете прочитать обо мне . Сегодняшняя статья будет посвящена двум основным программам, без которых не будет у нас дальнейшего движения и взаимопонимания.

Общее описание языков программирования

Как я и писал выше, рассматривать мы с вами будем две популярные среды разработки. По аналогии с , можно разделить на графический редактор и “умный блокнот”. Это программы Arduino IDE и FLprog.

Основой среды разработки является Processing/Wiring — это обычный C++, дополненный функциями и различными библиотеками. Существует несколько версий для операционных систем windows, Mac OS и Linux.

В чём их принципиальное различие?? Arduino IDE — это среда разработки, в которой описывается код программы. А FLprog похож на CFC CoDeSyS, позволяющий рисовать диаграммы. Какая среда лучше? Обе хороши и удобны по своему, но если хотите заниматься контроллерами серьёзно, лучше всего изучить языки, похожие на СИ. Их главный плюс в гибкости и неограниченности алгоритма. Мне очень нравится Arduino IDE.

Описание Arduino IDE

Дистрибутив можно скачать на официальном сайте . Скачиваем архив, он занимает чуть более 100 мб. Установка стандартная, как и все приложения для Windows. Драйвера для всех типов плат должны быть установлены в пакете. И вот каким образом выглядит рабочее окно программы.

Среда разработки Arduino состоит из:

• редактора программного кода;
• области сообщений;
• окна вывода текста;
• панели инструментов с кнопками часто используемых команд;
• нескольких меню

Настройки Arduino IDE

Программа, написанная в среде разработки Arduino, называется скетчем . Скетч пишется в текстовом редакторе, который имеет цветовую подсветку создаваемого программного кода. Пример простенькой программы на картинке ниже.

Дополнительная функциональность может быть добавлена с помощью библиотек, представляющих собой оформленный специальным образом код. В основном он находится в закрытом от разработчика доступе. Среда обычно поставляется со стандартным набором, который можно постепенно пополнять. Они находятся в подкаталоге libraries каталога Arduino.

Многие библиотеки снабжаются примерами, расположенными в папке example. Выбор библиотеки в меню приведет к добавлению в исходный код строчки:

Arduino

#include

Это директива — некая инструкция, заголовочный файл с описанием объектов, функций, и констант библиотеки. Многие функции уже разработаны для большинства типовых задач. Поверьте, это облегчает жизнь программисту.

После того как мы подключили электронную плату к компьютеру. Мы осуществляем следующие настройки — выбираем плату Arduino и Com-порт по которому будем соединяться.

Arduino

void setup() { // initialize digital pin 13 as an output. pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(13, HIGH); delay(1000); digitalWrite(13, LOW); delay(1000);

Так, кстати говоря, удобно проверять работоспособность платы, пришедшей с магазина. Быстро и легко.

Есть ещё одна удобная вещь. Называется она Монитор последовательного порта (Serial Monitor ). Отображает данные, посылаемые в платформу Arduino. Я обычно смотрю, какие сигналы выдают мне различные датчики, подключённые к плате.

Подключение библиотек

Существуют разные способы для добавления пользовательских функции. Подключить библиотеки можно тремя способами:

1. С помощью Library Manager
2. С помощью импорта в виде файла.zip
3. Установка вручную.

1. С помощью Library Manager. В рабочем окне программы выбираем вкладку Скетч. После этого нажимаем на кнопку Подключить библиотеку. Перед нами откроется менеджер библиотек. В окне будут отображаться уже установленные файлы с подписью installed, и те, которые можно установить.

2.С помощью импорта в виде файла.zip. Часто в просторах интернета можно встретить запакованные в архивы файлы библиотек с расширением zip. В нём содержится заголовочный файл.h и файл кода.cpp. При установке не нужно распаковывать архив. Достаточно в меню Скетч — Подключить библиотеку — Add .ZIP library

3.Установка вручную. Сначала закрываем программу Arduino IDE. Наш архив мы сначала распаковываем. И файлы с расширением.h и.cpp переносим в папку с тем же названием, как и архив. Закидываем папку в корневой каталог.

Мои документы\Arduino\libraries

Описание FLPprog

FLprog — это бесплатный проект независимых разработчиков, позволяющий работать с функциональными блоками, либо с релейными диаграммами. Эта среда удобна для людей — не программистов. Она позволяет визуально и наглядно видеть алгоритм при помощи диаграмм и функциональных блоков. Скачать дистрибутив можно на официальном сайте .

Я наблюдаю за проектом достаточно давно. Ребята развиваются, постоянно добавляют новый функционал и изменяют старый. Я вижу в этой среде перспективы. Так как она выполняет две важные функции: простоту и удобство использования .

Попробуем с вами создать простенький проект. Будем переключать 13 выход на светодиод.

Создаём новый проект. В верхнем окне добавляем нужное количество входов и выходов, задаём имя и присваиваем физический вход или выход платы.

Вытаскиваем нужные нам элементы из дерева объектов нужные нам элементы на холст редактирования. В нашем случае можно использовать простой RS-триггер для включения и выключения.

После создания алгоритма, кликнем на кнопочку компилировать, программа даёт готовый скетч на IDE.

Мы с вами рассмотрели возможности и удобства программ для разработки алгоритмов на контроллере серии Arduino. Есть ещё программы, которые позволяют создавать структурные диаграммы и визуальные картинки. Но я рекомендую использовать текстовый редактор, потому что потом вам будет проще. Скажите, а какая среда вам удобнее всего и почему??

22 сентября я участвовал в Краснодаре на семинаре “Сенсорные панельные контроллеры ОВЕН СПК”. Проводили конференцию в фешенебельном и красивом отеле “Бристоль”. Было очень интересно и круто.

В первой части семинара нам рассказывали о возможностях и преимуществах продукции компании ОВЕН. После был кофе-брейк с пончиками. Я понабрал кучу всего, и пончиков, и печенья, и конфет, так как был очень голодным.=)

Во второй части семинара после обеда нам презентовали . Много чего рассказали про Web — визуализацию. Эта тенденция начинает набирать обороты. Ну конечно, управлять оборудованием через любой интернет — браузер. Это реально круто. Вот кстати говоря само оборудование в чемоданчике.

Я в ближайшем будущем опубликую серию статей по CoDeSyS 3.5. Так что, если кому интересно подписывайтесь или просто заходите в гости. Буду всегда рад!!!

Кстати чуть не забыл, следующая статья будет о к электронной плате Arduino. Будет интересно, не пропустите.

До встречи, в следующих статьях.

С уважением, Гридин Семён.

Этот урок дает минимальные знания, необходимые для программирования систем Ардуино на языке C. Можно только просмотреть его и в дальнейшем использовать как справочную информацию. Тем, кто программировал на C в других системах можно пропустить статью.

Повторю, что это минимальная информация. Описание указателей, классов, строковых переменных и т.п. будет дано в последующих уроках. Если что-то окажется непонятным, не беспокойтесь. В дальнейших уроках будет много примеров и пояснений.

Структура программы Ардуино.

Структура программы Ардуино достаточно проста и в минимальном варианте состоит из двух частей setup() и loop().

void setup() {

void loop() {

Функция setup() выполняется один раз, при включении питания или сбросе контроллера. Обычно в ней происходят начальные установки переменных, регистров. Функция должна присутствовать в программе, даже если в ней ничего нет.

После завершения setup() управление переходит к функции loop(). Она в бесконечном цикле выполняет команды, записанные в ее теле (между фигурными скобками). Собственно эти команды и совершают все алгоритмические действия контроллера.

Первоначальные правила синтаксиса языка C.

; точка с запятой Выражения могут содержать сколь угодно много пробелов, переносов строк. Признаком завершения выражения является символ ”точка с запятой ”.

z = x + y;
z= x
+ y ;

{ } фигурные скобки определяют блок функции или выражений. Например, в функциях setup() и loop().

/* … */ блок комментария , обязательно закрыть.

/* это блок комментария */

// однострочный комментарий , закрывать не надо, действует до конца строки.

// это одна строка комментария

Переменные и типы данных.

Переменная это ячейка оперативной памяти, в которой хранится информация. Программа использует переменные для хранения промежуточных данных вычислений. Для вычислений могут быть использованы данные разных форматов, разной разрядности, поэтому у переменных в языке C есть следующие типы.

Типы данных выбираются исходя из требуемой точности вычислений, форматов данных и т.п. Не стоит, например, для счетчика, считающего до 100, выбирать тип long. Работать будет, но операция займет больше памяти данных и программ, потребует больше времени.

Объявление переменных.

Указывается тип данных, а затем имя переменной.

int x; // объявление переменной с именем x типа int
float widthBox; // объявление переменной с именем widthBox типа float

Все переменные должны быть объявлены до того как будут использоваться.

Переменная может быть объявлена в любой части программы, но от этого зависит, какие блоки программы могут ее использовать. Т.е. у переменных есть области видимости.

• Переменные, объявленные в начале программы, до функции void setup(), считаются глобальными и доступны в любом месте программы.
• Локальные переменные объявляются внутри функций или таких блоков, как цикл for, и могут использоваться только в объявленных блоках. Возможны несколько переменных с одним именем, но разными областями видимости.

int mode; // переменная доступна всем функциям

void setup() {
// пустой блок, начальные установки не требуются
}

void loop() {

long count; // переменная count доступна только в функции loop()

for (int i=0; i < 10;) // переменная i доступна только внутри цикла
{
i++;
}
}

При объявлении переменной можно задать ее начальное значение (проинициализировать).

int x = 0; // объявляется переменная x с начальным значением 0
char d = ‘a’; // объявляется переменная d с начальным значением равным коду символа ”a”

При арифметических операциях с разными типами данных происходит автоматическое преобразование типов данных. Но лучше всегда использовать явное преобразование.

int x; // переменная int
char y; // переменная char
int z; // переменная int

z = x + (int) y; // переменная y явно преобразована в int

Арифметические операции.

Операции отношения.

Логические операции.

Операции над указателями.

Битовые операции.

Операции смешанного присваивания.

Выбор вариантов, управление программой.

Оператор IF проверяет условие в скобках и выполняет последующее выражение или блок в фигурных скобках, если условие истинно.

if (x == 5) // если x=5, то выполняется z=0
z=0;

if (x > 5) // если x >
{ z=0; y=8; }

IF … ELSE позволяет сделать выбор между двух вариантов.

if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}

{
z=0;
y=0;
}

ELSE IF – позволяет сделать множественный выбор

if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}

else if (x > 20) // если x > 20, выполняется этот блок
{
}

else // в противном случае выполняется этот блок
{
z=0;
y=0;
}

SWITCH CASE - множественный выбор. Позволяет сравнить переменную (в примере это x) с несколькими константами (в примере 5 и 10) и выполнить блок, в котором переменная равна константе.

switch (x) {

case 5:
// код выполняется если x = 5
break;

case 10:
// код выполняется если x = 10
break;

default:
// код выполняется если не совпало ни одно предыдущее значение
break;
}

Цикл FOR . Конструкция позволяет организовывать циклы с заданным количеством итераций. Синтаксис выглядит так:

for (действие до начала цикла;
условие продолжения цикла;
действие в конце каждой итерации) {

// код тела цикла

Пример цикла из 100 итераций.

for (i=0; i < 100; i++) // начальное значение 0, конечное 99, шаг 1

{
sum = sum + I;
}

Цикл WHILE . Оператор позволяет организовывать циклы с конструкцией:

while (выражение)
{
// код тела цикла
}

Цикл выполняется до тех пор, пока выражение в скобках истинно. Пример цикла на 10 итераций.

x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
x++;
}

DO WHILE – цикл с условием на выходе.

do
{
// код тела цикла
} while (выражение);

Цикл выполняется пока выражение истинно.
BREAK – оператор выхода из цикла. Используется для того, чтобы прервать выполнение циклов for, while, do while.

x = 0;
while (x < 10)
{
if (z > 20) break; // если z > 20, то выйти из цикла
// код тела цикла
x++;
}

GOTO – оператор безусловного перехода.

goto metka1; // переход на metka1
………………
metka1:

CONTINUE - пропуск операторов до конца тела цикла.

x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
if (z > 20) continue; // если z > 20, то вернуться на начало тела цикла
// код тела цикла
x++;
}

Массивы.

Массив это область памяти, где последовательно хранятся несколько переменных.

Объявляется массив так.

int ages; // массив из 10 переменных типа int

float weight; // массив из 100 переменных типа float

При объявлении массивы можно инициализировать:

int ages = { 23, 54, 34, 24, 45, 56, 23, 23, 27, 28};

Обращаются к переменным массивов так:

x = ages; // x присваивается значение из 5 элемента массива.
ages = 32; // 9 элементу массива задается значение 32

Нумерация элементов массивов всегда с нуля.

Функции.

Функции позволяют выполнять одни и те же действия с разными данными. У функции есть:

• имя, по которому ее вызывают;
• аргументы – данные, которые функция использует для вычисления;
• тип данных, возвращаемый функцией.

Описывается пользовательская функция вне функций setup() и loop().

void setup() {
// код выполняется один раз при запуске программы
}

void loop() {
// основной код, выполняется в цикле
}

// объявление пользовательской функции с именем functionName
type functionName(type argument1, type argument1, … , type argument)
{
// тело функции
return();
}

Пример функции, вычисляющей сумму квадратов двух аргументов.

int sumQwadr (int x, int y)
{
return(x* x + y*y);
}

Вызов функции происходит так:

d= 2; b= 3;
z= sumQwadr(d, b); // в z будет сумма квадратов переменных d и b

Функции бывают встроенные, пользовательские, подключаемые.

Очень коротко, но этих данных должно хватить для того, чтобы начать писать программы на C для систем Ардуино.

Последнее, что я хочу рассказать в этом уроке, как принято оформлять программы на C. Думаю, если вы читаете этот урок в первый раз, стоит пропустить этот раздел и вернутся к нему позже, когда будет что оформлять.

Главная цель внешнего оформления программ это улучшить читаемость программ, уменьшить число формальных ошибок. Поэтому для достижения этой цели можно смело нарушать все рекомендации.

Имена в языке C.

Имена, представляющие типы данных, должны быть написаны в смешанном регистре. Первая буква имени должна быть заглавная (верхний регистр).

Signal, TimeCount

Переменные должны быть записаны именами в смешанном регистре, первая буква строчная (нижний регистр).