Описание языка программирования ардуино. Программирование Arduino с помощью ArduBloсk на примере робота, движущегося по полосе

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

После ознакомления с основными элементами Arduino, а также написания программы «Hello World!» пришло время для знакомства с языком программирования.

Структура языка основана главным образом на C/C++, поэтому те, кто ранее программировал на этом языке, не будут испытывать затруднений при освоении программирования Arduino. Остальные должны освоить основную информацию о командах управления, типах данных и функциях.

Большая часть информации, содержащейся здесь, будет совместима с любым курсом C/C++, с учетом различий в типах данных, а также несколько конкретных инструкций, касающихся программирования портов ввода/вывода.

Основы основ

Несколько формальных вещей, то есть таких, о которых все знают, но иногда забывают…

В Arduino IDE, как в C/C++, необходимо помнить о регистрах символов. Ключевые слова, такие как if, for всегда записываются в нижнем регистре. Каждая инструкция заканчивается на «;». Точка с запятой сообщает компилятору, какую часть интерпретировать как инструкцию.

Скобки {..} используются для обозначения программных блоков. Мы используем их для ограничения тела функции (см. ниже), циклов и условных операторов.

Хорошей практикой является добавление комментариев к содержимому программы, это помогает легко понять код. Однострочные комментарии начинаются с // (двойная косая черта). Многострочные комментарии начинаются с /* и заканчиваются на */

Если мы хотим подключить в нашу программу какую-либо библиотеку, мы используем команду include. Вот примеры подключения библиотек:

#include // стандартная библиотека #include «svoya_biblioteka.h» // библиотека в каталоге проекта

Функции в Arduino

Функция (подпрограмма) является отдельной частью программы, выполняющая некоторые операции. Функции используются для упрощения основной программы и улучшения читаемости кода. Полезно использовать функции, поскольку мы можем легко использовать их во многих своих проектах.

Стандартный курс программирования содержит информацию о функциях, которые приведем в следующих статьях. В случае с Arduino функции будут обсуждаться в начале, потому что даже простейшая программа должна иметь две специальные функции. Это уже упоминалось в предыдущих статьях, но здесь мы систематизируем эту информацию.

Объявление функции

Схема объявления функции выглядит следующим образом:

Тип имя_функции(параметр) { // инструкции для выполнения (тело функции) return (/* возвращение значения*/); }

тип — это имя любого доступного типа данных на данном языке программирования. Список типов, доступных при программировании Arduino приведем в отдельной статье.

После исполнения, функция вернет значение объявленного типа. В случае, если функция не принимает никакого возвращаемого значения, то тип данных будет «void».

имя_функции позволяет ее однозначно идентифицировать. Для того чтобы вызвать (запустить) функцию, мы даем ей имя.

параметр — параметр вызова функции. Параметры не обязательны, но зачастую они бывают полезны. Если мы напишем функцию, у которой нет аргументов, мы оставляем круглые скобки пустыми.

Внутри скобок «{…}» содержится собственно тело функции или инструкция, которые мы хотим выполнить. Описание конкретных инструкций укажем в отдельной статье.

Все функции, возвращающие значение, заканчиваются оператором return, за которым следует возвращаемое значение. Только функции, объявленные нулевым указателем («void»), не содержат оператор return. Необходимо знать, что оператор return завершает выполнение функции независимо от местоположения.

Ниже приведены некоторые примеры деклараций функций.

Void f1() { //тело функции } —————————————— int minus() { //тело функции return (0); } —————————————— int plus(int a, int b) { return (a+b); }

Как вы можете видеть на примерах, объявление функции может принимать различные формы в зависимости от ваших потребностей.

Настоятельно рекомендуем вам изучить и применять функции при написании собственных программ. Со временем, у каждого программиста набирается собственная библиотека функций «на все случаи жизни», которая позволяет облегчить и ускорить процесс написания новых программ.

Теперь, когда мы знаем, как можно написать свою собственную функцию, необходимо научиться ее использовать.

Вызов функции

Все функции мы записываем в один файл/программу. Существует конечно более элегантное решение, но мы постараемся описать его в следующий раз.

Объявив функцию, мы можем использовать ее в других функциях с соответствующим именем и любыми требуемыми параметрами. Ниже приведены примеры вызова функций, которые мы привели выше:

F1(); plus(2,2); y=plus(1,5);

Как вы можете видеть в примерах, вызов функции выполняется путем указания его имени и требуемого количества параметров. Важно всегда вызывать функцию в соответствии с ее объявлением.

Если функция f1() объявлена без параметров, то при ее вызове нельзя указывать никакие параметры, т.е. вызов функции f1(0) будет неверным.

Функция plus(int a, int b) требует ровно двух параметров, поэтому вызов с одним или тремя параметрами невозможно.

Вызов y=plus(1,5) приведет к выполнению функции «plus» с параметрами «1» и «5» и сохранить возвращаемое значение в переменную «y».

Функции setup() и loop().

Обладая знаниями об объявлении и вызове функций, мы можем перейти к системным функциям Arduino: setup() и loop() . Arduino IDE в обязательном порядке необходимо объявлять эти две функции.

setup () — это функция, которая вызывается автоматически при включении питания или нажатии кнопки RESET.

В соответствии с ее именем она используется для установки начальных значений переменных, деклараций входов и выходов системы, которые обычно задаются в начальных параметрах. Благодаря своей специфике эта функция не возвращает значения и не вызывается с параметрами. Правильная декларация функции setup() представлена ниже:

Void setup () { // тело функции — инициализация системы }

loop () — это функция, которая вызывается в бесконечном цикле. Данная функция также не возвращает значения и не вызывается с параметрами. Ниже показано правильное объявление функции loop():

Void loop () { // тело функции — программный код }

Как вы видите, объявление функции loop () идентично объявлению функции setup (). Различие состоит в выполнении этих функций микроконтроллером.

Теперь мы проанализируем следующий псевдокод:

Void setup () { on_led1 (); //включаем светодиод led1 off_led1 (); //выключаем светодиод led1 } void loop () { on_led2 (); //включаем светодиод led2 off_led2 (); //выключаем светодиод led2 }

В функции setup () есть две инструкции: первая включает светодиод led1, подключенный к плате (например, контакт 13), а вторая выключает светодиод led1.

Функция loop () имеет идентичные инструкции для включения и выключения светодиода led2, подключенного к плате (например, контакт 12).

В результате запуска программы светодиод led1 мигнет один раз, в то время как led2 будет загораться и гаснуть до тех пор, пока включено питание Arduino.

Нажатие кнопки RESET приведет к тому, что led1 снова мигнет один раз, а led2 снова начнет постоянно мигать.

Подведем итог:

Функции setup () и loop () — это системные функции, которые должны быть определены в каждом проекте. Даже в ситуации, когда в одном из них мы не пропишем какой-либо код, мы все равно должны объявить эти две функции;
Функция setup () выполняется один раз, loop() выполняется непрерывно;
Мы создаем собственные функции в одном файле;
Мы можем вызвать свои функции как из setup () и loop (), так и из других функций;
Наши собственные функции можно вызывать с параметрами и возвращать значение;
Вызов функции должен быть совершен в соответствии с ее декларацией.

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.

В жизни ардуинщика рано или поздно наступает момент, когда в штатной среде разработки становится тесно. Если скетчам перестает хватать памяти, требуется жесткий реалтайм и работа с прерываниями или просто хочется быть ближе к железу - значит пришло время переходить на C. Бывалые электронщики при упоминании Arduino презрительно поморщатся и отправят новичка в радиомагазин за паяльником. Возможно, это не самый плохой совет, но мы пока не будем ему следовать. Если отбросить Arduino IDE и язык wiring/processing, у нас в руках останется прекрасная отладочная плата, уже оснащенная всем необходимым для работы микроконтроллера. И, что немаловажно, в память контроллера уже зашит бутлоадер, позволяющий загружать прошивку без использования программатора.

Для программирования на языке C нам понадобится AVR GCC Toolchain.

Также нам потребуется установленная Arduino IDE, т.к. она содержит утилиту avrdude, которая нужна для загрузки прошивки в контроллер. CrossPack тоже содержит avrdude, но версия, идущая с ним, не умеет работать с Arduino.

После того, как все установлено, создадим наш первый проект. Для начала напишем Makefile . Он позволит нам избежать ввода длинных команд вручную при каждой компиляции и загрузке прошивки.

#Контроллер, установленный на плате. Может быть другим, например atmega328 DEVICE = atmega168 #Тактовая частота 16 МГц CLOCK = 16000000 #Команда запуска avrdude. Ее нужно скопировать из Arduino IDE. AVRDUDE = /Applications/Arduino.app/Contents/Resources/Java/hardware/tools/avr/bin/avrdude -C/Applications/Arduino.app/Contents/Resources/Java/hardware/tools/avr/etc/avrdude.conf -carduino -P/dev/tty.usbserial-A600dAAQ -b19200 -D -p atmega168 OBJECTS = main.o COMPILE = avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=$(CLOCK) -mmcu=$(DEVICE) all: main.hex .c.o: $(COMPILE) -c $< -o $@ .S.o: $(COMPILE) -x assembler-with-cpp -c $< -o $@ .c.s: $(COMPILE) -S $< -o $@ flash: all $(AVRDUDE) -U flash:w:main.hex:i clean: rm -f main.hex main.elf $(OBJECTS) main.elf: $(OBJECTS) $(COMPILE) -o main.elf $(OBJECTS) main.hex: main.elf rm -f main.hex avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex main.elf main.hex avr-size --format=avr --mcu=$(DEVICE) main.elf

В этом файле нам нужно вписать свою команду для запуска avrdude. На разных системах она будет выглядеть по разному. Чтобы узнать свой вариант, запускаем Arduino IDE и в настройках ставим галочку «Show verbose output during upload».

Теперь загружаем в Arduino любой скетч и смотрим сообщения, выводимые в нижней части окна. Находим там вызов avrdude, копируем все, кроме параметра -Uflash и вставляем в Makefile после «AVRDUDE = ».

Небольшое замечание: все отступы в Makefile делаются символами табуляции (клавишей Tab). Если ваш текстовый редактор заменяет эти символы пробелами, команда make откажется собирать проект.

Теперь создадим файл main.c - собственно текст нашей программы, в которой традиционно помигаем светодиодом.

#include #include #define LED_PIN 5 int main() { DDRB |= 1 << LED_PIN; while(1) { PORTB |= 1 << LED_PIN; _delay_ms(1000); PORTB &= ~(1 << LED_PIN); _delay_ms(1000); } return 0; }

Наш проект готов. Откроем консоль в директории нашего проекта и введем команду «make»:

Как видим, размер получившейся прошивки составляет всего 180 байт. Аналогичный ардуиновский скетч занимает 1116 байт в памяти контроллера.

Теперь вернемся к консоли и введем «make flash» чтобы загрузить скомпилированный файл в контроллер:

Если загрузка прошла без ошибок, то светодиод, подключенный к 13 контакту платы, радостно замигает. Иногда avrdude не может найти плату или отваливается по таймауту - в этом случае может помочь передегивание USB кабеля. Также, во избежание конфликтов доступа к плате, не забудьте закрыть Arduino IDE перед командой «make flash».

Возможно многие вещи, описанные в этой статье, покажутся очевидными матерым разработчикам. Я постарался описать процесс максимально понятным для начинающего ардуинщика языком и собрать в одном месте информацию, которую мне удалось добыть в различных источниках, и проверенную опытным путем. Может быть кому-то эта статья сэкономит пару часов времени.

Удачи в освоении микроконтроллеров!

Этот симулятор лучше всего работает в браузере Chrome
Давайте рассмотрим Arduino по внимательней.

Arduino это не большой компьютер, к которому могут подключаться внешние цепи. В Arduino Uno используется Atmega 328P
Это самый большой чип на плате. Этот чип выполняет программы, которые хранятся в его памяти. Вы можете загрузить программу через usb с помощью Arduino IDE. Usb порт также обеспечивает питание arduino.

Есть отдельный разъём питания. На плате есть два вывода обозначенные 5v и 3.3v, которые нужны для того, чтобы запитывать различные устройства. Так же вы найдете контакты, помеченные как GND, это выводы земли (земля это 0В). Платформа Arduino, так же, имеет 14 цифровых выводов (пинов), помеченных цифрами от 0 до 13, которые подключаются к внешним узлам и имеют два состояния высокое или низкое (включено или выключено). Эти контакты могут работать как выходы или как входы, т.е. они могут либо передавать какие-то данные и управлять внешними устройствами, либо получать данные с устройств. Следующие выводы на плате обозначены А0-А5. Это аналоговые входы, которые могут принимать данные с различных датчиков. Это особенно удобно, когда вам надо измерить некий диапазон, например температуру. У аналоговых входов есть дополнительные функции, которые можно задействовать отдельно.

Как использовать макетную плату.

Макетная плата нужна для того чтобы временно соединить детали, проверить, как работает устройство, до того как вы спаяете все вместе.
Все нижеследующие примеры собраны на макетной плате, чтобы можно было быстро вносить изменения в схему и повторно использовать детали не заморачиваясь с пайкой.

В макетной плате есть ряды отверстий, в которые вы можете вставлять детали и провода. Некоторые из этих отверстий электрически соединены друг с другом.

Два верхних и нижних ряда соединены по - рядно вдоль всей платы. Эти ряды используются, чтобы подавать питание на схему. Это может быть 5в или 3.3в, но в любом случае, первое, что вам надо сделать - это подключить 5в и GND на макетную плату, как показано на рисунке. Иногда эти соединения рядов могут прерываться посередине платы, тогда, если вам понадобится, вы можете их соединить, как показано на рисунке.

Остальные отверстия, расположенные в середине платы, группируются по пять отверстий. Они используется для соединения деталей схемы.

Первое, что мы подключим к нашему микроконтроллеру, это светодиод. Схема электрических соединений показана на картинке.

Для чего нужен резистор в схеме? В данном случае он ограничивает ток, который проходит через светодиод. Каждый светодиод рассчитан на определённый ток, и если этот ток будет больше, то светодиод выйдет из строя. Узнать, какого номинала должен быть резистор можно с помощью закона ома. Для тех кто не знает или забыл, закон ома говорит, что существует линейная зависимость тока от напряжения. Т.е, чем больше мы приложим напряжение к резистору, тем больше потечет через него ток.
V=I*R
Где V -напряжение на резистор
I - ток через резистор
R - сопротивление, которое надо найти.
Во-первых, мы должны узнать напряжение на резистор. Большинство светодиодов 3мм или 5мм, которые вы будете использовать, имеют рабочее напряжение 3в. Значит, на резисторе нам надо погасить 5-3=2в.

Затем мы вычислим ток, проходящий через резистор.
Большинство 3 и 5мм светодиодов светятся полной яркостью при токе 20мА. Ток больше этого может вывести их из строя, а ток меньшей силы снизит их яркость, не причинив никакого вреда.

Итак, мы хотим включить светодиод в цепь 5в,чтобы на нем был ток 20мА. Так как все детали включены в одну цепь на резистор тоже будет ток 20мА.
Мы получаем
2В = 20 мА * R
2В = 0.02A * R
R = 100 Ом
100 Ом это минимальное сопротивление, лучше использовать немного больше, потому, что светодиоды имеют некоторый разброс характеристик.
В данном примере используется резистор 220 Ом. Только потому, что у автора их очень много:wink: .

Вставьте светодиод в отверстия посередине платы таким образом, чтобы его длинный вывод был соединён с одним из выводов резистора. Второй конец резистора соедините с 5V, а второй вывод светодиода соедините с GND. Светодиод должен загореться.

Обратите внимание, что есть разница, как соединять светодиод. Ток течёт от более длинного вывода к более короткому. На схеме это можно представить, что ток течёт в ту сторону, куда направлен треугольник. Попробуйте перевернуть светодиод и вы увидите, что он не будет светиться.

А вот как вы будете соединять резистор, разницы совсем нет. Можете его перевернуть или попробовать подсоединить к другому выводу светодиода, это не повлияет на работу схемы. Он все так же будет ограничивать ток через светодиод.

Анатомия Arduino Sketch.

Программы для Arduino называют sketch. Они состоят из двух основных функций. Функция setup и функция loop
внутри этой функции вы будете задавать все основные настройки. Какие выводы будут работать на вход или выход, какие библиотеки подключать, инициализировать переменные. Функция Setup() запускается только один раз в течение скетча, когда стартует выполнение программы.
это основная функция, которая выполняется после setup() . Фактически это сама программа. Это функция будет выполняться бесконечно, пока вы не выключите питание.

Arduino мигает светодиодом

В этом примере мы соединим схему со светодиодом к одному из цифровых выводов Arduino и будем включать и выключать его с помощью программы, а так же вы узнаете несколько полезных функций.

Эта функция используется в setup () части программы и служит для инициализации выводов, которые вы будете использовать, как вход (INPUT) или выход (OUTPUT) . Вы не сможете считать или записать данные с пина, пока не установите его соответственно в pinMode . Эта функция имеет два аргумента: pinNumber - это номер пина, который вы будете использовать.

Mode -задает, как пин будет работать. На вход (INPUT) или выход (OUTPUT) . Чтобы зажечь светодиод мы должны подать сигнал ИЗ Arduino. Для этого мы настраиваем пин на выход.
- эта функция служит для того, чтобы задать состояние (state) пина (pinNumber) . Есть два основных состояния (вообще их 3), одно это HIGH , на пине будет 5в, другое это Low и на пине будет 0в. Значит, чтобы зажечь светодиод нам надо на пине, соединенном со светодиодом выставить высокий уровень HIGH .

Задержка. Служит для задержки работы программы на заданный в мсек период.
Ниже приведен код, который заставляет мигать светодиод.
//LED Blink int ledPin = 7;//пин Arduino к которому подключен светодиод void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);// установка пина как ВЫХОД } void loop() { digitalWrite(ledPin, HIGH);//зажечь светодиод delay(1000);// задержка 1000 мсек (1 сек) digitalWrite(ledPin, LOW);//Выключить светодиод delay(1000);//ждать 1 сек }

Небольшие пояснения по коду.
Строки, которые начинаются с "//" это комментарии Arduino их игнорирует.
Все команды заканчиваются точкой с запятой, если вы их забудете, то получите сообщение об ошибке.

ledPin - это переменная. Переменные используются в программах для хранения значений. В данном примере переменной ledPin присваивается значение 7, это номер пина Arduino. Когда Arduino в программе встретит строку с переменной ledPin , он будет использовать то значение, которое мы указали ранее.
Так запись pinMode(ledPin, OUTPUT) аналогична записи pinMode(7, OUTPUT) .
Но в первом случае вам достаточно поменять переменную и она поменяется в каждой строке, где используется, а во втором случае вам, чтобы поменять переменную, придётся ручками в каждой команде вносить изменения.

В первой строке указывает на тип переменной. При программировании Arduino важно всегда объявлять тип переменных. Пока вам достаточно знать, что INT объявляет отрицательные и положительные числа.
Ниже представлено моделирование скетча. Нажмите старт, чтобы посмотреть работу схемы.

Как и ожидалось, светодиод гаснет и загорается через одну секунду. Попробуйте поменять задержку, чтобы посмотреть, как она работает.

Управление несколькими светодиодами.

В этом примере вы узнаете, как управлять несколькими светодиодами. Для этого установите ещё 3 светодиода на плату и соедините их с резисторами и выводами Arduino, как показано ниже.

Для того, чтобы включать и выключать светодиоды по очереди надо написать программу подобную этой:
//Multi LED Blink int led1Pin = 4; int led2Pin = 5; int led3Pin = 6; int led4Pin = 7; void setup() { //установка пинов как ВЫХОД pinMode(led1Pin, OUTPUT); pinMode(led2Pin, OUTPUT); pinMode(led3Pin, OUTPUT); pinMode(led4Pin, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led1Pin, HIGH);//зажечь светодиод delay(1000);//задержка 1 сек digitalWrite(led1Pin, LOW);//потушить светодиод delay(1000);//задержка 1 сек //do the same for the other 3 LEDs digitalWrite(led2Pin, HIGH);//зажечь светодиод delay(1000);// задержка 1 сек digitalWrite(led2Pin, LOW);//потушить светодиод delay(1000);//задержка 1 сек digitalWrite(led3Pin, HIGH);//зажечь светодиод delay(1000);// задержка 1 сек digitalWrite(led3Pin, LOW);//потушить светодиод delay(1000);//задержка 1 сек digitalWrite(led4Pin, HIGH);//зажечь светодиод delay(1000);// задержка 1 сек digitalWrite(led4Pin, LOW);//потушить светодиод delay(1000);//задержка 1 сек }

Эта программа будет отлично работать, но это не самое рациональное решение. Код надо изменить. Для того, чтобы программа работала раз за разом мы применим конструкцию, которая называется .
Циклы удобны, когда надо повторить одно и тоже действие несколько раз. В коде, проведенном выше мы повторяем строки

DigitalWrite (led4Pin, HIGH); delay (1000); digitalWrite (led4Pin, LOW); delay (1000);
полный код скетча во вложении (скачиваний: 1187)

Регулировка яркости светодиодов

Иногда вам надо будет менять яркость светодиодов в программе. Это можно сделать с помощью команды analogWrite() . Эта команда так быстро включает и выключает светодиод, что глаз не видит это мерцание. Если светодиод половину времени будет включён, а половину выключен, то визуально будет казаться, что он светится в половину своей яркости. Это называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ или PWM по-английски). Шим применяется довольно часто, так как с ее помощью можно управлять "аналоговым" компонентом с помощью цифрового кода. Не все выводы Arduino подходят для этих целей. Только те выводы, около которых нарисовано такое обозначение "~ ". Вы увидите его рядом с выводами 3,5,6,9,10,11.
Соедините один из ваших светодиодов с одним из выводов ШИМ(у автора это вывод 9). Теперь запуститьскетч мигания светодиода, но прежде измените команду digitalWrite() на analogWrite() . analogWrite() имеет два аргумента: первый это номер вывода, а второй- значение ШИМ (0-255), применительно к светодиодам это будет их яркость свечения, а для электродвигателей скорость вращения. Ниже представлен код примера для разной яркости светодиода.
//Меняем яркость светодиода int ledPin = 9;//к этому выводу подсоединен светодиод void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);// инициализация пина на вывод } void loop() { analogWrite(ledPin, 255);//полная яркость (255/255 = 1) delay(1000);// пауза 1 сек digitalWrite(ledPin, LOW);//выключить светодиод delay(1000);//пауза 1 сек analogWrite(ledPin, 191);//яркость на 3/4 (191/255 ~= 0.75) delay(1000);//пауза 1 сек digitalWrite(ledPin, LOW);//выключить светодиод delay(1000);//пауза 1 сек analogWrite(ledPin, 127);//половина яркости (127/255 ~= 0.5) delay(1000);// пауза 1 сек digitalWrite(ledPin, LOW);//выключить светодиод delay(1000);//пауза 1 сек analogWrite(ledPin, 63);//четверть яркости (63/255 ~= 0.25) delay(1000);// пауза 1 сек digitalWrite(ledPin, LOW);//выключить светодиод delay(1000);//пауза 1 сек }

Попробуйте поменять значение ШИМ в команде analogWrite () ,чтобы увидеть, как это влияет на яркость.
Далее вы узнаете, как регулировать яркость плавно от полной до нулевой. Можно,конечно, скопировать кусок кода 255 раз
analogWrite(ledPin, brightness); delay(5);//short delay brightness = brightness + 1;
Но, сами понимаете - это будет не практично. Для этого лучше всего использовать цикл FOR, который использовали ранее.
В следующем примере используются два цикла, один для уменьшения яркости от 255 до 0
for (int brightness=0;brightness=0;brightness--){ analogWrite(ledPin,brightness); delay(5); }
delay(5) используется, чтобы замедлить скорость нарастания и уменьшения яркости 5*256=1280 мсек= 1.28 сек.)
В первой строке используется "brightness- " ,для того чтобы значение яркости уменьшалось на 1, каждый раз, когда цикл повторяется. Обратите внимание, что цикл будет работать до тех пор, пока brightness >=0 .Заменив знак > на знак >= мы включили 0 в диапазон яркости. Ниже смоделирован этот скетч. //плавно меняем яркость int ledPin = 9;//к этому пину подключен светодиод void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);// инициализация пина на выход } void loop() { //плавно увеличиваем яркость (0 to 255) for (int brightness=0;brightness=0;brightness--){ analogWrite(ledPin,brightness); delay(5); } delay(1000);//ждем 1 сек //плавно уменьшаем яркость (255 to 0) for (int brightness=255;brightness>=0;brightness--){ analogWrite(ledPin,brightness); delay(5); } delay(1000);//ждем 1 сек } }
Это видно не очень хорошо, но идея понятна.

RGB-светодиод и Arduino

RGB-светодиод на самом деле это три светодиода разного цвета в одном корпусе.

Включая разные светодиоды с различной яркостью можно комбинировать и получать разные цвета. Для Arduino, где количество градаций яркости равно 256 вы получите 256^3=16581375 возможных цветов. Реально их, конечно, будет меньше.
Светодиод, который мы будем использоваться общим катодом. Т.е. все три светодиода конструктивно соединены катодами к одному выводу. Этот вывод мы подсоединим к выводу GND. Остальные выводы, через ограничительные резисторы, надо подсоединить к выводам ШИМ. Автор использовал выводы 9-11.Таким образом можно будет управлять каждым светодиодом отдельно. В первом скетче показано, как включить каждый светодиод отдельно.

//RGB LED - test //pin connections int red = 9; int green = 10; int blue = 11; void setup(){ pinMode(red, OUTPUT); pinMode(blue, OUTPUT); pinMode(green, OUTPUT); } void loop(){ //включение/выключение красного светодиод digitalWrite(red, HIGH); delay(500); digitalWrite(red, LOW); delay(500); //включение/выключение зеленого светодиода digitalWrite(green, HIGH); delay(500); digitalWrite(green, LOW); delay(500); //включение/выключение синего светодиода digitalWrite(blue, HIGH); delay(500); digitalWrite(blue, LOW); delay(500); }

В следующем примере используются команды analogWrite() и , чтобы получать различные случайные значения яркости для светодиодов. Вы увидите разные цвета, меняющиеся случайным образом.
//RGB LED - random colors //pin connections int red = 9; int green = 10; int blue = 11; void setup(){ pinMode(red, OUTPUT); pinMode(blue, OUTPUT); pinMode(green, OUTPUT); } void loop(){ //pick a random color analogWrite(red, random(256)); analogWrite(blue, random(256)); analogWrite(green, random(256)); delay(1000);//wait one second }

Random(256) -возвращает случайное число в диапазоне от 0 до 255.
В прикрепленном файле скетч, который продемонстрирует плавные переходы цветов от красного к зеленому, затем к синему, красному, зеленому и т.д. (скачиваний: 326)
Пример скетча работает, но есть много повторяющегося кода. Можно упростить код, написав собственную вспомогательную функцию, которая будет плавно менять один цвет на другой.
Вот как она будет выглядеть: (скачиваний: 365)
Давайте рассмотрим определение функции по частям. Функция называется fader и имеет два аргумента. Каждый аргумент отделяется запятой и имеет тип объявленный в первой строке определения функции: void fader (int color1, int color2) . Вы видите, что оба аргумента объявлены как int , и им присвоены имена color1 и color2 в качестве условных переменных для определения функции. Void означает, что функция не возвращает никаких значений, она просто выполняет команды. Если надо было бы написать функцию, которая возвращала результат умножения это выглядело бы так:
int multiplier(int number1, int number2){ int product = number1*number2; return product; }
Обратите внимание, как мы объявили Тип int в качестве типа возвращаемого значения вместо
void .
Внутри функции идут команды, которые вы уже использовали в предыдущем скетче, только номера выводов заменили на color1 и color2 . Вызывается функция fader , ее аргументы вычисляются как color1 = red и color2 = green . В архиве полный скетч с использованием функций (скачиваний: 272)

Кнопка

В следующем скетче будет использоваться кнопка с нормально разомкнутыми контактами, без фиксации.

Это значит, что пока кнопка не нажата, ток через неё не идёт, а после отпускания, кнопка возвращается в исходное положение.
В схеме, помимо кнопки используется резистор. В данном случае он не ограничивает ток, а "подтягивает" кнопку к 0в (GND). Т.е. пока кнопка не нажата на выводе Arduino, к которому она подключена, будет низкий уровень. Резистор, используемый в схеме 10 кОм.

//определяем нажатие кнопки int buttonPin = 7; void setup(){ pinMode(buttonPin, INPUT);//инициализируем пин на вход Serial.begin(9600);//инициализируем последовательный порт } void loop(){ if (digitalRead(buttonPin)==HIGH){//если кнопка нажата Serial.println("pressed"); // выводим надпись "pressed" } else { Serial.println("unpressed");// иначе "unpressed" } }
В этом скетче несколько новых команд.
-эта команда принимает значение High (высокий уровень) и low (низкий уровень), того вывода, который мы проверяем. Предварительно в setup() этот вывод надо настроить на вход.
; //где buttonPin это номер вывода, куда подсоединяется кнопка.
Последовательный порт позволяет отправлять Arduino сообщения на компьютер, в то время, как сам контроллер выполняет программу. Это полезно для отладки программы, отправки сообщений на другие устройства или приложения. Чтобы включить передачу данных через последовательный порт (другое название UART или USART), надо инициализировать его в setup()

Serial.begin() имеет всего один аргумент-это скорость передачи данных между Arduino и компьютером.
скетче используется команда для вывода сообщения на экран в Arduino IDE (Tools >> Serial Monitor).
- конструкция позволяют контролировать ход выполнения программы, объеденив несколько проверок в одном месте.
If(если) digitalRead возвращает значение HIGH, то на мониторе выводится слово "нажата". Else(иначе) на мониторе выводится слово " отжата" . Теперь можно попробовать включать и выключать светодиод по нажатию кнопки.
//button press detection with LED output int buttonPin = 7; int ledPin = 8; void setup(){ pinMode(buttonPin, INPUT);//this time we will set button pin as INPUT pinMode(ledPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop(){ if (digitalRead(buttonPin)==HIGH){ digitalWrite(ledPin,HIGH); Serial.println("pressed"); } else { digitalWrite(ledPin,LOW); Serial.println("unpressed"); } }

Аналоговый вход.

analogRead позволяет считать данные с одного из аналоговых выводов Arduino и выводит значение в диапазоне от 0 (0В) до 1023 (5В). Если напряжение на аналоговом входе будет равно 2.5В, то будет напечатано 2.5 / 5 * 1023 = 512
analogRead имеет только один аргумент- Это номер аналогового входа (А0-А5). В следующем скетче приводится код считывания напряжения с потенциометра. Для этого подключите переменный резистор, крайними выводами на пины 5V и GND, а средний вывод на вход А0.

Запустите следующий код и посмотрите в serial monitor, как меняются значения в зависимости от поворота ручки резистора.
//analog input int potPin = A0;//к этому пину подсоединяется центральный вывод потенциометра void setup(){ //аналоговый пин по умолчанию включен на вход, поэтому инициализация не нужна Serial.begin(9600); } void loop(){ int potVal = analogRead(potPin);//potVal is a number between 0 and 1023 Serial.println(potVal); }
Следующий скетч объединяет скетч нажатия кнопки и скетч управления яркостью светодиода. Светодиод будет включаться от кнопки, и управлять яркостью свечения будет потенциометр.
//button press detection with LED output and variable intensity int buttonPin = 7; int ledPin = 9; int potPin = A0; void setup(){ pinMode(buttonPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop(){ if (digitalRead(buttonPin)==HIGH){//if button pressed int analogVal = analogRead(potPin); int scaledVal = map(analogVal, 0, 1023, 0, 255); analogWrite(ledPin, scaledVal);//turn on led with intensity set by pot Serial.println("pressed"); } else { digitalWrite(ledPin, LOW);//turn off if button is not pressed Serial.println("unpressed"); } }