Arduino на языке си. Ардуино язык программирования

Подробно Arduino язык программирования для начинающих представлен в таблице далее. Микроконтроллер Arduino программируется на специальном языке программирования, основанном на C/C ++. Язык программирования Arduino является разновидностью C++, другими словами, не существует отдельного языка программирования для Arduino. Скачать книгу PDF можно в конце страницы.

В Arduino IDE все написанные скетчи компилируются в программу на языке C/C++ с минимальными изменениями. Компилятор Arduino IDE значительно упрощает написание программ для этой платформы и создание устройств на Ардуино становится намного доступней людям, не имеющих больших познаний в языке C/C++. Дадим далее небольшую справку с описанием основных функций языка Arduino с примерами.

Подробный справочник языка Ардуино

Язык можно разделить на четыре раздела: операторы, данные, функции и библиотеки.

Язык Arduino	Пример	Описание
Операторы
setup()	void setup () { pinMode (3, INPUT ); }	Функция используется для инициализации переменных, определения режимов работы выводов на плате и т.д. Функция запускается только один раз, после каждой подачи питания на микроконтроллер.
loop()	void loop () { digitalWrite (3, HIGH ); delay(1000); digitalWrite (3, LOW ); delay(1000); }	Функция loop крутится в цикле, позволяя программе совершать вычисления и реагировать на них. Функции setup() и loop() должны присутствовать в каждом скетче, даже если эти операторы в программе не используются.
Управляющие операторы
if	… if (x > if (x < 100) digitalWrite (3, LOW ); …	Оператор if используется в сочетании с операторами сравнения (==, !=, <, >) и проверяет, достигнута ли истинность условия. Например, если значение переменной x больше 100, то включается светодиод на выходе 13, если меньше — светодиодвыключается.
if..else	… if (x > 100) digitalWrite (3, HIGH ); else digitalWrite (3, LOW ); …	Оператор else позволяет cделать проверку отличную от указанной в if, чтобы осуществлять несколько взаимо исключающих проверок. Если ни одна из проверок не получила результат ИСТИНА, то выполняется блок операторов в else.
switch…case	… switch (x) { case 3: break ; } …	Подобно if, оператор switch управляет программой, позволяя задавать действия, которые будут выполняться при разных условиях. Break является командой выхода из оператора, default выполняется, если не выбрана ни одна альтернатива.
for	void setup () { pinMode (3, OUTPUT ); } void loop () { for (int i=0; i <= 255; i++){ analogWrite (3, i); delay(10); } }	Конструкция for используется для повторения операторов, заключенных в фигурные скобки. Например, плавное затемнение светодиода. Заголовок цикла for состоит из трех частей: for (initialization; condition; increment) — initialization выполняется один раз, далее проверяется условие condition, если условие верно, то выполняется приращение increment. Цикл повторяется пока не станет ложным условие condition.
while	void loop () { while (x < 10) { x = x + 1; Serial.println (x); delay (200); } }	Оператор while используется, как цикл, который будет выполняться, пока условие в круглых скобках является истиной. В примере оператор цикла while будет повторять код в скобках бесконечно до тех пор, пока x будет меньше 10.
do…while	void loop () { do { x = x + 1; delay (100); Serial.println (x); } while (x < 10); delay (900); }	Оператор цикла do…while работает так же, как и цикл while. Однако, при истинности выражения в круглых скобках происходит продолжение работы цикла, а не выход из цикла. В приведенном примере, при x больше 10 операция сложения будет продолжаться, но с паузой 1000 мс.
break continue	switch (x) { case 1: digitalWrite (3, HIGH ); case 2: digitalWrite (3, LOW ); case 3: break ; case 4: continue ; default : digitalWrite (4, HIGH ); }	Break используется для принудительного выхода из циклов switch, do, for и while, не дожидаясь завершения цикла. Оператор continue пропускает оставшиеся операторы в текущем шаге цикла.
Синтаксис
; (точка с запятой)	… digitalWrite (3, HIGH ); …	Точка с запятой используется для обозначения конца оператора. Забытая в конце строки точка с запятой приводит к ошибке при компиляции.
{} (фигурные скобки)	void setup () { pinMode (3, INPUT ); }	Открывающая скобка “{” должна сопровождаться закрывающей скобкой “}”. Непарные скобки могут приводить к скрытым и непонятным ошибкам при компиляции скетча.
// (комментарий)	x = 5; // комментарий

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!

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.

Изучение микроконтроллеров кажется чем-то сложным и непонятным? До появления Арудино - это было действительно не легко и требовало определенный набор программаторов и прочего оборудования.

Это своего рода электронный конструктор. Изначальная задача проекта - это позволить людям легко обучаться программированию электронных устройств, при этом уделяя минимальное время электронной части.

Сборка сложнейших схем и соединение плат может осуществляться без паяльника, а с помощью перемычек с разъёмными соединениями «папа» и «мама». Так могут подключаться как навесные элементы, так и платы расширения, которые на лексиконе ардуинщиков зовут просто «Шилды» (shield).

Какую первую плату Arduino купить новичку?

Базовой и самой популярной платой считается . Эта плата размером напоминает кредитную карту. Довольно крупная. Большинство шилдов которые есть в продаже идеально подходят к ней. На плате для подключения внешних устройств расположены гнезда.

В отечественных магазинах на 2017 год её цена порядка 4-5 долларов. На современных моделях её сердцем является Atmega328.

Изображение платы ардуино и расшифровка функций каждого вывода, Arduino UNO pinout

Микроконтроллер на данной плате это длинна микросхема в корпусе DIP28, что говорит о том, что у него 28 ножек.

Следующая по популярности плата, стоит почти в двое дешевле предыдущей - 2-3 доллара. Это плата . Актуальные платы построены том же Atmega328, функционально они аналогичны с UNO, различия в размерах и решении согласования с USB, об этом позже подробнее. Еще одним отличием является то, что для подключения к плате устройств предусмотрены штекера, в виде иголок.

Количество пинов (ножек) этой платы совпадает, но вы можете наблюдать что микроконтроллер выполнен в более компактном корпусе TQFP32, в корпусе добавлены ADC6 и ADC7, другие две «лишних» ножки дублируют шину питания. Её размеры довольно компактные - примерно, как большой палец вашей руки.

Третья по популярности плата - это , на ней нет USB порта для подключения к компьютеру, как осуществляется связь я расскажу немного позже.

Это самая маленькая плата из всех рассмотренных, в остальном она аналогична предыдущим двум, а её сердцем является по-прежнему Atmega328. Другие платы рассматривать не будем, так как это статья для начинающих, да и сравнение плат - это тема отдельной статьи.

В верхней части схема подключения USB-UART, пин «GRN» - разведен на цепь сброса микроконтроллера, может называться по иному, для чего это нужно вы узнаете далее.

Если UNO удобна для макетирования, то Nano и Pro Mini удобны для финальных версий вашего проекта, потому что занимают мало места.

Как подключить Arduino к компьютеру?

Arduino Uno и Nano подключаются к компьютеру по USB. При этом нет аппаратной поддержки USB порта, здесь применено схемное решение преобразования уровней, обычно называемое USB-to-Serial или USB-UART (rs-232). При этом в микроконтроллер прошит специальный Arduino загрузчик, который позволяет прошиваться по этим шинам.

В Arduino Uno реализована эта вязь на микроконтроллере с поддержкой USB - ATmega16U2 (AT16U2). Получается такая ситуация, что дополнительный микроконтроллер на плате нужен для прошивки основного микроконтроллера.

В Arduino Nano это реализовано микросхемой FT232R, или её аналогом CH340. Это не микроконтроллер — это преобразователь уровней, этот факт облегчает сборку Arduino Nano с нуля своими руками.

Обычно драйвера устанавливаются автоматически при подключении платы Arduino. Однако, когда я купил китайскую копию Arduino Nano, устройство было опознано, но оно не работало, на преобразователе была наклеена круглая наклейка с данными о дате выпуска, не знаю нарочно ли это было сделано, но отклеив её я увидел маркировку CH340.

До этого я не сталкивался с таким и думал, что все USB-UART преобразователи собраны на FT232, пришлось скачать драйвера, их очень легко найти по запросу «Arduino ch340 драйвера». После простой установки - всё заработало!

Через этот же USB порт может и питаться микроконтроллер, т.е. если вы подключите его к адаптеру от мобильного телефона - ваша система будет работать.

Что делать если на моей плате нет USB?

Плата Arduino Pro Mini имеет меньшие габариты. Это достигли тем что убрали USB разъём для прошивки и тот самый USB-UART преобразователь. Поэтому его нужно докупить отдельно. Простейший преобразователь на CH340 (самый дешевый), CPL2102 и FT232R, продаётся стоит от 1 доллара.

При покупке обратите внимание на какое напряжение рассчитан этот переходник. Pro mini бывает в версиях 3.3 и 5 В, на преобразователях часто расположен джампер для переключения напряжения питания.

При прошивке Pro Mini, непосредственно перед её началом необходимо нажимать на RESET, однако в преобразователях с DTR это делать не нужно, схема подключения на рисунке ниже.

Стыкуются они специальными клеммами «Мама-Мама» (female-female).

Собственно, все соединения можно сделать с помощью таких клемм (Dupont), они бывают как с двух сторон с гнездами, так и со штекерами, так и с одной стороны гнездо, а с другой штекер.

Как писать программы для Arduino?

Для работы со скетчами (название прошивки на языке ардуинщиков), есть специальная интегрированная среда для разработки Arduino IDE, скачать бесплатно её можно с официального сайта или с любого тематического ресурса, с установкой проблем обычно не возникает.

Так выглядит интерфейс программы. Писать программы можно на специально разработанном для ардуино упрощенном языке C AVR, по сути это набор библиотек, который называют Wiring, а также на чистом C AVR. Использование которого облегчает код и ускоряет его работу.

В верхней части окна присутствует привычное меню, где можно открыть файл, настройки, выбрать плату, с которой вы работаете (Uno, Nano и много-много других) а также открыть проекты с готовыми примерами кода. Ниже расположен набор кнопок для работы с прошивкой, назначение клавиш вы увидите на рисунке ниже.

В нижней части окна - область для вывода информации о проекте, о состоянии кода, прошивки и наличии ошибок.

Основы программирования в Arduino IDE

В начале кода нужно объявить переменные и подключить дополнительные библиотеки, если они имеются, делается это следующим образом:

#include biblioteka.h; // подключаем библиотеку с названием “Biblioteka.h”

#define peremennaya 1234; // Объявляем переменную со значением 1234

Команда Define дают компилятору самому выбрать тип переменной, но вы можете его задать вручную, например, целочисленный int, или с плавающей точкой float.

int led = 13; // создали переменную “led” и присвоили ей значение «13»

Программа может определять состояние пина, как 1 или 0. 1 -это логическая единица, если пин 13 равен 1, то напряжение на его физической ножке будет равняться напряжению питания микроконтроллера (для ардуино UNO и Nano - 5 В)

Запись цифрового сигнала осуществляется командой digitalWrite (пин, значение), например:

digitalWrite(led, high); //запись единицы в пин 13(мы его объявили выше) лог. Единицы.

Как вы могли понять обращение к портам идёт по нумерации на плате, соответствующей цифрой. Вот пример аналогичного предыдущему коду:

digitalWrite (13, high); // устанавливаем вывод 13 в едиицу

Часто востребованная функция задержки времени вызывается командой delay(), значение которой задаётся в миллисекундах, микросекунды достигаются с помощью

delayMicroseconds() Delay (1000); //микроконтроллер будет ждать 1000 мс (1 секунду)

Настройки портов на вход и выход задаются в функции void setup{}, командой:

pinMode(NOMERPORTA, OUTPUT/INPUT); // аргументы - название переменной или номер порта, вход или выход на выбор

Понимаем первую программу «Blink»

В качестве своеобразного «Hello, world» для микроконтроллеров является программа мигания светодиодом, давайте разберем её код:

В начале командой pinMode мы сказали микроконтроллеру назначить порт со светодиодом на выход. Вы уже заметили, что в коде нет объявления переменной “LED_BUILTIN”, дело в том, что в платах Uno, Nano и других с завода к 13 выводу подключен встроенный светодиод и он распаян на плате. Он может быть использован вами для индикации в ваших проектах или для простейшей проверки ваших программ-мигалок.

Далее мы установили вывод к которому подпаян светодиод в единицу (5 В), следующая строка заставляет МК подождать 1 секунду, а затем устанавливает пин LED_BUILTIN в значение нуля, ждет секунду и программа повторяется по кругу, таким образом, когда LED_BUILTIN равен 1 - светодиод(да и любая другая нагрузка подключенная к порту) включен, когда в 0 - выключен.

Читаем значение с аналогового порта и используем прочитанные данные

Микроконтроллер AVR Atmega328 имеет встроенный 10 битный аналогово цифровой преобразователь. 10 битный АЦП позволяет считывать значение напряжение от 0 до 5 вольт, с шагом в 1/1024 от всего размаха амплитуды сигнала (5 В).

Чтобы было понятнее рассмотрим ситуацию, допустим значение напряжения на аналоговом входе 2.5 В, значит микроконтроллер прочитает значение с пина «512», если напряжение равно 0 - «0», а если 5 В - (1023). 1023 - потому что счёт идёт с 0, т.е. 0, 1, 2, 3 и т.д. до 1023 - всего 1024 значения.

Вот как это выглядит в коде, на примере стандартного скетча «analogInput»

int sensorPin = A0;

int ledPin = 13;

int sensorValue = 0;

pinMode(ledPin, OUTPUT);

sensorValue = analogRead(sensorPin);

digitalWrite(ledPin, HIGH);

delay(sensorValue);

digitalWrite(ledPin, LOW);

delay(sensorValue);

Объявляем переменные:

Ledpin - самостоятельно назначаем пин со встроенным светодиодом на выход и даём индивидуальное имя;

sensorPin - аналоговый вход, задаётся соответственно маркировке на плате: A0, A1, A2 и т.д.;

sensorValue - переменная для хранения целочисленного прочитанного значения и дальнейшей работы с ним.

Код работает так: sensorValue сохраняем прочитанное с sensorPin аналоговое значение (команда analogRead). - здесь работа с аналоговым сигналом заканчивается, дальше всё как в предыдущем примере.

Записываем единицу в ledPin, светодиод включается и ждем время равное значению sensorValue, т.е. от 0 до 1023 миллисекунд. Выключаем светодиод и снова ждем этот период времени, после чего код повторяется.

Таким образом положением потенциометра мы задаем частоту миганий светодиода.

Функция map для Арудино

Не все функции для исполнительных механизмов (мне ни одной не известно) в качестве аргумента поддерживают «1023», например, сервопривод ограничен углом поворота, т.е на пол оборотоа (180 градуов) (пол оборота) сервомоторчика максимальный аргумент функции равен «180»

Теперь о синтаксисе: map (значение которое мы переводим, минимальная величина входного, максимальная величина входного, минимальная выходного, максимальная выходного значения).

В коде это выглядит так:

(map(analogRead(pot), 0, 1023, 0, 180));

Мы считываем значение с потенциометра (analogRead(pot))от 0 до 1023, а на выходе получаем числа от 0 до 180

Значения карты величин:

На практике применим это к работе коду того-же сервопривода, взгляните на код с Arduino IDE, если вы внимательно читали предыдущие разделы, то он пояснений не требует.

И схема подключения.

Выводы Ардуино - очень удобное средство для обучения работы с микроконтроллерами. А если использовать чистый C AVR, или как его иногда называют «Pure C» - вы значительно уменьшите вес кода, и его больше поместиться в память микроконтроллера, в результате вы получите отличную отладочную плату заводского исполнения с возможностью прошивки по USB.

Мне нравится ардуино. Жаль, что её многие опытные программисты микроконтроллеров безосновательно ругают, что она слишком упрощена. Упрощен, в принципе, только язык, но никто не заставляет пользоваться именно им, плюс вы можете прошить микроконтроллер через ICSP разъём, и залить туда тот код, который вам хочется, без всяких ненужных Вам бутлоадеров.

Для тех, кто хочет проиграться с электроникой, как продвинутый конструктор - отлично подойдёт, а для опытных программистов как плата, не требующая сборки, тоже станет полезной!

Еще больше информации про Ардуино и особенности его использования в различных схемах смотрите в электронной книге - .

Итак, у вас есть процессор. Вы наверняка понимаете, что процессор можно как-то запрограммировать, чтобы он делал то, что вы хотите. Для того, чтобы была выполнена полезная работа необходимо (а) написать полезную программу и (б) отдать её процессору для исполнения.

В целом, не важно какой именно у вас процессор: последний Intel Pentium в вашем ноутбуке или микроконтроллер на плате Arduino. Принципы написания программы, т.е. программирования , в обоих случаях одни и те же. Различается лишь быстродействие и объём возможностей по работе с другими устройствами.

Что такое программа и куда её писать

Процессор несмотря на всю сложность производства, по сути своей, довольно простая и прямолинейная вещь. Думать он не умеет. Он умеет лишь слепо, байт за байтом исполнять инструкции, которые ему подсунули. Можно привести грубый пример последовательности инструкций:

Байт инструкции	Что он означает для процессора
00001001	означает: взять следующий байт и запомнить его в ячейке №1
00000110	…это как раз следующий байт, который мы запоминаем в ячейке №1: число 5
00011001	означает: отнять от значения в ячейке №1 единицу и оставить там обновлённый результат
00101001	означает: сравнить значение в ячейке №1 с нулём и если оно ноль - перепрыгнуть через столько байт, сколько указано в следующем байте
00000100	…если результат был ноль, мы хотим прыгнуть через 4 байта, к предпоследней инструкции
10000011
01000001	…букве «A» как раз соответствует этот код
00101000	означает, что мы хотим прыгнуть назад на столько байт, сколько указано в следующем байте
00000110	…прыгать будем на 6 байт назад, к инструкции №3
10000011	означает, что мы хотим вывести на экран символ, код которого записан в следующем байте
00100001	…знаку «!» как раз соответствует этот код

В результате исполнения такой последовательности инструкций на экран будет выведена паническая фраза «АААА!».

Довольно много кода для такой простой цели! Понятно, что если бы все программы писались вот так, непосредственно, разработка сложных продуктов занимала бы века.

Зачем нужны языки программирования

Для упрощения задачи в миллион раз были придуманы языки программирования. Их очень много и даже из тех, что постоянно на слуху можно быстро вспомнить десяток-другой: Assembler, C, C++, C#, Java, Python, Ruby, PHP, Scala, JavaScript.

Программы на этих языках гораздо ближе к естественному языку человека. А следовательно их проще, быстрее и приятнее писать, а что самое главное, их гораздо проще читать : вам сразу после написания, вам через год или вашему коллеге.

Проблема в том, что такие языки не понятны процессору и перед тем как отдать ему эту программу, её нужно скомпилировать : перевести с естественного языка в те самые инструкции в виде нулей и единиц. Этим занимаются программы, которые называются компиляторами . У каждого языка, если только он не остался на уровне фантазий, есть свой компилятор. Для популярных языков их обычно несколько на выбор, от разных производителей и для разных платформ. Большинство из них свободно доступно в интернете.

Итак, есть программы на вполне понятном человеку языке: их ещё называют «исходным кодом», просто «кодом» или «исходниками». Они пишутся в простые текстовые файлы с помощью любого текстового редактора, хоть с помощью notepad. Затем они превращаются в понятные процессору наборы нулей и единиц с помощью компилятора: компилятор получает на вход исходный код, а на выходе создаёт бинарный исполняемый файл , тот самый, понятный процессору.

Бинарные файлы не пригодны для чтения и предназначены, в общем, лишь для исполнения процессором. Они могут иметь разный тип в зависимости от того для чего получены: .exe - это программы для Windows, .hex - программы для исполнения микроконтроллером типа Arduino и т.п.

Почему же существует столько языков программирования и в чём разница?

Почему? Потому что на Земле много людей и компаний, и многие считали, что могут сделать лучше всех: удобнее, понятнее, быстрее, стройнее.

В чём разница: разные языки - это разный баланс скорости написания, понятности при чтении и скорости исполнения.

Посмотрим на одну и ту же программу, которая выводит на экран песенку про 99 бутылок пива на разных языках программирования.

Например, язык Perl. Пишется быстро; понять, что имел в виду программист невозможно; исполняется медленно:

sub b{ $n = 99 - @_ - $_ || No; "$n bottle" . "s" x!!-- $n . " of beer" } ; $w = " on the wall" ; die map { b. "$w,\n " . b. ",\n Take one down, pass it around,\n " . b(0 ) . "$w.\n \n " } 0 .. 98

Язык Java. Пишется относительно долго; читается просто; исполняется довольно быстро, но занимает много памяти:

class bottles { public static void main(String args ) { String s = "s" ; for (int beers= 99 ; beers>- 1 ; ) { System .out .print (beers + " bottle" + s + " of beer on the wall, " ) ; System .out .println (beers + " bottle" + s + " of beer, " ) ; if (beers== 0 ) { System .out .print ("Go to the store, buy some more, " ) ; System .out .println ("99 bottles of beer on the wall.\n " ) ; System .exit (0 ) ; } else System .out .print ("Take one down, pass it around, " ) ; s = (-- beers == 1 ) ? "" : "s" ; System .out .println (beers + " bottle" + s + " of beer on the wall.\n " ) ; } } }

Язык Assembler. Пишется долго; читается сложно; исполняется очень быстро:

code segment assume cs : code , ds : code org 100h start : ; Main loop mov cx , 99 ; bottles to start with loopstart: call printcx ; print the number mov dx , offset line1 ; print the rest of the first line mov ah , 9 ; MS-DOS print string routine int 21h call printcx ; print the number mov dx , offset line2_3 ; rest of the 2nd and 3rd lines mov ah , 9 int 21h dec cx ; take one down call printcx ; print the number mov dx , offset line4 ; print the rest of the fourth line mov ah , 9 int 21h cmp cx , 0 ; Out of beer? jne loopstart ; if not, continue int 20h ; quit to MS-DOS ; subroutine to print CX register in decimal printcx: mov di , offset numbufferend ; fill the buffer in from the end mov ax , cx ; put the number in AX so we can divide it printcxloop: mov dx , 0 ; high-order word of numerator - always 0 mov bx , 10 div bx ; divide DX:AX by 10. AX=quotient, DX=remainder add dl , "0" ; convert remainder to an ASCII character mov [ ds : di ] , dl ; put it in the print buffer cmp ax , 0 ; Any more digits to compute? je printcxend ; if not, end dec di ; put the next digit before the current one jmp printcxloop ; loop printcxend: mov dx , di ; print, starting at the last digit computed mov ah , 9 int 21h ret ; Data line1 db " bottles of beer on the wall," , 13 , 10 , "$" line2_3 db " bottles of beer," , 13 , 10 , "Take one down, pass it around," , 13 , 10 , "$" line4 db " bottles of beer on the wall." , 13 , 10 , 13 , 10 , "$" numbuffer db 0 , 0 , 0 , 0 , 0 numbufferend db 0 , "$" code ends end start

На чём программируется Arduino

Если говорить об Arduino или о микроконтроллерах от компании Atmel, на каком языке можно писать программы для них? Теоретический ответ: на любом. Но на практике, выбор ограничивается языками Assembler, C и C++. Это связанно с тем, что в сравнении с настольным компьютером у них очень ограниченные ресурсы. Килобайты памяти, а не гигабайты. Мегагерцы на процессоре, а не гигагерцы. Это плата за дешевизну и энергоэффективность.

Поэтому нужен язык, который может компилироваться и исполняться эффективно. То есть переводиться в те самые нули и единицы из инструкций как можно оптимальнее, без расходов драгоценных инструкций и памяти в пустую. Подобной эффективностью как раз и обладают названные языки. Используя их даже в узких рамках ресурсов микроконтроллера, можно писать богатые возможностями программы, которые работают быстро.

Assembler, как вы видели, нельзя назвать самым простым и элегантным и, как результат, флагманским языком для Arduino является C/C++.

Во многих источниках говорится, что Arduino программируется на языке Arduino, Processing, Wiring. Это не совсем корректное утверждение. Arduino программируется на C/C++, а то, что называется этими словами - это просто удобный «обвес», который позволяет решать многие типичные задачи, не изобретая велосипед каждый раз.

Почему C и C++ упоминаются в одном предложении? C++ - это надстройка над C. Всякая программа на C является корректной программой для C++, но не наоборот. Вы можете пользоваться и тем и другим. Чаще всего вы даже не будете задумываться о том, что используете, решая текущую задачу.

Ближе к делу: первая программа

Давайте напишем первую программу для Arduino и заставим плату её исполнять. Вам необходимо создать текстовый файл с исходным кодом, скомпилировать его и подсунуть полученный бинарный файл микроконтроллеру на плате.

Пойдём по порядку. Напишем исходный код. Можно написать его в блокноте или любом другом редакторе. Однако для того, чтобы работа была удобной, существуют так называемые среды разработки (IDE: Integrated Development Environment). Они в виде единого инструмента предоставляют и текстовый редактор с подсветкой и подсказками, и компилятор, запускаемый по кнопке, и много других радостей. Для Arduino такая среда называется Arduino IDE. Она свободно доступна для скачивания на официальном сайте.

Установите среду и запустите её. В появившемся окне вы увидите: большая часть места отдана текстовому редактору. В него и пишется код. Код в мире Arduino ещё называют скетчем .

Итак, давайте напишем скетч, который ничего не делает. То есть минимально возможную правильную программу на C++, которая просто прожигает время.

void setup() { } void loop() { }

Не будем пока заострять внимание на значении написанного кода. Скомпилируем его. Для этого в Arduino IDE, на панели инструментов есть кнопка «Verify». Нажмите её и через несколько секунд бинарный файл будет готов. Об этом возвестит надпись «Done compiling» под текстовым редактором.

В результате, у нас получился бинарный файл с расширением.hex , который может исполнять микроконтроллер.

Теперь необходимо подсунуть его Arduino. Этот процесс называется загрузкой, прошивкой или заливкой. Для выполнения загрузки в Arduino IDE, на панели инструментов есть кнопка «Upload». Соедините Arduino с компьютером через USB-кабель, нажмите «Upload» и через несколько мгновений программа будет загружена в Arduino. При этом программа, которая была там ранее будет стёрта.

Об успешной прошивке возвестит надпись «Done Uploading».

Если при попытке загрузки вы столкнулись с ошибкой убедитесь, что:

В меню Tools → Board выбран тот порт, к которому действительно подключена Arduino. Можете повставлять и повынимать USB-кабель, чтобы понять какой порт появляется и исчезает: это и есть Arduino.

Вы установили необходимые драйверы для Arduino. Это необходимо для Windows, не требуется под Linux и необходимо только для старых плат до Arduino Duemilanove на MacOS.

Поздравляем! Вы прошли весь путь от чистого листа до работающей программы в Arduino. Пусть она ничего и не делает, но это уже успех.