Язык программирования Arduino. Введение в язык программирования Arduino

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!

Целевой аудиторией Ардуино являются непрофессиональные пользователи в сфере роботостроения и простейших систем автоматики. Основной продукцией является набор плат, комбинируя которые, возможно создавать различные устройства, способные выполнять широкий ряд задач.

В качестве примера, из набора плат, выпускаемых данной фирмой, можно собрать автоматическую кормушку для своих домашних животных. И это лишь один из наиболее простых примеров. Сфера их возможного применения ограничивается лишь фантазией пользователей.

Кроме печатных плат, выпускаемых под торговой маркой Arduino, у них имеется собственный язык программирования Ардуино, который основывается на широко известном в кругу программистов языке C/C++ . Давайте более подробно разберемся, что он из себя представляет.

Язык программирования Ардуино довольно прост в освоении, так как основной целевой аудиторией его применения являются любители. Однако считается одним из самых лучших языков для программирования микроконтроллеров.

Arduino IDE является бесплатной программой, скачать которую может любой желающий. На нашем сайте вы можете любую подходящую для вас версию среды. Также доступ к скачиванию IDE предоставлен на официальном сайте компании, а при желании, разработчиков можно отблагодарить, сделав денежный перевод.

Программу, написанную на языке программирования Ардуино называют скетчем. Готовые скетчи записываются на плату для их выполнения.

Среда IDE поддерживается такими операционными системами, как Windows, MacOs и Linux. На официальном сайте компании указанно, что данный язык программирования написан на Wiring, но на самом деле его не существует и для написания используется C++ с небольшими изменениями.

Что необходимо для начала работы с Arduino IDE?

Для начала нам потребуются следующие вещи:

• платы Arduino;
• кабель USB;
• компьютер с установленной на него программой Arduino IDE.

Имея этот набор, можно начинать экспериментировать с имеющимися у вас платами, записывая на них ваши первые скетчи.

Как настроить Ардуино на компьютере?

Делается это просто. Необходимо выполнить следующие действия:

• необходимо подключить собранное вами изделие к компьютеру посредством USB кабеля;
• в диспетчере устройств необходимо проверить, к какому порту подключен ваш микроконтроллер. Если он не отображается или написано, что устройство не опознано – значит, вы не правильно установили драйвер или ваша плата нуждается в диагностике;
• следующим шагом будет запуск нашего языка программирования Arduino IDE. В меню необходимо выбрать вкладку инструменты. При ее нажатии откроется список, в котором необходимо выбрать пункт – порт. Там надо выбрать порт, указанный в диспетчере устройств;
• конечным пунктом является выбор платы, которую мы будем использовать для загрузки скетчей.

Важно! При подключении вашей платы к другому USB порту все настройки будет необходимо произвести заново.

Знакомство с интерфейсом Ардуино

Одним из основных элементов ардуино является главное меню программы, которое позволяет получить доступ ко всем доступным функциям нашей программы.

Ниже расположена панель с иконками, которые отображают наиболее используемые функции Arduino IDE:

Следующим по важности элементом является вкладка с файлами проекта. Если это простой скетч, то файл будет всего один. Однако сложные скетчи могут состоять из нескольких файлов. В таком случае на панели вкладок можно быстро переключить просмотр с одного файла на другой. Это очень удобно.

Самым большим из блоков является поле редактора наших скетчей. Тут мы можем просмотреть и, при необходимости, отредактировать нужный нам программный код. Отдельно реализовано поле для вывода системных сообщений. С его помощью можно убедиться, что сохранение вашего скетча или его загрузка были проведены успешно, и вы можете приступать к следующим действиям. Также в программе существует окно, отображающее наличие в ходе компиляции вашего скетча.

Компиляция – преобразование исходного кода языка высокого уровня в машинный код или на язык ассемблера.

Основные функции языка программирования

Давайте наконец-то перейдем к самым основным функция языка программирования Ардуино.

Сразу скажем, что все функции вы можете найти в нашем удобном на .

Точка с запятой;

Точка с запятой должна следовать за каждым выражением, написанным на языке программирования Arduino. Например:

Int LEDpin = 9;

В этом выражении мы присваиваем значение переменной и обратите внимание на точку с запятой в конце. Это говорит компилятору, что вы закончили кусок кода и переходите к следующему фрагменту. Точка с запятой в коде Ардуино отделяет одно полное выражение от другого.

Двойная обратная косая черта для однострочных комментариев //

Комментарии - это то, что вы используете для комментирования кода. Хороший код хорошо комментируется. Комментарии предназначены для того, чтобы сообщать вам и всем, кто мог бы наткнуться на ваш код, то как вы думали, когда вы его написали. Хорошим комментарием было бы что-то вроде этого:

// К этому пину Arduino подключаем светодиод int LEDpin = 9;

Теперь, даже через 3 месяца когда я просматриваю эту программу я знаю о том куда подключался светодиод.

Компилятор будет игнорировать комментарии, поэтому вы можете писать все, что вам нравится. Если вам нужно много текста для комментария вы можете использовать многострочный комментарий, показанный ниже:

/* Многострочный комментарий открывается одним обратным слэшем, за которым следует звездочка. Все последующее будет выделено серым цветом и будет игнорироваться компилятором, пока вы не закроете комментарий, используя сначала звездочку, а затем обратную косую черту */

Комментарии похожи на сноски кода, но более распространены, чем те что ставят в книгах внизу страниц.

Фигурные скобки { }

Фигурные скобки используются для того, чтобы добавить инструкции, выполняемые функцией (мы обсудим функции дальше). Всегда есть открытая фигурная скобка и закрывающая фигурная скобка. Если вы забудете закрыть фигурную скобку, компилятор выведет код ошибки.

Void loop() { //эта фигурная скобка открывается //крутая программа здесь }//эта фигурная скобка закрывается

Помните - никакая фигурная скобка не может не быть закрыта!

Функции ()

Теперь пора поговорить о функциях. Функции - это фрагменты кода, которые используются так часто, что они инкапсулированы в определенные ключевые слова, чтобы вы могли использовать их более легко. Например, функцией может быть следующий набор инструкций в случае если вам нужно помыть собаку:

1. Получить ведро
2. Заполнить его водой
3. Добавить мыло
4. Найти собаку
5. Намылить собаку
6. Помыть собаку
7. Ополоснуть собаку
8. Посушить собака
9. Отложить ведро

Этот набор простых инструкций может быть инкапсулирован в функцию, которую мы можем назвать WashDog. Каждый раз, когда мы хотим выполнить все эти инструкции, мы просто набираем WashDog и вуаля - все инструкции выполняются.

В Ардуино есть определенные функции, которые часто используются в среде . Когда вы вводите их, имя функции будет оранжевым. Например, функция pinMode() является общей функцией, используемой для обозначения режима вывода Arduino.

А что с круглыми скобками после функции pinMode? Для многих функций требуются аргументы. Аргумент - это информация, которую функция использует при ее запуске. Для нашей функции WashDog аргументами могут быть имя собаки и тип мыла, а также температура и размер ведра.

PinMode(13, OUTPUT); //Устанавливает режим вывода Arduino

Аргумент 13 относится к выводу 13, а OUTPUT - режим, в котором вы хотите, чтобы пин работал. Когда вы вводите эти аргументы, в терминология это называется передачей данных, вы передаете необходимую информацию в функции. Не всем функциям требуются аргументы, но открытие и закрытие круглых скобок остаются, хотя и пустыми.

Millis(); //Получает время в миллисекундах за которое Arduino запускается

Обратите внимание, что слово OUTPUT обычно синего цвета. В языке программирования Ардуино есть определенные ключевые слова, которые часто используются, а синий цвет помогает их идентифицировать. Arduino IDE автоматически превращает их в синий цвет.

void setup ()

Функция setup (), как следует из названия, используется для настройки платы Arduino. Ардуино выполняет весь код, который содержится между фигурными скобками после setup() только один раз. Типичные вещи, которые происходят в setup() - это, например, установка режимом контактов:

Void setup() { //код между фигурными фигурными скобками выполняется только один раз }

Возможно, вам интересно что означает void перед функцией setup(). Void означает, что функция не возвращает информацию.

Некоторые функции возвращают значения - наша функция DogWash может вернуть количество ведер, необходимых для очистки собаки. Функция analogRead() возвращает целое значение от 0 до 1023. Если это сейчас кажется немного странным, не беспокойтесь, поскольку мы будем охватывать каждую общую функцию Arduino по мере продолжения курса.

Давайте рассмотрим пару вещей, которые вы должны знать о setup():

1. setup() запускается только один раз;
2. setup() должна быть первой функцией в скетче Ардуино;
3. setup() должна иметь открывающиеся и закрывающие фигурные скобки.

void loop()

Вы должны любить разработчиков Arduino, потому они сделали так, что имена функций говорят сами за себя. Как следует из названия, весь код между фигурными скобками в loop() повторяется снова и снова, а слово loop переводится именно как "цикл". Функция loop() - это место, где будет находиться тело вашей программы.

Как и в случае с setup(), функция loop() не возвращает никаких значений, поэтому перед неё предшествует слово void.

Void loop() { //любой код, который вы здесь задаете, выполняется снова и снова }

Вам кажется странным, что код работает в одном большом цикле? Это очевидное отсутствие вариации - иллюзия. Большая часть вашего кода будет иметь определенные условия ожидания, которые вызовут новые действия.

Существуют ли еще программы, работающие с Ардуино?

Помимо официальной Arduino IDE, существуют программы сторонних разработчиков, которые предлагают свои продукты для работы с микроконтроллерами на базе ардуино.

Аналогичный набор функций нам может предоставить программа, которая называется Processing. Она очень схожа с Arduino IDE, так как обе сделаны на одном движке. Processing имеет обширный набор функций, который мало уступает оригинальной программе. С помощью загружаемой библиотеки Serial пользователь может создать связь между передачей данных, которые передают друг другу плата и Processing.При этом мы можем заставить плату выполнять программы прямо с нашего ПК.

Существует еще одна интересная версия исходной программы. Называется она B4R, и главным ее отличием является использование в качестве основы не языка си, а другой язык программирования – Basic. Данный программный продукт является бесплатным. Для работы с ним существуют хорошие самоучители, в том числе и написанные создателями данного продукта.

Есть и платные варианты Arduino IDE. Одним из таких является программа PROGROMINO. Главным ее достоинством считается возможность автодополнения кода. При составлении программы вам больше не нужно будет искать информацию в справочниках. Программа сама предложит вам возможные варианты использования той или иной процедуры. В ее набор входит еще множество интересных функций, отсутствующих в оригинальной программе и способных облегчить вам работу с платами.

Конкуренты Ардуино

Данный рынок по производству микроконтроллеров для создания различных электронных схем и робототехники имеет много поклонников по всему земному шару. Данная ситуация способствует появлению на рынке не только конкурентов, которые предлагают схожие продукты. Кроме них выпускается значительное количество подделок разного качества. Одни очень тяжело отличить от оригиналов, ведь они имеют идентичное качество, другие обладают очень плохими характеристиками и могут вовсе не работать с оригинальными продуктами.

Существуют даже платы Arduino, которые поддерживают работу микропроцессоров с интерпретаторами JavaScript. Актуальны они, в первую очередь, для тех, кто желает использовать язык Java вместо Си. Ведь он более прост, и позволяет добиваться результатов с повышенной скоростью. Однако данные платы являются более дорогими по отношению к ардуино, что является существенным минусом.

Если вы ищите себе хобби и вам интересно такое направление, как электротехника, вы смело можете выбирать для этого Arduino. Плюсов такое хобби имеет массу. Вы будете развиваться в интеллектуальном плане, так как данное занятие потребует от вас знаний в разных областях.

Помимо развлечений, ваше хобби поможет вам в создании массы полезных изделий, которые вы сможете использовать для облегчения повседневной жизни. С каждым разом вы будете находить все новые и новые способы использования вашего увлечения.

Освоить данное занятие будет не так сложно, благодаря наличию большого количества учебников и самоучителей. В дальнейшем вы найдете множество единомышленников по всему миру, которые поделятся с вами своими знаниями и дадут вам стимул для совершения новых экспериментов!

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:

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:

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

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

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.

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.

Введение

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

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

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

Serial.begin(9600);

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

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

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

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

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

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

Структура программы

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

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

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

Разберем простой пример:

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

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

pinMode (порт, режим);

Описание:

Конфигурирует указанный порт на ввод или вывод сигнала.

Параметры:

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

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

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

Примечание:

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

digitalWrite(порт, значение);

Описание:

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

Параметры:

порт: номер порта

значение: HIGH или LOW

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

value = digitalRead (порт);

Описание:

Считывает значение на указанном порту

Параметры:

порт: номер опрашиваемого порта

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

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

Примечание:

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

Аналоговый ввод/вывод сигнала

value = analogRead(порт);

Описание:

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

Параметры:

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

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

Примечание:

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

analogWrite(порт, значение);

Описание:

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

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

Параметры:

порт: номер опрашиваемого аналогового входа

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

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

Примечание:

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

Частота генерирования сигнала – приблизительно 490 Гц.

time = millis();

Описание:

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

Возвращаемое значение: возвращает значение типа unsigned long

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

delay(время_мс);

Описание:

Приостанавливает программу на заданное число миллисекунд.

Параметры:

время_мс – время задержки программы в миллисекундах

delay(1000); //пауза 1 секунда

delayMicroseconds

delayMicroseconds(время_мкс);

Описание:

Приостанавливает программу на заданное число микросекунд.

Параметры:

время_мкс – время задержки программы в микросекундах

delayMicroseconds(500); //пауза 500 микросекунд

pulseIn(порт, значение);

Описание:

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

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

Параметры:

порт: номер порта, с которого считываем импульс

значение: тип импульса HIGH или LOW

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

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

Последовательная передача данных

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

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

Serial.begin(скорость_передачи);

Описание:

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

Параметры:

скорость_передачи: скорость потока данных в битах в секунду.

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

Serial.available

count = Serial.available();

Описание:

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

Возвращаемое значение:

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

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

char = Serial.read();

Описание:

Считывает следующий байт из буфера последовательного порта.

Возвращаемое значение:

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

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

Описание:

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

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

Описание:

Вывод данных на последовательный порт.

Параметры:

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

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

int b = 79;

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

int b = 79;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Описание:

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

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

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

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

В мониторе последовательного порта получим.

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!