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
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!
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.
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 | |
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 - .
Этот урок дает минимальные знания, необходимые для программирования систем Ардуино на языке C. Можно только просмотреть его и в дальнейшем использовать как справочную информацию. Тем, кто программировал на C в других системах можно пропустить статью.
Повторю, что это минимальная информация. Описание указателей, классов, строковых переменных и т.п. будет дано в последующих уроках. Если что-то окажется непонятным, не беспокойтесь. В дальнейших уроках будет много примеров и пояснений.
Структура программы Ардуино.
Структура программы Ардуино достаточно проста и в минимальном варианте состоит из двух частей setup() и loop().
void setup() {
void loop() {
Функция setup() выполняется один раз, при включении питания или сбросе контроллера. Обычно в ней происходят начальные установки переменных, регистров. Функция должна присутствовать в программе, даже если в ней ничего нет.
После завершения setup() управление переходит к функции loop(). Она в бесконечном цикле выполняет команды, записанные в ее теле (между фигурными скобками). Собственно эти команды и совершают все алгоритмические действия контроллера.
Первоначальные правила синтаксиса языка C.
; точка с запятой Выражения могут содержать сколь угодно много пробелов, переносов строк. Признаком завершения выражения является символ ”точка с запятой ”.
z = x + y;
z= x
+ y ;
{ } фигурные скобки определяют блок функции или выражений. Например, в функциях setup() и loop().
/* … */ блок комментария , обязательно закрыть.
/* это блок комментария */
// однострочный комментарий , закрывать не надо, действует до конца строки.
// это одна строка комментария
Переменные и типы данных.
Переменная это ячейка оперативной памяти, в которой хранится информация. Программа использует переменные для хранения промежуточных данных вычислений. Для вычислений могут быть использованы данные разных форматов, разной разрядности, поэтому у переменных в языке C есть следующие типы.
| Тип данных | Разрядность, бит | Диапазон чисел |
| boolean | 8 | true, false |
| char | 8 | -128 … 127 |
| unsigned char | 8 | 0 … 255 |
| byte | 8 | 0 … 255 |
| int | 16 | -32768 … 32767 |
| unsigned int | 16 | 0 … 65535 |
| word | 16 | 0 … 65535 |
| long | 32 | -2147483648 … 2147483647 |
| unsigned long | 32 | 0 … 4294967295 |
| short | 16 | -32768 … 32767 |
| float | 32 | -3.4028235+38 … 3.4028235+38 |
| double | 32 | -3.4028235+38 … 3.4028235+38 |
Типы данных выбираются исходя из требуемой точности вычислений, форматов данных и т.п. Не стоит, например, для счетчика, считающего до 100, выбирать тип long. Работать будет, но операция займет больше памяти данных и программ, потребует больше времени.
Объявление переменных.
Указывается тип данных, а затем имя переменной.
int x; // объявление переменной с именем x типа int
float widthBox; // объявление переменной с именем widthBox типа float
Все переменные должны быть объявлены до того как будут использоваться.
Переменная может быть объявлена в любой части программы, но от этого зависит, какие блоки программы могут ее использовать. Т.е. у переменных есть области видимости.
int mode; // переменная доступна всем функциям
void setup() {
// пустой блок, начальные установки не требуются
}
void loop() {
long count; // переменная count доступна только в функции loop()
for (int i=0; i < 10;) // переменная i доступна только внутри цикла
{
i++;
}
}
При объявлении переменной можно задать ее начальное значение (проинициализировать).
int x = 0; // объявляется переменная x с начальным значением 0
char d = ‘a’; // объявляется переменная d с начальным значением равным коду символа ”a”
При арифметических операциях с разными типами данных происходит автоматическое преобразование типов данных. Но лучше всегда использовать явное преобразование.
int x; // переменная int
char y; // переменная char
int z; // переменная int
z = x + (int) y; // переменная y явно преобразована в int
Арифметические операции.
Операции отношения.
Логические операции.
Операции над указателями.
Битовые операции.
| & | И |
| | | ИЛИ |
| ^ | ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ |
| ~ | ИНВЕРСИЯ |
| << | СДВИГ ВЛЕВО |
| >> | СДВИГ ВПРАВО |
Операции смешанного присваивания.
Выбор вариантов, управление программой.
Оператор IF проверяет условие в скобках и выполняет последующее выражение или блок в фигурных скобках, если условие истинно.
if (x == 5) // если x=5, то выполняется z=0
z=0;
if (x > 5) // если x >
{ z=0; y=8; }
IF … ELSE позволяет сделать выбор между двух вариантов.
if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}
{
z=0;
y=0;
}
ELSE IF – позволяет сделать множественный выбор
if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}
else if (x > 20) // если x > 20, выполняется этот блок
{
}
else // в противном случае выполняется этот блок
{
z=0;
y=0;
}
SWITCH CASE - множественный выбор. Позволяет сравнить переменную (в примере это x) с несколькими константами (в примере 5 и 10) и выполнить блок, в котором переменная равна константе.
switch (x) {
case 5:
// код выполняется если x = 5
break;
case 10:
// код выполняется если x = 10
break;
default:
// код выполняется если не совпало ни одно предыдущее значение
break;
}
Цикл FOR . Конструкция позволяет организовывать циклы с заданным количеством итераций. Синтаксис выглядит так:
for (действие до начала цикла;
условие продолжения цикла;
действие в конце каждой итерации) {
// код тела цикла
Пример цикла из 100 итераций.
for (i=0; i < 100; i++) // начальное значение 0, конечное 99, шаг 1
{
sum = sum + I;
}
Цикл WHILE . Оператор позволяет организовывать циклы с конструкцией:
while (выражение)
{
// код тела цикла
}
Цикл выполняется до тех пор, пока выражение в скобках истинно. Пример цикла на 10 итераций.
x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
x++;
}
DO WHILE – цикл с условием на выходе.
do
{
// код тела цикла
} while (выражение);
Цикл выполняется пока выражение истинно.
BREAK
– оператор выхода из цикла. Используется для того, чтобы прервать выполнение циклов for, while, do while.
x = 0;
while (x < 10)
{
if (z > 20) break; // если z > 20, то выйти из цикла
// код тела цикла
x++;
}
GOTO – оператор безусловного перехода.
goto metka1; // переход на metka1
………………
metka1:
CONTINUE - пропуск операторов до конца тела цикла.
x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
if (z > 20) continue; // если z > 20, то вернуться на начало тела цикла
// код тела цикла
x++;
}
Массивы.
Массив это область памяти, где последовательно хранятся несколько переменных.
Объявляется массив так.
int ages; // массив из 10 переменных типа int
float weight; // массив из 100 переменных типа float
При объявлении массивы можно инициализировать:
int ages = { 23, 54, 34, 24, 45, 56, 23, 23, 27, 28};
Обращаются к переменным массивов так:
x = ages; // x присваивается значение из 5 элемента массива.
ages = 32; // 9 элементу массива задается значение 32
Нумерация элементов массивов всегда с нуля.
Функции.
Функции позволяют выполнять одни и те же действия с разными данными. У функции есть:
Описывается пользовательская функция вне функций setup() и loop().
void setup() {
// код выполняется один раз при запуске программы
}
void loop() {
// основной код, выполняется в цикле
}
// объявление пользовательской функции с именем functionName
type functionName(type argument1, type argument1, … , type argument)
{
// тело функции
return();
}
Пример функции, вычисляющей сумму квадратов двух аргументов.
int sumQwadr (int x, int y)
{
return(x* x + y*y);
}
Вызов функции происходит так:
d= 2; b= 3;
z= sumQwadr(d, b); // в z будет сумма квадратов переменных d и b
Функции бывают встроенные, пользовательские, подключаемые.
Очень коротко, но этих данных должно хватить для того, чтобы начать писать программы на C для систем Ардуино.
Последнее, что я хочу рассказать в этом уроке, как принято оформлять программы на C. Думаю, если вы читаете этот урок в первый раз, стоит пропустить этот раздел и вернутся к нему позже, когда будет что оформлять.
Главная цель внешнего оформления программ это улучшить читаемость программ, уменьшить число формальных ошибок. Поэтому для достижения этой цели можно смело нарушать все рекомендации.
Имена в языке C.
Имена, представляющие типы данных, должны быть написаны в смешанном регистре. Первая буква имени должна быть заглавная (верхний регистр).
Signal, TimeCount
Переменные должны быть записаны именами в смешанном регистре, первая буква строчная (нижний регистр).
Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.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.
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.
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.
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!
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 ) ; }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.
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.
