Аrduino — алгоритм работы с языком программирования для начинающих

Язык программирования

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.

Внимание! Для начала работы необходимо установить среду программирования Arduino IDE.

Arduino IDE является бесплатной программой, скачать которую может любой желающий. На нашем сайте вы можете скачать 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.

История

Основателями компании, которая начала создавать платы Ардуино, являются итальянцы Массимо Банци, Девида Куартиллье, Тома Иго, Джанлука Мартино и Девида Меллиса. Такой была первоначальная команда создателей.

А название они позаимствовали у итальянского бара, который, в свою очередь, был назван в честь короля Италии.

Фрагмент портрета Ардуина из Ивреи. Замок Мазино. Картина пьемонтской школы около 1700 года.

Ардуин был итальянским дворянином, который был королем Италии с 1002 по 1014 год. В 990 году Ардуин стал маркграфом Ивреи, а в 991 году графом Священного дворца Латеранского в Риме.

Стоит также сказать, что для Соединенных Штатов Америки используется другое название — Genuino.

Официальный сайт Arduino на русском

Arduino — полностью открытая платформа. Разработчиком и производителем может стать абсолютно любой человек. А значит официальных сайтов существует не мало.

Плюсы

Самый главный плюс плат Arduino для начинающих, как я уже упомянул выше, — это то, что нам не нужно использовать паяльник и не нужно ничего паять.

На платах Ардуино сделаны удобные контакты, которые можно соединять удобными перемычками с любыми сторонними модулями, дисплеями, сенсорами и многим другим.

Кроме того, чтобы плата заработала всего лишь достаточно подключить её к компьютеру через USB.

Дополнительные плюсы я перечислю ниже, но не пугайтесь, если какие-то термины вы не поймете, со временем вы с ними разберетесь:

  1. Плата обладает встроенным программатором (не нужен компилятор);
  2. Использование языка программирования близкого к C/C++, что делает её простой в использовании и изучении;
  3. Наличие множества библиотек для модулей, сенсоров, дисплеев и т.п., доступных для свободного использования;
  4. Для сбора устройства не требуется пайка, компоненты соединяются при помощи специальной макетной платы, перемычек и проводов;
  5. Возможность автономной работы, т.е. использование батареек или аккумуляторов;
  6. Наличие версии для работы с популярной мобильной операционной системой Android;
  7. Огромное количество различных модулей, сенсоров, дисплеев, датчиков и т.п..
  8. Наличие большого количества плат расширения — shields или «шилды».

Есть еще один очень существенный плюс Arduino — просто невероятно огромное сообщество любителей этих плат и любителей посоздавать различные устройства на ее основе своими руками.

Также замечу, что можно создать устройство как стационарным, так и автономным или переносным.

Наличие портативных аккумуляторов и беспроводных источников передачи данных способствуют созданию ряда интересных проектов.

Из чего состоит плата

Выпускаются различные модели Arduino. Каждая из них «заточена» для различных задач. Некоторые платы принципиально отличаются от приведенной на рисунке ниже. Но большинство из них имеют следующие одинаковые узлы:

Arduino Uno - описание

Разъем питания

Каждая плата Arduino должна подключаться к источнику питания. Arduino Uno может запитываться от USB кабеля от вашего персонального компьютера Или от отдельного адаптера, который подключается к предусмотренному на плате разъему. На рисунке соединение через USB отмечено, а разъем для внешнего источника питания.

USB также используется для загрузки вашей программы (скетча) на плату.

Примечание! Не используйте источник питания с напряжением на выходе более 20 вольт. Это может привести к тому, что ваша плата перегорит. Рекомендуемое напряжение питания для Arduino — от 6 до 12 вольт.

Разъемы (пины) (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)

Пины на вашей плате Arduino — это предусмотренные разъемы, к которым вы будете подключать провода от периферийных устройств (очень часто для прототипов используют монтажные платы (макетная плата, макетка) и провода с коннекторами на концах). На Arduino несколько типов пинов, каждый из которых подписан в соответствии с выполняемой функцией.

  • GND: сокращение от ‘Ground’ — ‘Земля’. На платах несколько пинов GND, каждый из которых может использоваться для заземления вашей электрической цепи.
  • 5V и 3.3V: как вы могли уже догадаться — питы, которые на выходе обеспечивают питание 5 вольт и 3.3 вольт соответственно. Большинство компонентов, которые подключаются к Arduino, благополучно питаются именно от 5 или 3.3 вольт.
  • Analog: на участке, который подписан ‘Analog In’ (от A0 до A5 на Arduino Uno) расположены аналоговые входы. Эти пины позволяют считывать сигналы от аналоговых датчиков (например, датчик температуры) и преобразовывать их в цифровые значения, которыми мы в дальнейшем оперируем.
  • Digital: напротив аналоговых пинов находятся цифровые пины (от 0 до 13 на Arduino Uno). Эти пины используются для цифровых входящих (input) сигналов (например, нажатие кнопки) и для генерации цифровых исходящих (output) сигналов (например, питание светодиода).
  • PWM: вы наверное заметили знак (~) рядом с некоторыми цифровыми пинами (3, 5, 6, 9, 10, и 11 на UNO). Эти пины работаю как в обычном цифровом режиме, так и в режиме ШИМ-модуляции (PWM). Если объяснить вкратце — эти пины могут имитировать аналоговый выходной сигнал (например, для постепенного затухания светодиода).
  • AREF: Этот пин используется достаточно редко. В некоторых случаях это подключают в схему для установки максимального значения напряжения на аналоговых входах (от 0 до 5 вольт).

Кнопка сброса (Reset Button)

Как и на оригинальных Nintendo, на Arduino есть кнопка сброса (reset). При нажатии на нее контакт сброса замыкается с землей и код, загруженный на Arduino начинает отрабатывать заново. Полезная опция, если ваш код отрабатывает без повторов, но вы хотите протестить его работу.

Индикатор питания (Power LED)

Немного справа и ниже надписи “UNO” установлен светодиод, подписанный «on». Этот светодиод должен загореться, когда вы подключили Arduino к источнику питания. Если светодиод не загорелся — плохой знак ;).

Светодиоды TX и RX

TX — сокращение от transmit (передача), RX — от receive (прием). Эти условные обозначения часто встречаются в электронике для обозначения контактов, которые отвечают за серийный обмен данным. На Arduino Uno эти контакты встречаются два раза на цифровых пинах 0 и 1 и в качестве светодиодов TX и RX. Эти светодиоды позволяют визуально отслеживать, передает или принимает данные Arduino (например, при загрузке программы на плату).

Главная интегральная микросхема (IC)

Черная деталь с металлическими коннекторами с двух сторон это интегральная микросхема, микропроцессор (IC или Integrated Circuit). Можете смело считать, что это «мозги» нашей Arduino. Этот чип разный в разных моделях Arduino, но обычно он относится к линейке микропроцессоров ATmega от компании ATMEL. Это может оказаться важной информацией для загрузки скетча на плату. Модель интегральной микросхемы обычно указана на ее верхней корпусной части. Для дополнительной информации о вашей микросхеме стоит обратиться к ее даташиту.

Что необходимо для начала работы

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 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.

Что можно и чего нельзя

Арду­и­но рабо­та­ет на одно­ядер­ном и не шиб­ко шуст­ром про­цес­со­ре. Его так­то­вая часто­та — 16 мега­герц, то есть 16 мил­ли­о­нов про­цес­сор­ных опе­ра­ций в секун­ду. Это не очень быст­ро, плюс ядро толь­ко одно, и оно испол­ня­ет одну коман­ду за другой.

Вот какие огра­ни­че­ния это на нас накладывает.

Нет насто­я­щей мно­го­за­дач­но­сти. Мож­но симу­ли­ро­вать мно­го­за­дач­ность с помо­щью при­ё­ма Protothreading, но это ско­рее костыль. Нель­зя, напри­мер, ска­зать: «Когда нажмёт­ся такая-то кноп­ка — сде­лай так». Вме­сто это­го при­дёт­ся в основ­ном цик­ле писать про­вер­ку: «А эта кноп­ка нажа­та? Если да, то…»

Нет поня­тия фай­лов (без допол­ни­тель­ных при­мо­чек, биб­лио­тек и желе­за). На кон­трол­лер нель­зя ниче­го сохра­нить, кро­ме управ­ля­ю­щей им про­грам­мы. К сча­стью, есть пла­ты рас­ши­ре­ния, кото­рые поз­во­ля­ют немнож­ко рабо­тать с фай­ла­ми на SD-карточках.

Ана­ло­гич­но с сетью: без допол­ни­тель­ных плат и биб­лио­тек Арду­и­но не может ни с чем общать­ся (кро­ме как включать-выключать элек­три­че­ство на сво­их выходах).

Полег­че со слож­ной мате­ма­ти­кой: если вам нуж­но что-то слож­ное типа три­го­но­мет­ри­че­ских функ­ций, будь­те гото­вы к тому, что Арду­и­но будет счи­тать их доволь­но мед­лен­но. Для вас это одна строч­ка кода, а для Арду­и­но это тыся­чи опе­ра­ций под капо­том. Пощадите.

Отчё­ты? Ошиб­ки? Толь­ко при ком­пи­ля­ции. У Арду­и­но нет встро­ен­ных средств сооб­щить вам, что ему нехо­ро­шо. Если он завис, он не пока­жет окно ошиб­ки: во-первых, у него нет гра­фи­че­ско­го интер­фей­са, во-вторых — экра­на. Если хоти­те систе­му оши­бок или отчёт­ность, пиши­те её

Если серьёз­но, то перед зали­вом про­грам­мы на кон­трол­лер ком­пи­ля­тор про­ве­рит код и най­дёт в нём опе­чат­ки или про­бле­мы с типа­ми дан­ных. Но на этом всё: если у вас слу­чай­но полу­чи­лась бес­ко­неч­ная пет­ля в коде или при каких-то обсто­я­тель­ствах вы пове­си­те про­цес­сор деле­ни­ем на ноль — жми­те пере­за­груз­ку и исправ­ляй­те код.

Первый проект

Самый первый проект на основе Ардуино, который делают все начинающие Ардуинщики и Ардуинеры — мигание светодиодом.

Сначала мы должны подключить плату через USB к компьютеру, на котором установлена Среда разработки. На плате Ардуино должен загореться зелёный светодиод при подключении к USB.

Далее мы запускаем приложение (программу) и можем приступить к созданию собственного скетча (см. выше).

Первый проект позволяет понять работу с Ардуино и проверить работоспособность и совместимости Arduino с программным обеспечением.

Мы используем встроенный пример (скетч) «Моргание» (англ. — blink) — вызываем мигание или моргание светодиода на плате.

Переходим в меню Среды разработки и выбираем в меню:

Tool -> Board -> <плата>

Выберите используемую вами плату.

Далее загружаем скетч в Arduino при помощи кнопки Upload.

Успешное завершение данной операции подтверждается миганием светодиода оранжевого цвета на плате. У некоторых китайских аналогов цвет светодиода вполне может быть другим.

Удивительные проекты на Ардуино Уно

Большинство профессионалов в сфере разработки электронных проектов на Аrduino uno любят экспериментировать. Вследствие этого появляются интересные и удивительные устройства, которые рассмотрены ниже:

  1. Добавление ИК-пульта в акустическую систему. В бытовой электронике пульт дистанционного управления является компонентом электронного устройства, такого как телевизор, DVD-плеер или другой бытовой прибор, используемый для беспроводного управления устройством с короткого расстояния. Пульт дистанционного управления, в первую очередь, удобен для человека и позволяет работать с устройствами, которые не подходят для непосредственной работы элементов управления.
  2. Будильник. Часы реального времени используются для получения точного времени. Здесь эта система отображает дату и время на ЖК-дисплее, и мы можем установить будильник с помощью кнопок управления. Как только время сигнала тревоги наступит, система подает звуковой сигнал.
  3. Шаговый двигатель. Шаговый двигатель означает точный двигатель, который можно поворачивать на один шаг за раз. Такое устройство делают с помощью робототехники, 3D-принтеров и станков с ЧПУ.- Для этого проекта возьмите самый дешевый шаговый двигатель, который вы можете найти. Двигатели доступны в режиме онлайн. В этом проекте используется шагомер 28byj-48, который подходит для большинства других подобных проектов. Его легко подключить к плате Arduino.
    — Вам понадобятся 6 кабелей с разъемами типа «женщина-мужчина». Вам просто нужно подключить двигатель к плате, и все! Вы также можете добавить небольшую часть ленты на вращающуюся головку, чтобы увидеть, что она производит вращательные движения.
  4. Ультразвуковой датчик расстояния. В этом проекте используется популярный ультразвуковой датчик HC-SR04, чтобы устройство могло избежать препятствий и двигаться в разных направлениях.

Когда вы закончите работу, на экране появится результат ваших действий. Чтобы все было просто и понятно, рекомендуется использовать ЖК-дисплей с конвертером I2C, поэтому вам нужно всего лишь 4 кабеля для подключения к плате Arduino.

Источники
  • https://ArduinoPlus.ru/arduino-yazyk-programmirovaniya/
  • https://ArduinoPlus.ru/chto-takoe-arduino/
  • https://all-arduino.ru/
  • https://arduino-diy.com/arduino-chto-eto-takoye
  • https://thecode.media/arduino-code/
  • https://ArduinoPlus.ru/arduino-uno-proekti/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: