Язык программирования ардуино изучение

Arduino для начинающих. Часть 1

Предисловие

Доброго времени суток, Хабр. Запускаю цикл статей, которые помогут Вам в знакомстве с Arduino. Но это не значит, что, если Вы не новичок в этом деле – Вы не найдёте ничего для себя интересного.

Введение

Было бы не плохо начать со знакомства с Arduino. Arduino – аппаратно-программные средства для построения систем автоматики и робототехники. Главным достоинством есть то, что платформа ориентирована на непрофессиональных пользователей. То есть любой может создать своего робота вне зависимости от знаний программирования и собственных навыков.

Начало

Создание проекта на Arduino состоит из 3 главных этапов: написание кода, прототипирование (макетирование) и прошивка. Для того, чтоб написать код а потом прошить плату нам необходима среда разработки. На самом деле их есть немало, но мы будем программировать в оригинальной среде – Arduino IDE. Сам код будем писать на С++, адаптированным под Arduino. Скачать можно на официальном сайте. Скетч (набросок) – программа, написанная на Arduino. Давайте посмотрим на структуру кода:

Важно заметить, что обязательную в С++ функцию main() процессор Arduino создаёт сам. И результатом того, что видит программист есть:

Давайте разберёмся с двумя обязательными функциями. Функция setup() вызывается только один раз при старте микроконтроллера. Именно она выставляет все базовые настройки. Функция loop() — циклическая. Она вызывается в бесконечном цикле на протяжении всего времени работы микроконтроллера.

Первая программа

Для того, чтоб лучше понять принцип работы платформы, давайте напишем первую программу. Эту простейшую программу (Blink) мы выполним в двух вариантах. Разница между ними только в сборке.

Принцип работы этой программы достаточно простой: светодиод загорается на 1 секунду и тухнет на 1 секунду. Для первого варианта нам не понадобиться собирать макет. Так как в платформе Arduino к 13 пину подключён встроенный светодиод.

Прошивка Arduino

Для того, чтоб залить скетч на Arduino нам необходимо сначала просто сохранить его. Далее, во избежание проблем при загрузке, необходимо проверить настройки программатора. Для этого на верхней панели выбираем вкладку «Инструменты». В разделе «Плата», выберете Вашу плату. Это может быть Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega, Arduino Leonardo или другие. Также в разделе «Порт» необходимо выбрать Ваш порт подключения (тот порт, к которому вы подключили Вашу платформу). После этих действий, можете загружать скетч. Для этого нажмите на стрелочку или во вкладке «Скетч» выберете «Загрузка» (также можно воспользоваться сочетанием клавиш “Ctrl + U”). Прошивка платы завершена успешно.

Прототипирование/макетирование

Для сборки макета нам необходимы следующие элементы: светодиод, резистор, проводки (перемычки), макетная плата(Breadboard). Для того, чтоб ничего не спалить, и для того, чтоб всё успешно работало, надо разобраться со светодиодом. У него есть две «лапки». Короткая – минус, длинная – плюс. На короткую мы будем подключать «землю» (GND) и резистор (для того, чтоб уменьшить силу тока, которая поступает на светодиод, чтоб не спалить его), а на длинную мы будем подавать питание (подключим к 13 пину). После подключения, загрузите на плату скетч, если вы ранее этого не сделали. Код остаётся тот же самый.

На этом у нас конец первой части. Спасибо за внимание.

Источник

Аrduino для начинающих

В этой статье я решал собрать полное пошаговое руководство для начинающих Arduino. Мы разберем что такое ардуино, что нужно для начала изучения, где скачать и как установить и настроить среду программирования, как устроен и как пользоваться языком программирования и многое другое, что необходимо для создания полноценных сложных устройств на базе семейства этих микроконтроллеров.

Тут я постараюсь дать сжатый минимум для того, что бы вы понимали принципы работы с Arduino. Для более полного погружения в мир программируемых микроконтроллеров обратите внимание на другие разделы и статьи этого сайта. Я буду оставлять ссылки на другие материалы этого сайта для более подробного изучения некоторых аспектов.

Что такое Arduino и для чего оно нужно?

Arduino — это электронный конструктор, который позволяет любому человеку создавать разнообразные электро-механические устройства. Ардуино состоит из программной и аппаратной части. Программная часть включает в себя среду разработки (программа для написания и отладки прошивок), множество готовых и удобных библиотек, упрощенный язык программирования. Аппаратная часть включает в себя большую линейку микроконтроллеров и готовых модулей для них. Благодаря этому, работать с Arduino очень просто!

С помощью ардуино можно обучаться программированию, электротехнике и механике. Но это не просто обучающий конструктор. На его основе вы сможете сделать действительно полезные устройства.
Начиная с простых мигалок, метеостанций, систем автоматизации и заканчивая системой умного дома, ЧПУ станками и беспилотными летательными аппаратами. Возможности не ограничиваются даже вашей фантазией, потому что есть огромное количество инструкций и идей для реализации.

проекты на Arduino

Стартовый набор Arduino

Для того что бы начать изучать Arduino необходимо обзавестись самой платой микроконтроллера и дополнительными деталями. Лучше всего приобрести стартовый набор Ардуино, но можно и самостоятельно подобрать все необходимое. Я советую выбрать набор, потому что это проще и зачастую дешевле. Вот ссылки на лучшие наборы и на отдельные детали, которые обязательно пригодятся вам для изучения:

Среда разработки Arduino IDE

Для написания, отладки и загрузки прошивок необходимо скачать и установить Arduino IDE. Это очень простая и удобная программа. На моем сайте я уже описывал процесс загрузки, установки и настройки среды разработки. Поэтому здесь я просто оставлю ссылки на последнюю версию программы и на статью с подробной инструкцией.

Язык программирования Ардуино

Когда у вас есть на руках плата микроконтроллера и на компьютере установлена среда разработки, вы можете приступать к написанию своих первых скетчей (прошивок). Для этого необходимо ознакомиться с языком программирования.

Для программирования Arduino используется упрощенная версия языка C++ с предопределенными функциями. Как и в других Cи-подобных языках программирования есть ряд правил написания кода. Вот самые базовые из них:

Подробнее о типах данных, функциях, переменных, операторах и языковых конструкциях вы можете узнать на странице по программированию Arduino. Вам не нужно заучивать и запоминать всю эту информацию. Вы всегда можете зайти в справочник и посмотреть синтаксис той или иной функции.

Все прошивки для Arduino должны содержать минимум 2 функции. Это setup() и loop().

Функция setup

Функция setup() выполняется в самом начале и только 1 раз сразу после включения или перезагрузки вашего устройства. Обычно в этой функции декларируют режимы пинов, открывают необходимые протоколы связи, устанавливают соединения с дополнительными модулями и настраивают подключенные библиотеки. Если для вашей прошивки ничего подобного делать не нужно, то функция все равно должна быть объявлена. Вот стандартный пример функции setup():

В этом примере просто открывается последовательный порт для связи с компьютером и пины 9 и 13 назначаются входом и выходом. Ничего сложного. Но если вам что-либо не понятно, вы всегда можете задать вопрос в комментариях ниже.

Функция loop

Функция loop() выполняется после функции setup(). Loop в переводе с английского значит «петля». Это говорит о том что функция зациклена, то есть будет выполняться снова и снова. Например микроконтроллер ATmega328, который установлен в большинстве плат Arduino, будет выполнять функцию loop около 10 000 раз в секунду (если не используются задержки и сложные вычисления). Благодаря этому у нас есть большие возможности.

Макетная плата Breadbord

Вы можете создавать простые и сложные устройства. Для удобства я советую приобрести макетную плату (Breadbord) и соединительные провода. С их помощью вам не придется паять и перепаивать провода, модули, кнопки и датчики для разных проектов и отладки. С беспаечной макетной платой разработка становится более простой, удобной и быстрой. Как работать с макетной платой я рассказывал в этом уроке. Вот список беспаечных макетных плат:

Первый проект на Arduino

Давайте соберем первое устройство на базе Ардуино. Мы просто подключим тактовую кнопку и светодиод к ардуинке. Схема проекта выглядит так:

Управление яркостью светодиода

Обратите внимание на дополнительные резисторы в схеме. Один из них ограничивает ток для светодиода, а второй притягивает контакт кнопки к земле. Как это работает и зачем это нужно я объяснял в этом уроке.

Для того что бы все работало, нам надо написать скетч. Давайте сделаем так, что бы светодиод загорался после нажатия на кнопку, а после следующего нажатия гас. Вот наш первый скетч:

В этом скетче я создал дополнительную функцию debounse для подавления дребезга контактов. О дребезге контактов есть целый урок на моем сайте. Обязательно ознакомьтесь с этим материалом.

ШИМ Arduino

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это процесс управления напряжением за счет скважности сигнала. То есть используя ШИМ мы можем плавно управлять нагрузкой. Например можно плавно изменять яркость светодиода, но это изменение яркости получается не за счет уменьшения напряжения, а за счет увеличения интервалов низкого сигнала. Принцип действия ШИМ показан на этой схеме:

Когда мы подаем ШИМ на светодиод, то он начинает быстро зажигаться и гаснуть. Человеческий глаз не способен увидеть это, так как частота слишком высока. Но при съемке на видео вы скорее всего увидите моменты когда светодиод не горит. Это случится при условии что частота кадров камеры не будет кратна частоте ШИМ.

В Arduino есть встроенный широтно-импульсный модулятор. Использовать ШИМ можно только на тех пинах, которые поддерживаются микроконтроллером. Например Arduino Uno и Nano имеют по 6 ШИМ выводов: это пины D3, D5, D6, D9, D10 и D11. В других платах пины могут отличаться. Вы можете найти описание интересующей вас платы в этом разделе.

Для использования ШИМ в Arduino есть функция analogWrite(). Она принимает в качестве аргументов номер пина и значение ШИМ от 0 до 255. 0 — это 0% заполнения высоким сигналом, а 255 это 100%. Давайте для примера напишем простой скетч. Сделаем так, что бы светодиод плавно загорался, ждал одну секунду и так же плавно угасал и так до бесконечности. Вот пример использования этой функции:

Аналоговые входы Arduino

Как мы уже знаем, цифровые пины могут быть как входом так и выходом и принимать/отдавать только 2 значения: HIGH и LOW. Аналоговые пины могут только принимать сигнал. И в отличии от цифровых входов аналоговые измеряют напряжение поступающего сигнала. В большинстве плат ардуино стоит 10 битный аналогово-цифровой преобразователь. Это значит что 0 считывается как 0 а 5 В считываются как значение 1023. То есть аналоговые входы измеряют, подаваемое на них напряжение, с точностью до 0,005 вольт. Благодаря этому мы можем подключать разнообразные датчики и резисторы (терморезисторы, фоторезисторы) и считывать аналоговый сигнал с них.

Для этих целей в Ардуино есть функция analogRead(). Для примера подключим фоторезистор к ардуино и напишем простейший скетч, в котором мы будем считывать показания и отправлять их в монитор порта. Вот так выглядит наше устройство:

Подключение фоторезистора к Ардуино

В схеме присутствует стягивающий резистор на 10 КОм. Он нужен для того что бы избежать наводок и помех. Теперь посмотрим на скетч:

Вот так из двух простейших элементов и четырех строк кода мы сделали датчик освещенности. На базе этого устройства мы можем сделать умный светильник или ночник. Очень простое и полезное устройство.

Вот мы и рассмотрели основы работы с Arduino. Теперь вы можете сделать простейшие проекты. Что бы продолжить обучение и освоить все тонкости, я советую прочитать книги по ардуино и пройти бесплатный обучающий курс. После этого вы сможете делать самые сложные проекты, которые только сможете придумать.

19 комментариев

дело в том, что легче написать новую прошивку, чем разбираться в прошивке, а для этого надо понимать, как работает ваше устройство! т.е. надо работать вместе программист, и пользователь!
иначе никак!
илли 2 способ- изучите программирование, и пишите сами что вам надо!
поверьте- это не так сложно!

Хороший сайт. Спасибо.

Благодарен автору за полезное дело.
Помогать учиться, это самое лучшее занятие для человека.

Источник

Программирование Arduino для новичков

Разберемся в вопросе программирования Ардуино для новичков, какой язык применяется, как начать использовать платы.

Основы Arduino

Ардуино – платформа, позволяющая множеству инженеров со всего мира создавать свои проекты с минимальными вложениями.

В первую очередь – это специальный микроконтроллер с одноимённой системой управления и библиотеками, построенными на языке С++. Соответственно, если вы планируете создавать что-то уникальное, вам следует изучить все нюансы, которые имеет программирование Arduino.

Давайте же составим краткое описание программирования Arduino и уточним моменты, на которые стоит обратить внимание, если вы впервые занимаетесь подобным.

Прежде чем приступать к решению конкретной задачи на Ардуино, лучше всего иметь базис в сфере программирования. Поэтому давайте рассмотрим, что вообще обозначает этот термин. Абсолютно любой проект построен на поэтапной блок-модели, в которой описывается, что необходимо сделать вашему микроконтроллеру и как это сделать.

Для упрощения работы пользователей в Ардуино созданы готовые библиотеки функций, вам достаточно лишь вводить команды из них, чтобы добиться какой-то цели. Естественно, таким образом вы многого не добьётесь, но для создания собственных библиотек потребуется знание языка С++ на котором и построена прошивка чипа.

Ключевая особенность системы в том, что характеристики Arduino могут быть улучшены с помощью докупаемых компонентов, и вы всегда можете их подстроить под конкретный проект. Соответственно, единственным вашим ограничением является знание языка и его возможностей, а также собственная фантазия.

Все функции строятся из простейших операнд, которые характерны для С++. Этими операндами являются переменные различных типов и способы их применения. Поэтому любая функция, используемая в микроконтроллере для получения сведений или отправки сигнала, – это набор простейших операций, который записан в главной библиотеке. И вы будете ограничены до тех пор, пока не получите достаточно опыта и практики, чтобы понимать, какую библиотеку и для какой цели вам стоит написать.

Главный же недостаток конструирования с Arduino сложных проектов в том, что вам придётся с нуля писать код и подбирать компоненты для системы, поэтому лучше сначала попрактиковаться на простейших задачах.

Также, учитывайте, что язык написания библиотек системы – низкоуровневый, а соответственно, состоит из простейших команд, в отличие от высокоуровневых python или pascal, удобных для пользователей. С другой стороны, он также является мультипарадигмальным, поэтому подходит для решения любой задачи с помощью удобной вам парадигмы программирования.

Чаще всего применяется ООП. Сам С++ имеет ядро из многочисленных библиотек и дополнительных функций или методов, поэтому, если вы собираетесь разобраться во всём кардинально, стоит начинать с освоения языка с нуля.

Особенности программирования плат Arduino

Именно язык, на котором базируется система, и является главной особенностью Ардуино программирования.

Ведь при том, что сама плата и работа с ней достаточно просты, с низким порогом вхождения, чтобы освоить низкоуровневый язык программирования и в совершенстве владеть им, потребуется несколько лет.

У программирования на Ардуино имеются как свои достоинства, так и недостатки, и вам стоит изучить обе стороны вопроса, чтобы понимать, с чем вы имеете дело и чего ожидать от микроконтроллера в принципе, во время работы с ним. Среди достоинств Ардуино, пользователи отмечают:

Имеется у программирования на Ардуино и ряд весомых минусов:

Как вы можете заметить, Ардуино имеет множество нюансов, и не столь дружелюбна для новичков, как выглядит на первый взгляд. С другой стороны, если вы имеете малейший опыт работы с языками программирования, вам будет куда проще освоиться.

Начало использования Arduino

Если вы никогда ранее не программировали, и это ваш первый опыт, то программирование микроконтроллеров Arduino пойдёт куда проще, если вы начнёте с основ.

Конечно, когда в планах у вас нет никаких сложных проектов, можете работать на готовых библиотеках и параллельно разбирать, из чего состоят их функции. Это один из хороших способов обучения, но тогда стоит искать наборы функций, которые писались профессионалами, чтобы быть уверенным в их правильности.

Иначе вы можете увидеть неправильное решение задачи и, в результате, применять те в своих проектах.

Но куда лучше начать с основ и посвятить хотя бы неделю освоению алгоритмизации и научиться разбивать свои проекты на блоки, а те – уже на конкретные шаги. Подобное построение блок-схем вам не раз пригодится в будущем.

Когда вы изучите весь базис, можно переходить к практике и самообучению на С++, подойдут любые простейшие проекты или заготовленные в интернете задачи.

На этом этапе вашей целью станет понять основные парадигмы и научиться их использовать, а также изучить возможности языка, чтобы вы чётко знали, что он может, и могли здраво оценить реализуемость ваших проектов.

Программирование микроконтроллеров

Само программирование Ардуино делится на три этапа:

Если вы делаете что-то простое, и вам хватает базовой прошивки, можете пропустить первые два пункта.

Самые простые проекты с использованием Arduino

Примеров простых проектов с Ардуино множество, например, вы можете:

Хотя это и звучит достаточно страшно, на большую часть этих проектов, благодаря обилию информации по ним в интернете, вы не потратите много времени и сил.

Источник

Книги по Ардуино

В этой статье я собрал для вас самые популярные книги по проектированию устройств на базе микроконтроллеров Ардуино. Прочитав одну из этих книг вы сможете создавать умные гаджеты и системы автоматизации. Начиная от простых устройств, отображающих значения датчиков, и заканчивая системами умного дома или ЧПУ станками. Все это можно сделать и без прочтения книг, но тогда это займет гораздо больше времени, сил и денег. В книгах рассмотрены общие понятия электротехники, принципы действия микроконтроллеров и подключаемых датчиков и механизмов.

Скачать книги по ардуино на русском языке.

Ниже представлены 5 самые популярные книги по Arduino. Советую прочитать, если не все, то хотя бы первую из них. Среди этих книг есть книги как для начинающих, так и для людей уже знакомых с темой ардуино. Любой сможет найти для себя, что то новое и полезное. Все книги ниже переведены на русский язык.

Изучаем Arduino. Джереми Блум

Данная книга описывает аспекты и принципы проектирования устройств с помощью Arduino. Рассказывает об аппаратной и программной части Ардуино. В этой книге объясняются принципы программирования в среде Arduino IDE. Показано, как правильно читать технические описания, подбирать детали для собственных проектов и как анализировать электрические схемы готовых устройств. Так же в книге описаны примеры использования разнообразных датчиков, индикаторов, разных интерфейсов передачи данных и исполнительных механизмов. Для всех примеров в книге есть перечисление необходимых деталей, монтажные схемы, примеры кода с полным описанием.

Проекты с использованием контроллера Arduino. Петин В.А.

В этой книге основное внимание уделено практической части создания собственных устройств на базе микроконтроллеров ардуино. Приведены схемы подключения, подробное описание логики программной части, список необходимых датчиков и модулей. Так же в книге рассмотрены популярные библиотеки для удобной работы в Arduino IDE. Эта книга предназначена для тех кто уже имеет представление о том что такое ардуино и знаком с основными функциями языка программирования ардуино.

Программируем Arduino. Саймон Монк

Данное издание посвящено программированию микроконтроллеров на базе Arduino. В книге рассмотрены примеры скетчей и принципы написания своих прошивок. Изучив этот материал вы сможете писать прошивки для самых сложных устройств, включающих в себя множество технических элементов. Так же в книге рассмотрены популярные библиотеки для удобной работы в Arduino IDE. Страница программирование Ардуино поможет разобраться и запомнить основные функции и конструкции языка программирования Arduino.

Arduino и Raspberry Pi в проектах Internet of Things. Виктор Петин

Рассмотрено создание простых устройств в рамках концепции Интернета вещей (IoT, Internet of Things) на базе популярной платформы Arduino и микрокомпьютера Raspberry Pi. Показана установка и настройка среды разработки приложений Arduino IDE, а также среда макетирования Frizing. Описаны технические возможности, особенности подключения и взаимодействия различных датчиков и исполнительных устройств. Показана организация доступа разрабатываемых проектов к сети Интернет, отправка и получение ими данных с использованием популярных облачных IoT сервисов: Narodmon, ThingSpeak, Xively, Weaved, Blynk, Wyliodrin и др. Уделено внимание обмену данными с помощью платы GPRS/GSM Shield. Рассмотрен проект создания собственного сервера для сбора по сети данных с различных устройств на платформе Arduino. Показано как использовать фреймворк WebIOPi для работы с Raspberry Pi. Приведены примеры использования Wi-Fi-модуля ESP8266 в проектах “Умный дом”.

Практическая энциклопедия Arduino

В книге обобщаются данные по основным компонентам конструкций на основе платформы Arduino, которую представляет самая массовая на сегодняшний день версия Arduino UNO или аналогичные ей многочисленные клоны. Книга представляет собой набор из 33 глав-экспериментов. В каждом эксперименте рассмотрена работа платы Arduino c определенным электронным компонентом или модулем, начиная с самых простых и заканчивая сложными, представляющими собой самостоятельные специализированные устройства. В каждой главе представлен список деталей, необходимых для практического проведения эксперимента. Для каждого эксперимента приведена визуальная схема соединения деталей в формате интегрированной среды разработки Fritzing. Она дает наглядное и точное представление — как должна выглядеть собранная схема. Далее даются теоретические сведения об используемом компоненте или модуле. Каждая глава содержит код скетча (программы) на встроенном языке Arduino с комментариями.

Быстрый старт. Первые шаги по освоению Arduino

Стартовый набор-конструктор c платой Arduino — Ваш пропуск в мир программирования, конструирования и электронного творчества.
Эта брошюра содержит всю информацию для ознакомления с платой Arduino, а также 14 практических экспериментов с применением различных электронных компонентов и модулей.
Полученные знания, в дальнейшем, дадут возможность создавать свои собственные проекты и с легкостью воплощать их в жизнь.

Источник