Начало программирования в Arduino IDE

Начало программирования

в среде Arduino IDE

Компоненты программы:

- подключение библиотек;

- константы и глобальные переменные;

- функция setup (void setup);

- функция loop (void loop);

- дополнительные функции .

Подключение библиотек

Библиотека – это мощный инструмент, позволяющий быстро писать программы. Библиотека представляет собой код, подключаемый в программу, который содержит инструменты для работы с различными датчиками и модулями, различные математические инструменты и инструменты для работы микроконтроллера.

Константы и глобальные переменные

При написании программ возможно подключение констант и переменных.

Константа – объект, у которого имеется постоянная величина, не изменяющая своего значения. Каждая константа имеет свое имя.

Переменная – объект, который принимает определенное значение и хранит его. Диапазон допустимых значений зависит от типа переменной. Каждая переменная имеет свое уникальное имя. В отличие от констант, переменная может менять свое значение в ходе работы программы.

Константы и глобальные переменные

Глобальные переменные – переменные, которые инициализируются (создаются) только один раз и используются в любом разделе программы. Глобальные переменные задаются перед функцией настройки void setup.

Локальные переменные могут использоваться только в пределах тех функций, в которых они были объявлены, и создаются столько раз, сколько раз выполняется функция .

Функции

Функции – это способ группировки программных команд, имеющих свое название и выполняющих конкретную задачу. Они помогают сделать программу проще для чтения и понимания, а также позволяют занимать меньше памяти микроконтроллера.

Функции void

Тип данных void , переводится с английского, как пустота, и не возвращает никаких значений при ее исполнении или завершении. Данный тип данных используется в программе, как минимум, в двух обязательных функциях – void setup и void loop , но возможно его использование и в других функциях, написанных пользователем.

Функция void setup

Функция setup выполняется один раз – при запуске микроконтроллера, что позволяет нам описать настройки и режимы работы для платы Arduino, такие как, например, объявление режима работы пинов. То есть в части setup мы подготавливаем микроконтроллер к выполнению основной программы.

Функция void loop

Функция loop (основная программа) выполняется в бесконечном цикле после завершения работы функции setup. Именно здесь и пишется основная выполняемая программа, команды для работы с числами, модулями, радиодеталями.

Пример программы

Команды void setup

Как мы уже с вами знаем, внутри команды void setup происходит передача информации плате о том, как мы хотим с ней работать.

Например, нам необходимо передать информацию через 1 пин, а принять через второй. Для этого воспользуемся командой pinMode:

Внутри команды pinMode в скобках указывается сначала номер пина, а затем режим его работы:

INPUT – прием сигнала;

OUTPUT – передача сигнала.

void setup()

{

pinMode(1, INTPUT);

pinMode(2, OUTPUT);

}

Команды void loop

Внутри команды void loop может использоваться огромное множество команд. Рассмотрим команды приема и передачи данных через цифровые, аналоговые (А) пины и пины с ШИМ (~):

void loop()

{

digitalWrite(пин, HIGH или LOW); // передача цифрового сигнала (1 или 0);

digitalRead(пин); // чтение цифрового сигнала (0 или 1);

analogWrite(пин, 0-255); // передача аналогового сигнала через ШИМ;

analogRead(пин); // чтение аналогового сигнала (0-1023);

}

Команды приема-передачи данных

void setup {} - функция настройки платы;

void loop {} – бесконечно повторяющаяся; функция;

pinMode(пин, OUTPUT или INPUT) – объявление режима работы пина;

digitalWrite(пин, HIGH или LOW) – передача цифрового сигнала высокого или низкого уровня;

analogWrite(пин, 0-255) – передача аналогового сигнала в диапазоне 0-255;

digitalRead(пин) – прием цифрового сигнала (0-1);

analogRead(пин) – прием аналогового сигнала в диапазоне 0-1023;

delay(мс) – задержка между выполнением команд в милисекундах.

void setup {

pinMode(3,OUTPUT);

pinMode(2, INPUT);

pinMode(A4, INPUT);

};

void loop {

digitalWrite(3, 1);

analogWrite(3, 255);

digitalRead(2);

analogRead(A4);

delay(1000);

}

Запрограммируем светофор? Попробуйте сами

Задача 1: запрограммировать светофор, который будет включать и выключать по очереди три сигнала: красный, желтый, зеленый каждые 3 секунды.

Задача 2: Светофор должен включать: красный – 4 с., желтый – 2 с., зеленый – 6 с. После середины времени работы зеленого сигнала светофора должен начать мигать желтый сигнал 3 раза, вплоть до окончания работы зеленого сигнала.

Задача 1: включение сигналов поочередно

Задача 2: моргаем желтым сигналом

Типы данных

Тип данных

boolean

Занимаемая память

Диапазон

1 байт

char

0..1

1 байт

byte

Особенности

int

Принимает логические значения true или false / истина или ложь

-128…127

1 байт

2 байта

Хранит в себе алфавитно-цифровой символ из таблицы ASCII. ( char a = "i“)

0…255

unsigned int

2 байта

Целочисленный тип данных

-32 768…32 767

word

Целочисленный тип данных

0…65 535

2 байта

long

Целочисленный тип данных

unsigned long

0…65 535

4 байта

-2 147 438 648…

float

Целочисленный тип данных, аналог unsigned int

4 байта

2 147 483 647

Целочисленный тип данных

4 байта

0…4 294 967 295

double

String

8 байт

-3.4028235E+38…

Целочисленный тип данных

3.4028235E+38

-3.4028235E+38…

Вещественный тип данных. Хранит в себе числа с плавающей точкой (дроби) с точностью до 6 знаков

3.4028235E+38

Вещественный тип данных. Хранит в себе числа с плавающей точкой (дроби) с точностью до 6 знаков. Аналог float

Строка – совокупность символов. Аналог char, но состоит из одного или нескольких элементов

Математические операторы

Математические операторы используются для выполнения различных вычислений в ходе работы программы.

a + b // оператор сложения +

a - b // оператор вычитания –

a * b // оператор умножения *

a / b // оператор деления

a % b // нахождение остатка от деления

a = b // оператор присваивания (a = 5)

b // a больше b a a = b // a больше или равно b a a == b // a равно b a != b // a не равно b " width="640"

Операторы сравнения

Задача операторов сравнения – сравнить значения чисел, строк или переменных. Если они удовлетворяют условию, то выполняется действие, если нет, то выполняется другое, или не выполняется ничего.

a b // a больше b

a

a = b // a больше или равно b

a

a == b // a равно b

a != b // a не равно b

10 and a 10 и a if (a 10 && a 10 и a || или or – логическое «или»; if (a 10 || a 10 или a if (a 10 or a 10 или a ! или not – логическое отрицание «не». (a b); // истина !(a b); // ложь " width="640"

Логические операторы

Кроме того, для сравнений также используются некоторые логические операторы, когда есть необходимость объединить несколько условий:

&& или and – логическое «и»

if (a 10 and a 10 и a

if (a 10 && a 10 и a

|| или or – логическое «или»;

if (a 10 || a 10 или a

if (a 10 or a 10 или a

! или not – логическое отрицание «не».

(a b); // истина

!(a b); // ложь

Серийный порт

Серийный порт – интерфейс, позволяющий последовательно передавать данные от устройства к компьютеру и наоборот побитно.

Серийный порт позволяет вывести на экран информацию для пользователя или отладки программы, если это обозначено в программе.

Кроме обычных, символьных, строковых и числовых данных, данных в среде Arduino IDE и Tinkercad возможно построение различных графиков.

Серийный порт (передача данных)

Для работы серийного порта необходимо задать команду Serial.begin в функции void setup. В данной команде мы указываем с какой скоростью будут передаваться данные в обе стороны. Стандартной для Arduino считается скорость 9600 бод, но возможно использование и других значений.

void setup() {

Для вывода информации на экран используется команда Serial.print(), а команда Serial.println() переносит следующее значение на новую строку.

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

Serial.print("x="); // одна строка

Serial.println(x); // на новой строке

Serial.println("78"); // на новой строке

Serial.println(66); // на новой строке

}

N.B.

Если вы хотите вывести строковое значение – возьмите его в апострофы

Серийный порт (чтение данных)

Помимо передачи данных, данные приходящие в серийный порт можно и считывать. Это необходимо, например, когда мы каждый раз подставляем новые значения для работы программы. В этом случае мы сами дадим плате новые значения, и нам не придется переписывать программу, загружать ее в плату снова.

Для чтения значений используется команды:

void loop() {

Serial.read(); // чтение строки, передаваемой в серийный порт

Serial.parseInt(); // чтение числа типа int, передаваемого в серийный порт

Serial.parseFloat(); // // чтение числа типа float, передаваемого в серийный порт

}

Конструкции и циклы

Различные конструкции нужны нам, когда мы хотим, чтобы действия повторялись, выполнялись или не выполнялись в зависимости от условий.

В языке C++ существуют следующие конструкции и циклы:

• оператор ветвления if (если);
• цикл for (счетчик) – повторяет действия n раз;
• цикл while (пока) – выполняется пока условие не истинно
• Оператор выбора switch – позволяет выполнить команды в соответствии с четко определенным значением переменной.

Оператор ветвления if

Оператор ветвления if выполняет команды в зависимости от истинности заданного условия. Если условие истинно, то начинает свою работу основная часть команд конструкции if, если же нет, то часть else (иначе).

if ( знак сравнения ) {

команды;

} else if ( знак сравнения ) {

команды;

} else {

команды;

}

50) { // иначе если i 50 i=i/2; // i делим на 2 } else { // иначе i=i+1; // прибавляем i единицу } " width="640"

Оператор ветвления if

Оператор ветвления if выполняет команды в зависимости от истинности заданного условия. Если условие истинно, то начинает свою работу основная часть команд конструкции if, если же нет, то часть else (иначе).

if (i

i=i*2; // i умножаем на 2

} else if (i 50) { // иначе если i 50

i=i/2; // i делим на 2

} else { // иначе

i=i+1; // прибавляем i единицу

}

Схема подключения кнопки

Задачи на ветвление

Задача 1: Задано целое число через серийный порт. Если оно является положительным, то вычесть из него 1. Если число отрицательное – прибавить 2. Вывести полученное число в серийный порт.

Задача 2: Задано натуральное число А через серийный порт. Проверить, является ли число четным. Результат вывести на экран.

Задача 3: Через серийный порт вводится пора года. Вывести названия месяцев для этой поры года.

Задача 4: Напишите программу, которая принимает с клавиатуры три числа: два первых должны быть длиной сторон катетов прямоугольного треугольника, а третье – длиной гипотенузы. Программа должна проверить, соответствуют ли введенные

значения этому требованию. Результат вывести в серийный порт.

Задачи на ветвление

Задача 5: Составить программу, которая будет управлять свечением светодиода. Если кнопка нажата – светодиод горит.

Задача 6: Составить программу, которая будет управлять свечением светодиода по нажатию кнопки. Первое нажатие – включает светодиод, второе отключает.

Задача 7: Напишите программу, которая принимает с клавиатуры двузначное положительное число и проверяет, какая из его двух цифр является большей. В соответствии с результатом проверки надо вывести в серийный порт соответствующее текстовое сообщение. Не следует выводить на экран никакого сообщения, если число составлено из одинаковых цифр.

Задача 8: Решить квадратное уравнение вида ax 2 + bx + c = 0. Действия по решению демонстрировать через серийный порт.

Цикл for (счетчик)

Цикл for предназначен для выполнения действий в цикле, если мы знаем сколько раз должно выполняться действие.

Для счета мы должны создать переменную-счетчик и присвоить ей первоначальное значение, затем указать условия для счетчика при которых выполняется работа, а затем действие с переменной счетчиком при каждом новом повторении цикла.

for (int =; знак сравнения ; оператор ) {

команда;

}

Цикл for (счетчик)

Цикл for предназначен для выполнения действий в цикле, если мы знаем сколько раз должно выполняться действие.

for (int i=1; i

digitalWrite(i, 1); // выполнять действие

}

Задачи на цикл for

Задача 1: Вывести все целые числа от a до b в столбец в серийном порте. Значения чисел a и b задаются в через серийный порт.

Задача 2: Зажечь последовательно 5 светодиодов через каждые 0,5 секунд.

Задача 3: Вывести через серийный порт таблицу умножения до ста числа а. Число а задается через серийный порт.

Задача 4: Вывести в серийный порт четные числа от 2 до 60 по 5 в строке.

Задача 5: Зажечь плавно светодиоды при помощи ШИМ.

Задача 6: Три раза подать сигнал «SOS» при помощи светодиодов и азбуки Морзе.

Цикл while (пока)

Цикл while позволяет выполнять команды пока выполняются условия. В отличие от цикла for, мы не знаем сколько раз будут выполняться команды.

while ( )

{

команда;

}

Цикл while (пока)

Цикл while позволяет выполнять команды пока выполняются условия. В отличие от цикла for, мы не знаем сколько раз будут выполняться команды.

while (y

y=y+2; // прибавить к y 2 analogWrite(7,y); // вывести значение y на 7 пин

}

Задачи на цикл while

Задача 1: Пока кнопка нажата должен гореть светодиод.

Задача 2: Пока кнопка нажата, должны с задержкой 0,3 секунды по очереди загораться светодиоды и выключаться в обратную сторону.

Задача 3: Найти факториал числа, заданного через серийный порт. Результат вывести на экран.

Задача 4: Высчитать количество цифр в числе, заданном через серийный порт. Результат вывести на экран.

Задача 5: Составить программу разложения натурального числа n на простые множители. Множители вывести на экран через серийный порт.

Оператор switch (выбора)

Оператор switch позволяет создать более удобное ветвление в зависимости от значения переменной. Применяется для удобства записи при большом количестве переменных, как аналог конструкции if.

switch (переменная) {

case :

выполнимые команды;//выполняется если значение переменной совпадает

break; // прервать работу оператора

case :

выполнимые команды;//выполняется если значение переменной совпадает

break; // прервать работу оператора

default:

выполнимые команды; //выполняется если значение переменной не совпадает ни с одним значением case

break; // прервать работу оператора

}

Оператор switch (выбора)

Оператор switch позволяет создать более удобное ветвление в зависимости от значения переменной. Применяется для удобства записи при большом количестве переменных, как аналог конструкции if.

switch (i) {

case :

выполнимые команды; //выполняется если значение переменной равно 5

break; // прервать работу оператора

case :

выполнимые команды; //выполняется если значение переменной равно 15

break; // прервать работу оператора

default:

выполнимые команды; //выполняется если значение не совпадает ни с одним из вариантов выбора

break; // прервать работу оператора

}

Задачи на оператор case

Задача 1: собрать схему из 5 светодиодов и 5 кнопок. Каждая из кнопок по нажатию должна включать свой определенный светодиод.

Задача 2: Написать программу, которая будет выводить в серийный порт расписание уроков в зависимости от заданного в серийный порт дня.

Задача 3: Найти произведение цифр заданного n -значного числа. Допускаются числа до пяти знаков включительно с помощью оператора switch.

Задача 5: Составить программу которая проверяет тест. Составить тест из 5 вопросов, вопросы выводятся на экране вместе с вариантами ответов. Каждый верный ответ – 1 балл. Итоговую оценку вывести на экран.

Спасибо за работу!