Kurs_Arduino_cz1.pdf
(
656 KB
)
Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
KURS
Kurs Arduino (1)
Dodatkowe materiały
na CD/FTP
Język programowania
Rozpoczynamy naukę programowania Arduino. W pierwszej
kolejności zajmiemy się specy
fi
cznym językiem Arduino, który
dostępnymi bibliotekami oraz składnią niewiele różni się od języka
C. Dlatego też preferowana jest podstawowa znajomość składni
i komend języka C oraz ich użycia. W kolejnych częściach kursu
zapoznamy się z zestawem Arduino UNO i jego uruchomieniem
w środowisku Arduino IDE. W kolejnych częściach kursu
zaprezentujemy sposób programowania w tym systemie na podstawie
praktycznych przykładów.
dardowych bibliotek dostępne są biblioteki
funkcji obsługi pamięci EEPROM, komuni-
kacji z komputerem, obsługi wyświetlaczy
LCD, transmisji sieciowej ETHERNET, ob-
sługi kart pamięci SD, silników krokowych,
programowej wersji interfejsu RS232 czy
obsługi interfejsów SPI i I
2
C/TWI, w które
został wyposażony w mikrokontroler. Do
niektórych bibliotek standardowych wyma-
gane będą elementy sprzętowe, jak choćby
wyświetlacz LCD czy kontroler Ethernet. Jak
wspomniano, dostępne są również biblioteki
niestandardowe, które można ściągnąć z In-
ternetu. Biblioteki niestandardowe można
podzielić na kilka grup. W grupie bibliotek
komunikacyjnych można znaleźć biblioteki
umożliwiające obsługę wiadomości teksto-
wych, obsługi interfejsu 1Wire, klawiatury
z interfejsem PS2, obsługi telefonu komór-
kowego czy serwera www. Dostępne są rów-
nież biblioteki umożliwiające komunikacje
zestawów Arduino ze sobą. W grupie bi-
bliotek obsługujących czujniki są dostępne
biblioteki obsługujące czujniki pojemnościo-
we oraz przyciski w jakie jest wyposażona
większość urządzeń. Dostępna jest również
grupa bibliotek obsługujących wyświetlacze
gra
fi
czne oraz wyświetlacze wielosegmen-
towe LED również z wykorzystaniem kon-
trolerów
fi
rmy MAXIM. Biblioteki w grupie
generatory umożliwiają generowanie sygna-
łu na dowolnym pinie mikrokontrolera lub
z wykorzystaniem scalonych generatorów
PWM. Dostępna jest również grupa bibliotek
dotyczących czasu. Można w niej znaleźć bi-
bliotekę obsługującą zegar oraz kalendarz –
bardzo przydatna biblioteka, gdy będzie wy-
magany zegar i kalendarz i związana z tym
np. rejestracja danych ze znacznikiem czasu
rejestracji. Pozostałe biblioteki związane są
z odmierzaniem czasu. Ostatnia grupa do-
stępnych bibliotek dotyczy bibliotek do ob-
sługi tekstów czyli łańcuchów znaków przy-
datnych podczas wyświetlania tekstowych
komunikatów na wyświetlaczu LCD lub wy-
syłanych do komputera. Jak widać dostępna
jest pokaźna liczba bibliotek, która cały czas
jest rozwijana. W Internecie można znaleźć
wiele innych niestandardowych bibliotek
dla Arduino umożliwiających obsługę wielu
układów dołączanych do mikrokontrolera.
Biblioteki niestandardowe zawsze w pierw-
szej kolejności należy zainstalować. Składają
się one z jednego pliku z przedrostkiem .h
oraz jednego .cpp. W ramach kursu będą
dokładniej opisywane tylko biblioteki wy-
Jak wspomniano, język Arduino IDE jest
zbliżony do języka C. Jego komendy umiesz-
czono w
tabeli
1
. Składa się on ze struktur,
zmiennych oraz funkcji. W strukturach
Se-
tup()
oraz
Loop()
, wymaganych przez język
Arduino, będzie się znajdował program. Po-
zostałe struktury kontrolne, arytmetyczne,
bitowe czy logiczne pokazane w tab. 1 są
identyczne, jak dla języka C.
W programowaniu w każdym języku są
wykorzystywane zmienne i związane z nimi
typy danych oraz stałe. W języku Arduino,
oprócz standardowych stałych dla języka C,
są dostępne dodatkowe stałe
LOW
,
HIGH
,
IN-
PUT
oraz
OUTPUT
związane z operacjami na
liniach portów mikrokontrolera. Natomiast
typy zmiennych są identyczne jak dla języka
C. Nowością w języku Arduino są dostępne
funkcje związane z mikrokontrolerem. Do-
stępne są funkcje wykonujące operacje na
portach mikrokontrolera. Pierwsza z funkcji
pinMode(pin, mode)
umożliwia kon
fi
guro-
wanie poszczególnych wyprowadzeń portów
mikrokontrolera, ustalanie czy dana nóżka
ma być wejściem czy wyjściem. Pozostałe
funkcje
digitalWrite()
oraz
digitalRead()
doty-
czą zapisu lub odczytu wartości linii portu.
Kolejnymi funkcjami są funkcje dotyczą-
ce obsługi analogowych linii portów mikro-
kontrolera. Składają się one z funkcji
ana-
logReference()
,
analogRead()
i
analogWrite()
odpowiednio: ustalających napięcie odnie-
sienia dla przetwornika A/C, funkcji odczy-
tu zmierzonej wartości analogowej i zapisu
wartości analogowej (sygnał PWM).
Funkcje należące do grupy zaawanso-
wanych służą odpowiednio do generowania
tonu audio na dowolnej linii portu mikro-
kontrolera, generowania strumienia bitów
oraz odczytu długości impulsu na linii mi-
krokontrolera. Prawdopodobnie często będą
wykorzystywane funkcje służące do odmie-
rzania czasu. Umożliwiają one wstawienie
w programie opóźnień oraz wykonywanie
pomiaru czasu. Arduino IDE ma również
funkcje matematyczne, trygonometryczne
czy funkcje generatorów pseudolosowych.
Z mikrokontrolerami związane są nieodzow-
nie operacje na bajtach oraz bitach. Dlatego
też Arduino udostępnia funkcje związane
z bitami i bajtami. Umożliwiają one zapis
bajtów, ich odczyt oraz ustawianie/kasowa-
nie i odczyt dowolnych bitów zmiennych. Są
to bardzo pomocne funkcje przydatne w ope-
rowania na portach mikrokontrolera.
Kolejne funkcje są przeznaczone do ob-
sługi przerwań. Umożliwiają one przerwa-
nie pracy programu głównego i wykonanie
bardziej priorytetowego zadania. Dostępne
są funkcje obsługi przerwań zewnętrznych
zgłaszanych od linii portów mikrokontrolera
oraz wewnętrznych przerwań zgłaszanych
przez peryferia mikrokontrolera jak czaso-
mierzy czy interfejsów komunikacyjnych.
Ostania z dostępnych funkcji języka Ar-
duino jest funkcją obsługi transmisji szere-
gowej zgodnej z RS232. Będzie ona bardzo
pomocna podczas komunikacji mikrokontro-
lera np. z komputerem lub innym urządze-
niem zgodnym i wyposażonym w interfejs
RS232. Mogą to być np. moduły Bluetooth,
GPS czy GSM. Dostępne funkcje języka Ar-
duino jak i inne instrukcje pokazane w
tab.
1
będą dokładniej opisane i pokazane z użyciu
podczas praktycznych przykładów ich wy-
korzystania.
Biblioteki
Oprócz dostępnych instrukcji języka Ar-
duino dostępne są liczne biblioteki funkcji
umożliwiających obsługę różnych układów
dołączanych do mikrokontrolera. Część
z nich wymieniono w
tabeli
2
.
Są dostępne dwie grupy bibliotek – bi-
blioteki dostępne z systemem Arduino czyli
biblioteki standardowe oraz pozostałe nie-
standardowe utworzone przez innych użyt-
kowników systemu Arduino. Wśród stan-
98
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2011
Kurs Arduino – Język programowania
czytu sygnałów z czujników. W mi-
krokontrolerach ATmega jest moż-
liwość programowego włączenia
rezystora podciągającego, który do-
myślnie na linii wejściowej będzie
ustalał stanu wysoki. Rozwiązanie
z rezystorem podciągającym jest
bardzo często wykorzystywane pod-
czas odczytu stanu z przycisków.
Jego naciśniecie, na linii wejściowej
ustawi stan niski a domyślnie po jego pusz-
czeniu będzie panował stan wysoki wymu-
szany przez rezystor podciągający. Cyfrowe
linie mogą również być wyjściami na któ-
rych stan może się zmieniać na niski lub wy-
soki co odpowiada napięciu 0 V i +5 V. Wy -
dajność prądowa wyjść mikrokontrolerów
ATmega umożliwia zasilanie dołączonych
do nich diod LED. W przypadku większych
obciążeń wymagane są dodatkowe wzmac-
niacze chociażby w postaci tranzystorów. Do
obsługi cyfrowych linii w Arduino dostępne
są trzy funkcje
pinMode()
,
digitalWrite()
i
di-
gitalRead()
. Za pomocą funkcji
pinMode(pin,
mode)
jest możliwość skon
fi
gurowania typu
linii cyfrowej – czy ma być wejściem czy
wyjściem. Pierwszy parametr określa numer
pinu mikrokontrolera zgodnie z opisem linii
na płytce zestawu Arduino UNO. Drugi pa-
rametr
mode
może posiadać stałe parametry
INPUT
lub
OUTPUT
co wskazuje czy linia ma
być wejściem, czy wyjściem.
Instrukcja:
pinMode(13, HIGH)
oznacza że linia
13 mikrokontrolera będzie linią wyjścio-
wą. Funkcja
digitalWrite(pin, value)
służy
do ustawiania stanu linii mikrokontrolera.
Pierwszy parametr pin określa numer pinu,
natomiast drugi parametr określa jaki ma być
jej stan (niski czy wysoki – stałe parametry
LOW lub HIGH). Instrukcja:
digitalWrite(13,
LOW)
ustawia na linii 13 stan niski czyli na-
pięcie 0V. Instrukcja
digitalWrite()
umożliwia
również załączenie rezystora podciągające-
go na linii będącej wejściem. Aby do linii
wejściowej dołączyć wewnętrzny rezystor
podciągający należy z wykorzystaniem funk-
cji
digitalWrite()
wpisać do linii wejściowej
wartość
HIGH
co pokazano na poniższym
przykładzie:
pinMode(12, LOW); //Kon
fi
guracja linii 12
jako wejściowa
digitalWrite(12, HIGH); //Włączenie rezysto-
ra podciągającego do linii 12
Powyższe dwie instrukcje powodują że
linia 12 będzie linią wejściową z włączo-
nym rezystorem podciągającym. Instrukcja
digitalRead(pin)
służy do odczytu stanu linii
będącej wejściem. Parametr
pin
określa nu-
mer pinu mikrokontrolera który jest odczy-
tywany. Funkcja zwraca stan odczytywanego
stanu pinu zgodnie z przykładem:
val = di-
gitalRead(12);
Do zmiennej
val
zostanie zapisany stan
12 linii portu mikrokontrolera. Liczba do-
stępnych portów będzie zależeć od zastoso-
wanego mikrokontrolera, choć jest również
możliwość ich zwiększenia poprzez dołącze-
nie do niego odpowiednich ekspanderów. Na
płytce Arduino UNO dostępne są cyfrowe
linie portów oznaczone numerami od 0 do
13. Dlatego tez dla ułatwienia właśnie tymi
aliasami można się posługiwać podczas kon-
fi
gurowania portów I/O.
Listing. 1. Szkic programy w Arduino
int buttonPin = 3; //inicjacja zmiennej
void setup() //struktura inicjalizująca
{
Serial.begin(9600);
pinMode(buttonPin, INPUT);
}
void loop() //nieskończona pętla programu
{
// ...
}
Obsługa analogowych linii
mikrokontrolera
W Arduino dostępnych jest kilka linii
analogowych z wykorzystaniem których
można mierzyć analogowe sygnały np. z czuj-
ników (temperatury, ciśnienia) w przedziale
napięcia od 0 V do +5 V i z rozdzielczością
10 bitów. 10-bitowa rozdzielczość oznacza,
że mierzone napięcie od 0 V do 5 V będzie
odczytywane wartościami od 0 do 1023. Dla
5 V daje to rozdzielczość (5 V/1024) 0,0049 V
(4,9 mV). Zakres rozdzielczości przetworni-
ka można zmienić za pomocą funkcji
ana-
logReference()
. Pomiar wartości analogowej
trwa około 100 mikrosekund. Analogowe
linie mikrokontrolera oznaczone w Arduino
UNO są jako A0 do A5 i mogą być wykorzy-
stane również jako linie cyfrowe. Kon
fi
guruje
się je identycznie za pomocą funkcji
pinMo-
de()
,
digitalWrite()
i
digitalRead()
z tym że pa-
rametr
pin
jest oznaczany za pomocą aliasów
A0 do A5. Na przykład aby skon
fi
gurować
linie analogowa A0 jako wyjście wystarczy
komenda
pinMode (A0, OUTPUT);.
Analogowe linie również posiadają cy-
frowo załączane rezystory podciągające któ-
re można włączyć z wykorzystaniem funkcji
digitalWrite()
. Aby działało wejście analogo-
we mikrokontrolera musi ono być wcześniej
ustawione jako wejście z wykorzystaniem
funkcji
pinMode()
. Należy również wyłączyć
rezystor podciągający. Do odczytu napięcia
z linii analogowej mikrokontrolera służy
funkcja
analogRead(pin)
. Parametrem
pin
jest linia analogowa. Na przykład komenda
val = analogRead(A2); //odczyt wartości sy-
gnału z linii A2
powoduje odczyt wartości
analogowej z linii
A2
i zapis jej do zmiennej
val
. Dostępna jest również funkcja
analogRe-
ference(type)
za pomocą której można zmie-
nić parametry pracy przetwornika analogo-
wo-cyfrowego mikrokontrolera. Parametr
type
określa napięcie odniesienia dla prze-
twornika. Dostępne są następujące opcje:
– DEFAULT: napięcie odniesienia dla prze-
twornika jest napięciem zasilającym mi-
krokontroler czyli 5 V lub 3,3 V.
– INTERNAL: wbudowane napięcie odnie-
sienia równie 1,1 V dla ATmega168,
– INTERNAL1V1: wbudowane napięcie
odniesienia równie 1,1 V dla Arduino
Mega,
-– INTERNAL2V56: wbudowane napięcie
odniesienia równie 2,56 V dla Arduino
Mega,
korzystywane w przykładowych projektach
i związanymi z dołączanymi do zestawu Ar-
duino UNO modułami AVTDUINO.
Program główny w Arduino
Nieodzownymi elementami programu
są zmienne w których przechowuje się dane
oraz funkcje od których zależy działanie pro-
gramu. Program główny systemu Arduino
składa się z dwóch nieodzownych struktur
setup()
oraz
loop()
. Wygląd szkicu programu
w Arduino pokazano na
listingu.
1
.
W pierwszej kolejności są inicjowane
zmienne. Następnie w strukturze
setup()
ini-
cjowane są tryby pracy linii mikrokontrolera,
jego peryferia, linie portów mikrokontrolera
oraz funkcje zależne od wykorzystywanych
bibliotek. Struktura ta jest wykonywana
tylko raz podczas włączania zasilania lub
zerowania mikrokontrolera. Po strukturze
inicjującej wymagana jest struktura
loop()
,
która tworzy niekończoną pętle w której wy-
konywany jest program sterujący pracą CPU.
Działanie instrukcji w pętli będzie zależeć
od użytkownika i napływających informa-
cji z otoczenia mikrokontrolera. Oczywiście
jest możliwe wychodzenie z nieskończonej
pętli do obsługiwanych funkcji z biblio-
tek lub własnych. Dla większej czytelno-
ści programu i jego opisu działania, można
wprowadzać komentarze które powinny być
oddzielone od instrukcji znakami „//”. Jest
możliwe również wprowadzenie komenta-
rza w znakach otwierających komentarz „/*”
oraz zamykających komentarz „*/”. Wszystko
pomiędzy tymi znakami jest przez język Ar-
duino ignorowane. Komentowanie działania
programu jest dobrą praktyką gdyż po pew-
nym czasie umożliwia to szybsze zapoznanie
się z działaniem programu. Każdy przygoto-
wany program będzie musiał być poddany
kompilacji a mikrokontroler zaprogramowa-
ny utworzonym plikiem z programem.
Obsługa cyfrowych linii
mikrokontrolera
Cyfrowe linie portów mikrokontrolerów
mogą być skon
fi
gurowane jako wejścia lub
wyjścia. Dotyczy to również linii analogo-
wych. W zestawie Arduino z mikrokontro-
lerem ATmega domyślnie linie portów są
skon
fi
gurowane jako wejścia z wyłączonym
rezystorem podciągającym. Czyli domyślnie
są to wejścia prawie nie pobierające prądu
i bardzo często są wykorzystywane do od-
99
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2011
KURS
Typy pamięci
W mikrokontrolerach programowanych
przez Arduino czyli ATmega istnieją trzy ro-
dzaje pamięci:
– pamięć FLASH (przestrzeń programu),
przechowywany jest w niej program na-
pisany w Arduino. Dane zapisane w tej
pamięci nie są tracone po wyłączeniu
zasilania,
– pamięć SRAM (Static Random Access
Memory), pamięć na zmienne czyli dane
z obliczeń przeprowadzanych przez mi-
krokontroler. Dane w tej pamięci są tra-
cone po wyłączeniu zasilania,
– pamięć EEPROM jest pamięć do stałego
przechowywania danych. Zapisane dane
nie są wymazywane po wyłączeniu zasi-
lania. Można jej używać do przechowy-
wania długoterminowego informacji.
Dla przykładu mikrokontroler ATme-
ga168 ma następujące rodzaje pamięci:
– FLASH – 16 kB (z czego 2 kB jest używa-
ne dla bootloadera),
– SRAM – 1024 bajtów,
– EEPROM – 512 bajtów.
Ten mikrokontroler stosunkowo małą
pamięć SRAM. Już zapisanie do niej przy-
kładowego tekstu:
char tekst[] = „Arduino –
Elektronika Praktyczna”;
zajmuje ponad 32
bajtów. To może nie wydawać się dużo, ale
wystarczy kilka takich tekstów, aby zapełnić
1024 bajty pamięci. Zwłaszcza, gdy jest duża
ilość tekstu do wysłania do wyświetlacza czy
przez port RS232. Jest wiele sposobów na
poradzenie sobie ze zbyt małą ilością pamię-
ci. Część danych można zapisać w pamięci
EEPROM. Można również ciągi tekstów prze-
chowywać w pamięci Flash mikrokontrolera
co można zrobić z wykorzystaniem funkcji
PROGMEM
:
prog_char tekst[] PROGMEM =
{„ Arduino – Elektronika Praktyczna „};.
Wykorzystanie pamięci EEPROM – spo-
sobu zapisu i odczytu danych zostanie poka-
zane w dalszej części kursu w przykładach
praktycznych. Do obsługi pamięci EEPROM
mikrokontrolera przewidziane są funkcje
znajdujące się w dodatkowej bibliotece
EEPROM
.
– EXTERNAL: zewnętrzne napięcie odnie-
sienia dołączone do linii AREF miesz-
czące się w przedziale od 0 V do 5 V.
Możliwość zmiany napięcia odniesienia
dla przetwornika A/C mikrokontrolera daje
możliwość dostosowania się do wartości
mierzonego sygnału analogowego z wymaga-
ną rozdzielczością pomiaru.
(pin, value)
gdzie pierwszym parametrem
jest numer linii cyfrowej PWM a
value
war-
tością wypełnienia generowanego sygnału
PWM w zakresie od 0 do 255. Wartość 255
daje stałe napięcie 5 V, wartość 127 da wy-
pełnienie 50%, czyli napięcie wyjściowe
po uśrednieniu 2,5 V, natomiast wartość 0
da wypełnienie 0% i napięcie 0 V.
Z wykorzystaniem sygnału PWM moż-
na mody
fi
kować np. jasność dołączonej
diody LED czy prędkości silnika. Sygnał
PWM dla mikrokontrolera ATmega168,
który zamontowany jest w Arduino UNO
może być generowany na pinach 3, 5, 6,
9, 10 i 11. Na przykład funkcja
analogWri-
te(5, 127); //Sygnał PWM o wypełnienia 127
ge
neruje sygnał PWM na pinie 5 o wypeł-
nieniu 50 %. Nie trzeba również ustawiać
linii PWM jako wyjścia przez wywołaniem
funkcji
analogWrite()
ale dla czytelności
programu zalecane jest ustawienie linii
PWM jako wyjście z wykorzystaniem funk-
cji
pinMode()
.
Obsługa generatora PWM
Sygnał PWM jest to sygnał prostokąt-
ny o mody
fi
kowanym wypełnieniu. Z wy-
korzystaniem sygnału PWM i jego póź-
niejszym uśrednieniu z wykorzystaniem
prostego
fi
ltra składającego się z rezystora
i kondensatora można uzyskać prosty prze-
twornik cyfrowo-analogowy na wyjściu
którego wartość analogowa (napięcie) bę-
dzie zależne od wypełnienia generowanego
sygnału PWM.
Częstotliwość sygnału PWM w Arduino
jest około 500 Hz. Do generowania sygnału
PWM dostępna jest funkcja
analogWrite-
Tabela 1. Typy struktur, zmienne, funkcje języka Arduino
Struktury
setup()
loop()
Struktury kontrolne
if
if...else
for
switch case
while
do... while
break
continue
return
goto
Składnia języka
;
{}
//
/* */
#de
fi
ne
#include
Operacje arytmetyczne
= (assignment operator)
+ (addition)
- (subtraction)
* (multiplication)
/ (division)
% (modulo)
Operatory porównania
== (equal to)
!= (not equal to)
< (less than)
> (greater than)
<= (less than or equal to)
>= (greater than or equal
to)
Operatory logiczne
&& (and)
|| (or)
! (not)
Operacje na wskaźnikach
* dereference operator
& reference operator
Operatory bitowe
& (bitwise and)
| (bitwise or)
^ (bitwise xor)
~ (bitwise not)
<< (bitshift left)
>> (bitshift right)
Pozostałe operatory
++ (increment)
-- (decrement)
+= (compound addition)
-= (compound subtraction)
*= (compound multiplica-
tion)
/= (compound division)
&= (compound bitwise and)
|= (compound bitwise or)
Zmienne
Stałe
HIGH | LOW
INPUT | OUTPUT
true | false
integer constants
fl
oating point constants
Typy zmiennych
void
boolean
char
unsigned char
byte
int
unsigned int
word
long
unsigned long
fl
oat
double
string - char array
String - object
array
Konwersje
char()
byte()
int()
word()
long()
fl
oat()
Zmienne zakresowe
variable scope
static
volatile
const
Narzędzia
sizeof()
Funkcje
Cyfrowe I/O
pinMode()
digitalWrite()
digitalRead()
Analogowe I/O
analogReference()
analogRead()
analogWrite() - PWM
Zaawansowane I/O
tone()
noTone()
shiftOut()
pulseIn()
Czasu
millis()
micros()
delay()
delayMicroseconds()
Matematyczne
min()
max()
abs()
constrain()
map()
pow()
sqrt()
Trygonometryczne
sin()
cos()
tan()
Losowe
randomSeed()
random()
Bitów i Bajtów
lowByte()
highByte()
bitRead()
bitWrite()
bitSet()
bitClear()
bit()
Przerwania zewnętrzne
attachInterrupt()
detachInterrupt()
interrupts()
noInterrupts()
Komunikacja
Serial
De
fi
niowanie zmiennych
Zmienna jest zarezerwowanym miejscem
do przechowywania danych. Składa się ona
z nazwy, typu oraz wartości. Na przykład in-
strukcja
Int PinLED = 13;
tworzy zmienną na-
zwaną
PinLED
typu
int
i wartości początkowej
13
, która może być używana do wskazywania
pinu 13, do którego dołączono diodę LED. Za
każdym odwołaniem się do nazwy
PinLED
będzie wskazywana wartość 13, która w tym
przypadku jest numerem pinu portu mikro-
kontrolera. Zde
fi
niowana zmienną można
szybko użyć w dowolnych funkcjach np.
pin-
Mode (PinLED, OUTPUT);
Za pomocą tej funkcji linia
PinLED
o war-
tości 13 (13 linia mikrokontrolera) zostaje
100
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2011
Kurs Arduino – Język programowania
skon
fi
gurowana jako wyjcie. Zaletą zmiennej
w tym przypadku jest to, że wystarczy okre-
ślić wartość pinu raz a używać wiele razy.
Więc jeśli później zdecydujemy się na zmianę
z pinu 13 na pin 12, wystarczy zmienić numer
pinu w jednym miejscu w kodzie programu.
Zmienna ma inne zalety w postaci możliwości
przechowywania wartości liczbowej. Co naj-
ważniejsze, można zmienić wartości zmiennej
za pomocą prostej komendy (wskazane przez
znak równości). Na przykład komenda
PinLED
= 12;
zmienia wartość zmiennej na wartość
12. Zauważyć można że nie jest już potrzebne
określenie typu zmiennej. Wystarczy tylko raz
wskazać jej typ. Oznacza to, że nazwa zmien-
nej jest na stałe związane z rodzajem, tylko
jego wartość się zmienia. Przed przypisaniem
wartości do zmiennej zawsze w pierwszej
kolejności należy ją zde
fi
niować. W de
fi
nio-
waniu zmiennych ważna jest deklaracja od-
powiedniego jej typu. W
tabeli
3
wymieniono
typy zmiennych oraz zakresy ich wartości.
Ich zastosowanie będzie zależne od typu obli-
czeń jakie będą przeprowadzane w programie.
Zmienne domyślnie są przechowywane w pa-
mięci SRAM mikrokontrolera. Jak w języku C,
zmienne mogą być inicjowane:
Char znak;
Int wartosc = 33;
Pierwsza deklaracja deklaruje zmienną
bez wartości początkowej, natomiast drugiej
zmiennej
wartosc
jest nadawana wartość po-
czątkowa 33. W zmiennych ważny jest rów-
nież zakres jej działania. Zależy on od miej-
sca deklaracji zmiennej. Zmienne de
fi
niowa-
ne przed strukturami
setup()
oraz
loop()
będą
zmiennymi globalnymi i ich zakres działania
będzie w całym przygotowanym progra-
mie. Zmienne de
fi
niowane w funkcjach lub
w strukturach
setup()
czy
loop()
będą działa-
ły tylko w nich:
void setup ()
{
Int PinLED = 13;
pinMode (pin, OUTPUT);
digitalWrite (pin, HIGH);
}
trzeby powtarzania kodu programu. Funkcje
mogą wykonywać określone zadanie wielo-
krotnie np. funkcja opóźnienia która może
być wykorzystana w programie wielokrotnie.
Wywołanie funkcji powoduje wykonanie za-
wartego w niej programu i powrót po jego
wykonaniu do programu głównego. Funkcje
mogą posiadać parametry wejściowe jak np.
w przypadku funkcji opóźnienia może to być
czas opóźnienia. Mogą również one zwra-
cać wynik obliczeń. Jak wspomniano zale-
ty funkcji uwidaczniają się gdy trzeba coś
w programie wielokrotnie powtórzyć. W pro-
gramie bardzo często będą wykorzystywane
funkcje czy to własne czy z wykorzystywa-
nych bibliotek. Funkcja ma swoją nazwę
oraz w nawiasie mogą się znajdować jej ar-
gumenty. Funkcje należy w pierwszej kolej-
ności zde
fi
niować. W tym celu podaje się jej
argumenty (identyczne jak typy zmiennych)
oraz typ wartości zwracanej przez funkcje.
W przypadku, gdy funkcja nie będzie zwra-
cała żadnych wartości lub nie będzie miała
żadnych wartości wejściowych wykorzystuje
się do tego zaznaczenia słowo
void
:
void De-
lay_100ms(void);.
Funkcja ta będzie powodo-
wać opóźnienie programu o 100 ms.
Niżej umieszczono przykładową funkcję
do mnożenia dwóch liczb:
Int Mnozenie(int x, int y){
Int wynik;
W tym przypadku wartość
PinLED
zmie-
niać się może tylko wewnątrz struktury
setup()
. Jeśli zmienna jest globalna, jej war-
tość można zmienić w dowolnym miejscu
w kodzie programu, co oznacza, że trzeba
zrozumieć cały program aby wiedzieć co się
stanie. Jeśli zmienna ma ograniczony zakres,
działanie programu jest łatwiej zrozumieć.
Tworzenie funkcji
Funkcje czyli swego rodzaju procedury
pozwalają programiście na dzielenie pro-
gramu na moduły dzięki czemu jest bardziej
zrozumiały oraz dane moduły (funkcje)
mogą być wykonywane wielokrotnie bez po-
REKLAMA
1
01
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2011
KURS
Wynik = x * y;
Return wynik;
}
Tabela 2. Biblioteki w
Arduino
Biblioteki standardowe
EEPROM
odczyt zapis do pamięci EEPROM
biblioteka funkcji sieciowych ETHERNET z wykorzystaniem modułu Ardu-
ino Ethernet Shield
W powyższym przypadku deklarowana
jest funkcja mnożenia o nazwie
Mnozenie
która ma dwa argumenty typu
int
. Funkcja
zwraca wartość typu
int
(iloczyn). Rezultat
działania funkcji jest zapisywany do zmien-
nej lokalnej
wynik
. Komenda
return
umożli-
wia zwrócenie wartości obliczeń przez funk-
cję. Użycie funkcji może być następujące:
void loop{
int i = 2;
int j = 3;
int k;
k = Mnozenie(i, j); // wynik mnożenia to 6
}
Ethernet
Firmata
biblioteka komunikacji z komputerem z wykorzystaniem RS232
LiquidCrystal
biblioteka obsługi wyświetlaczy LCD
SD
biblioteka obsługi kart pamięci SD
Servo
biblioteka obsługi napędów servo
SPI
biblioteka obsługi interfejsu SPI (Serial Peripheral Interface)
SoftwareSerial
biblioteka obsługi programowej interfejsu komunikacyjnego RS232
Stepper
biblioteka obsługi silników krokowych
Wirebi
biblioteka obsługi interfejsu TWI/I
2
C (Two Wire Interface)
Biblioteki komunikacyjne:
Messenger
biblioteka do przetwarzania wiadomości tekstowych z komputera
NewSoftSerial
ulepszona biblioteka do obsługi programowej transmisji RS232
OneWire
biblioteka obsługi interfejsu 1Wire
PS2Keyboard
biblioteka obsługi klawiatury z interfejsem PS2
biblioteka umożliwia wysyłanie wiadomości pomiędzy komputerem
a Arduino
Simple Message System
W przykładzie zadeklarowano dwie
zmienne
i
i
j
o wartość 2 i 3 oraz zmien-
ną na
k
na ich iloczyn. Wywołanie funkcji
mnożenie z parametrami
i
i
j
spowoduje
wykonanie funkcji i wykonanie mnożenia
dwóch wartości zapisanych do zmiennych
i
i
j
co da wynik 6 i jego zapis do zmien-
nej
k
. Dzięki przykładowej funkcji w każdej
chwili w programie gdy będzie potrzebne
mnożenie dwóch liczb wystarczy wywołać
funkcje mnożenie podając jako jej parame-
try mnożone liczby.
umożliwia wysyłanie wiadomości tekstowych lub mail za pomocą tele-
fonu komórkowego (za pomocą poleceń AT)
SSerial2Mobile
Webduino
biblioteka serwera WWW z wykorzystaniem Arduino Ethernet Shield
X10
biblioteka umożliwia transmisje po liniach zasilających
XBee
umożliwia komunikacje z API XBee
SerialControl
umożliwia zdalną kontrolę innych Arduino za pomocą interfejsu RS232
Biblioteki do obsługi czujników:
Capacitive Sensing
biblioteka dla czujników pojemnościowych
Debounce
biblioteka do obsługi przycisków
Obsługa wyświetlaczy i matryc LED:
Improved LCD library
biblioteka obsługi wyświetlaczy LCD
GLCD
biblioteka obsługi gra
fi
cznych LCD z kontrolerem KS0108
biblioteka sterująca 7-segmentowymi wyświetlaczami LED oraz LED’ami
z kontrolerami MAX7221 lub MAX7219
LedControl
LedDisplay
biblioteka obsługi wyświetlaczy z kontrolerem HCMS-29xx
Generatory:
Przykładowy program
W ramach podsumowania części teore-
tycznej na
listingu 2
pokazano prosty pro-
gram powodujący pulsowanie diody LED.
W strukturze
setup()
jest kon
fi
gurowa-
na linia 13 mikrokontrolera jako wyjście.
Do tego wyjścia dołączona jest dioda LED.
W strukturze
loop()
wykonywane są w nie-
skończonej pętli instrukcje z których pierw-
sza powoduje ustawienie linii 13 w stan
wysoki (wyłączenie diody LED). Kolejna
funkcja
delay
z parametrom 1000 powoduje
opóźnienie działania programu o 1 sekun-
dę (1000 ms). Po opóźnieniu wykonywana
jest instrukcja ustawiająca stan niski na li-
nii 13 po czym następuje wykonanie kolej-
nej funkcji opóźnienia o 1 sekundę. Po tej
instrukcji działanie programu rozpoczyna
się od początku co powoduje miganie dio-
dy dołączonej do pinu 13 mikrokontrolera.
Z praktycznym działaniem tego programu
będzie się można zapoznać w kolejnej czę-
ści kursu.
biblioteka umożliwia generowanie dźwięku na dowolnym pinie mikro-
kontrolera
Tone
TLC5940
Umożliwia obsługę 16 kanałowego i 12 bitowego kontrolera PWM
Data i godzina:
DateTime
biblioteka realizująca zegar i kalendarz
Metro
biblioteka umożliwiające odmierzanie stałych odcinków czasu
MsTimer2
biblioteka generująca przerwanie co czas odmierzony w milisekundach
Tekstowe:
TextString
biblioteka obsługi tekstów
PString
biblioteka zapisu tekstu do bufora
Streaming
uproszona biblioteka funkcji print()
Listing 2. Przykładowy program napisany dla Arduino
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT); //konfi guracja linii 13 jako wyjście
}
void loop() {
digitalWrite(13, HIGH); // wyłączenie diody LED
delay(1000); // opóźnienie 1 sekundy
digitalWrite(13, LOW); // włączenie diody LED
delay(1000); // opóźnienie 1 sekundy
}
Tabela 3. Zakresy typów zmienny
ch
Typ
Zakres
boolean
True, False
char
-128 do 127
Podsumowanie
W pierwszej części kursu Arduino opi-
sano podstawowe funkcje i składnię języka
Arduino. Są to informacje niezbędne do pod-
jęcia programowania z tym systemie. W na-
stępnych częściach kursu zostanie pokazane
środowisko programistyczne Arduino IDE
wraz z instalacją zestawu Arduino UNO
i jego uruchomieniem.
unsigned char
0 do 255
byte
0 do 255
int
-32768 do 32767
unsigned int
0 do 65,535
word
0 do 65535
long
-2147483648 do 2147483647
unsigned long
0 do 4294967295
fl
oat
3,4028235E+38 do -3,4028235E+38
double
(wartość 4-bajtowa)
Marcin Wiązania
marcin.wiazania@ep.com.pl
string
ciąg znaków
102
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2011
Plik z chomika:
ChomikErniBravo7
Inne pliki z tego folderu:
informatyka--budowa-robotow-dla-poczatkujacych--david-cook--ebook.pdf
(1525 KB)
David Cook - Budowa Robotów dla początkujących (2012).pdf
(14827 KB)
Budowa Robotów dla początkujących (2012).pdf
(14827 KB)
budowa robotów dla początkujących scan.pdf
(18080 KB)
Budowa robotow dla poczatkujacych(1).pdf
(1291 KB)
Inne foldery tego chomika:
Algorytmy i struktury danych
ANTYWIRUSY FIREWALE
ARDUINO
AVT-PROJEKTY
CAD
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin