Arduino: что можно сделать с его помощью. Arduino delay millis и micros для организации задержки в скетче Польза от использования AVRGCC

Мозгокурс молодого бойца по программированию Ардуино или с чего все-таки начать знакомство с этой платформой.

«- С чего начинать, Ваше Величество? - спросил он. - Начни с начала, - важно ответил Король,…» (C ) Льюис Керрол Алиса в стране чудес

Шаг 1: Начинаем с самого начала или как было бы хорошо, если бы Ардуино была бесплатной

Перечитав тонны учебников по Ардуино , придумав кучу полезных применений этой штуки в быту, начиная с автоматизации кормления рыбок в аквариуме заканчивая роботом-сеятелем для личного газона мы понимаем — без Ардуино нам не обойтись!

Купив контроллер мы понимаем, что плата у нас одна, а задумок много. Что же делать? Мозгомысль приводит нас к правильному решению.

Нужно клонировать Ардуино своими руками !

Шаг 2: Собираем все необходимое

Для ускорения процесса воспользуемся макетной платой . Как известно из технических параметров контроллера ATmega 328 IC , для его запуска в минимальной конфигурации нам потребуются:

− контролер Arduino Duemilanove (будет использован как программатор);
− микросхема ATmega 328 IC ;
− кварцевый резонатор на 16 Мгц;
− резисторы 100 Ом 3 шт.;
− конденсаторы 22pF 2 шт.;
− светодиоды 3 шт с красным, зеленым, .и желтым цветом свечения;
− стабилизатор напряжения на 5 Вольт например 7805;
− любая 9 батарея с разъемом для подключения;
− кабель USB;
− компьютер или ноутбук с установленным пакетом программ Arduino IDE ;
− макетная плата и провода.

Шаг 3: Начинаем макетировать

Размещаем на макетной плате микросхему контроллера.

Шаг 4: Монтируем стабилизатор напряжения и цепи питания

Устанавливаем на плату стабилизатор напряжения L7805. Назначение выводов микросхемы 1-вход (7-20 Вольт), 2-корпус, 3-выход (5 Вольт). C помощью монтажных проводов подключаем стабилизатор к источнику питания и контроллеру, как показано на фотографиях.

Шаг 5: Подключаем питание к контроллеру

В соответствии с нумерацией выводов контроллера соединяем его монтажными проводами с выходом стабилизатора напряжения и общим проводом.

Совет: Монтажные провода имеют разный цвет изоляции, старайтесь использовать провода одного цвета для каждой цепи.

Шаг 6: Подключаем кварцевый резонатор

Располагаем на плате резонатор и конденсаторы колебательного контура.

Порядок монтажа следующий:

− конденсатор 22pF ставим между землёй и 9 ножкой контроллера;
− конденсатор 22pF ставим между землёй и 10 ножкой контроллера;
− резонатор включаем между ногами 9 и 10 контроллера;
− резистор 10 kOm включаем между 1 ногой контроллера и +5В (шунтируем сигнал «Сброс»).

Шаг 7: Добавляем индикаторы состояния контроллера

Светодиоды включаем последовательно с резисторами 100 Ом, между землёй и нашим программатором.

Шаг 7: Соединяем макет с платой программатора

Подключаем собранный макет к плате Arduino Duemilanove следующим образом:

− вывод жёлтого светодиода соединяем с 9 выводом на разъёме программатора, его пульсация покажет нам, что программатор работает;
− вывод красного светодиода соединяем с 8 выводом на разъёме программатора, он сигнализирует о возможных ошибках;
− вывод зелёного светодиода соединяем с 7 выводом на разъёме программатора, его свечение сигнализирует об обмене данными между программатором и микроконтроллером.

Соединяем наши платы между собой остальными проводами как показано на рисунке, не забыв соединить провода питания + 5 В и корпус между ними.

Шаг 8: Превращаем плату Arduino Duemilanove в программатор

Для того что в загрузить в микроконтроллер ATmega 328 IC бутлоадер необходимо превратить наш Arduino Duemilanove в программатор. Подключаем нашу сборку к компьютеру с помощью USB кабеля. Открываем среду программирования AndurinoIDE, выбираем в нем скетч (программу) AndurinoISP и загружаем его в Arduino Duemilanove. По миганию жёлтого светодиода убеждаемся, что скетч загрузился в наш программатор.

Шаг 9: Загружаем бутлоадер

В AndurinoISP (пункт меню « T ools» ) выбираем нужный нам тип контроллера (ATmega 328 IC) . Даём команду на загрузку бутлоадера «Burn bootloader» . Следим за сообщениями AndurinoIDE, после окончания загрузки бутлоадера «Done Burning bootloader» наш микроконтроллер готов к записи скетча проекта нашей новой самоделки .

Шаг 10: Возможные проблемы и их решение

Возможные ошибки при записи бутлоадера и способы их устранения приведены на скриншотах отладчика выше.

Эта статья не претендует на полноценное описание программирования «с ноля» микроконтроллера, но показывает как с помощью минимального набора элементов можно начать изготовление «своего» Андурино .

Задержки в Ардуино играют очень большую роль. Без них не сможет работать даже самый простой пример Blink, который моргает светодиодом через заданный промежуток времени. Но большинство начинающих программистов мало знают о временных задержках и используют только Arduino delay, не зная побочных эффектов этой команды. В этой статье я подробно расскажу о временных функциях и особенностях их использования в среде разработки Arduino IDE.

В Arduino cуществует несколько различных команд, которые отвечают за работу со временем и паузы:

delay()
delayMicroseconds()
millis()
micros()

Они отличаются по точности и имеют свои особенности, которые стоит учитывать при написании кода.

Использование функции arduino delay

Синтаксис

Ардуино delay является самой простой командой и её чаще всего используют новички. По сути она является задержкой, которая приостанавливает работу программы, на указанное в скобках число миллисекунд. (В одной секунде 1000 миллисекунд.) Максимальное значение может быть 4294967295 мс, что примерно ровняется 50 суткам. Давайте рассмотрим простой пример, наглядно показывающий работу этой команды.

Void setup() { pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // подаем высокий сигнал на 13 пин delay(10000); // пауза 10000мс или 10 секунд digitalWrite13, LOW); // подаем низкий сигнал на 13 пин delay(10000); // пауза 10000мс или 10 секунд }

В методе setup прописываем, что пин 13 будет использоваться, как выход. В основной части программы сначала на пин подается высокий сигнал, затем делаем задержку в 10 секунд. На это время программа как бы приостанавливается. Дальше подается низкий сигнал и опять задержка и все начинается сначала. В итоге мы получаем, что на пин поочередно подается, то 5 В, то 0.

Нужно отчетливо понимать, что на время паузы с помощью delay работа программы приостанавливается, приложение не будет получать никаких данных с датчиков. Это является самым большим недостатком использования функции delay в Arduino. Обойти это ограничения можно с помощью прерываний, но об этом мы поговорим в отельной статье.

Пример delay с миганием светодиодом

Пример схемы для иллюстрации работы функции delay.
Можно построить схему со светодиодом и резистором. Тогда у нас получится стандартный пример – мигание светодиодом. Для этого на пин, который мы обозначили как выходной, необходимо подключить светодиод плюсовым контактом. Свободную ногу светодиода через резистор приблизительно на 220 Ом (можно немного больше) подключаем на землю. Определить полярность можно, если посмотреть на его внутренности. Большая чашечка внутри соединена с минусом, а маленькая ножка с плюсом. Если ваш светодиод новый, то определить полярность можно по длине выводов: длинная ножка – плюс, короткая – минус.

Функция delayMicroseconds

Данная функция является полным аналогом delay за исключением того, что единицы измерения у нее не миллисекунды, а микросекунды (в 1 секунде – 1000000 микросекунд). Максимальное значение будет 16383, что равно 16 миллисекундам. Разрешение равно 4, то есть число будет всегда кратно четырем. Кусочек примера будет выглядеть следующим образом:

DigitalWrite(2, HIGH); // подаем высокий сигнал на 2 пин delayMicroseconds(16383); // пауза 16383мкс digitalWrite(2, LOW); // подаем низкий сигнал на 2 пин delayMicroseconds(16383); // пауза 16383мкс

Проблема с delayMicroseconds точно такая же, как у delay – эти функции полностью «вешают» программу и она на некоторое время буквально замирает. В это время невозможна работа с портами, считывание информации с датчиков и произведение математических операций. Для мигалок данный вариант подходит, но опытные пользователи не используют её для больших проектов, так как там не нужны такие сбои. Поэтому, гораздо лучше использовать функции, описанные ниже.

Функция millis вместо delay

Функция millis() позволит выполнить задержку без delay на ардуино, тем самым обойти недостатки предыдущих способов. Максимальное значение параметра millis такое же, как и у функции delay (4294967295мс или 50 суток).

С помощью millis мы не останавливаем выполнение всего скетча, а просто указываем, сколько времени ардуино должна просто “обходить” именно тот блок кода, который мы хотим приостановить. В отличие от delay millis сама по себе ничего не останавливает. Данная команда просто возвращает нам от встроенного таймера микроконтроллера количество миллисекунд, прошедших с момента запуска. При каждом вызове loop Мы сами измеряем время, прошедшее с последнего вызова нашего кода и если разница времени меньше желаемой паузы, то игнорируем код. Как только разница станет больше нужной паузы, мы выполняем код, получаем текущее время с помощью той же millis и запоминаем его – это время будет новой точкой отсчета. В следующем цикле отсчет уже будет от новой точки и мы опять будем игнорировать код, пока новая разница millis и нашего сохраненного прежде значения не достигнет вновь желаемой паузы.

Задержка без delay с помощью millis требует большего кода, но с ее помощью можно моргать светодиодом и ставить на паузу скетч, не останавливая при этом систему.

Вот пример, наглядно иллюстрирующий работу команды:

Unsigned long timing; // Переменная для хранения точки отсчета void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { /* В этом месте начинается выполнение аналога delay() Вычисляем разницу между текущим моментом и ранее сохраненной точкой отсчета. Если разница больше нужного значения, то выполняем код. Если нет - ничего не делаем */ if (millis() - timing > 10000){ // Вместо 10000 подставьте нужное вам значение паузы timing = millis(); Serial.println ("10 seconds"); } }

Сначала мы вводим переменную timing, в ней будет храниться количество миллисекунд. По умолчанию значение переменной равно 0. В основной части программы проверяем условие: если количество миллисекунд с запуска микроконтроллера минус число, записанное в переменную timing больше, чем 10000, то выполняется действие по выводу сообщения в монитор порта и в переменную записывается текущее значение времени. В результате работы программы каждые 10 секунд в монитор порта будет выводиться надпись 10 seconds. Данный способ позволяет моргать светодиодом без delay.

Функция micros вместо delay

Данная функция так же может выполнить задержку, не используя команду delay. Она работает точно так же, как и millis, но считает не миллисекунды, а микросекунды с разрешением в 4мкс. Её максимальное значение 4294967295 микросекунд или 70 минут. При переполнении значение просто сбрасывается в 0, не забывайте об этом.

Резюме

Платформа Arduino предоставляет нам несколько способов выполнения задержки в своем проекте. С помощью delay вы можете быстро поставить на паузу выполнение скетча, но при этом заблокируете работу микроконтроллера. Использование команды millis позволяет обойтись в ардуино без delay, но для этого потребуется чуть больше программировать. Выбирайте лучший способ в зависимости от сложности вашего проекта. Как правило, в простых скетчах и при задержке меньше 10 секунд используют delay. Если логика работы сложнее и требуется большая задержка, то вместо delay лучше использовать millis.

Arduino является очень популярным среди всех любителей конструировать. Следует ознакомить с ними и тех, кто ни разу про него не слышал.

Что собой представляет Arduino?

Как вкратце можно охарактеризовать Arduino? Оптимальными словами будут такие: Arduino представляет собой инструмент, с помощью которого можно создавать различные электронные устройства. По сути, это настоящая аппаратная вычислительная платформа универсального предназначения. Она может использоваться как для построения простых схем, так и для реализации довольно сложных проектов.

Базируется конструктор на своей аппаратной части, которая представляет собой плату ввода-вывода. Для программирования платы используются языки, которые основаны на C/C++. Они получили название, соответственно, Processing/Wiring. От группы С они унаследовали предельную простоту, благодаря чему осваиваются они весьма быстро любым человеком, и применять знания на практике не является довольно значительной проблемой. Чтобы вы понимали легкость работы, часто говорят, что Arduino - для начинающих волшебников-конструкторов. Разобраться с платами "Ардуино" могут даже дети.

Что на нём можно собрать?

Применение Arduino довольно разнообразно, его можно использовать, как и для простейших примеров, которые будут рекомендованы в конце статьи, так и для довольно сложных механизмов, среди которых манипуляторы, роботы или производственные станки. Некоторые умельцы умудряются на основе таких систем делать планшеты, телефоны, системы наблюдения и безопасности домов, системы «умный дом» или просто компьютеры. Arduino-проекты для начинающих, которыми может для начала заняться даже тот, кто не имеет опыта, находятся в конце статьи. Их даже можно использовать для создания примитивных систем виртуальной реальности. Всё благодаря довольной универсальной аппаратной составляющей и возможностям, которые предоставляет программирование Arduino.

Где приобрести составляющие?

Оригинальными считаются составляющие, произведённые в Италии. Но и цена таких комплектов не низкая. Поэтому целый ряд компаний или даже отдельные люди кустарным методом изготавливают Arduino-совместимые устройства и компоненты, которые в шутку прозывают производственными клонами. При покупке таких клонов нельзя с уверенностью сказать, что они будут работать, но желание сэкономить берёт свое.

Составляющие могут приобретаться или в составе комплектов, или по отдельности. Существуют даже уже заранее подготовленные наборы, чтобы собрать машинки, вертолёты с различными типами управления или корабли. Набор, как на фотографии вверху, произведённый в Китае, обойдётся в 49 долларов.

Подробнее об аппаратуре

Плата Ардуино является простым микроконтроллером AVR , который был прошит бутлоадером и имеет минимально необходимый минимум USB-UART порт. Есть ещё важные составляющие, но в пределах статьи лучше будет остановиться только на этих двух составляющих.

Сначала о микроконтроллере, механизме, построенном на одной схеме, в которой и размещается разработанная программа. На программу могут влиять нажатия кнопок, получение сигналов от составляющих творения (резисторов, транзисторов, датчиков и т. д.) и т. д. Причем датчики могут быть самые различные по своему предназначению: освещения, ускорения, температуры, расстояния, давления, препятствия и т. д. В качестве устройств индикации может вестись использование простых деталей, от светодиодов и пищалок к сложным устройствам, вроде графических дисплеев. В качестве рассматриваются моторчики, клапаны, реле, сервомашинки, электромагниты и множество других, которых перечислять очень и очень долго. С чем-то из этих списков МК работает прямо, с помощью соединительных проводов. Для некоторых механизмов нужны переходные устройства. Но если вы уж начнёте конструировать, оторваться вам будет сложно. Теперь поговорим о программировании Arduino.

Подробнее о процессе программирования платы

Уже готовую к работе на микроконтроллере программу называют прошивкой. Может быть как один проект, так и проекты Arduino, поэтому каждую прошивку желательно было бы хранить в отдельной папке, чтобы ускорить процесс нахождения нужных файлов. Она прошивается на кристалл МК посредством специализированных устройств: программаторов. И тут "Ардуино" имеет одно преимущество - ему не нужен программатор. Всё сделано так, чтобы программирование Arduino для начинающих не составляло труда. Написанный код можно загрузить в МК посредством USB-шнура. Достигается это преимущество не каким-то встроенным уже заранее программатором, а спецпрошивкой - бутлоадером. Бутлоадер является специальной программкой, которая запускается сразу после подключения и слушает, будут ли какие-то команды, прошивать ли кристалл, есть ли проекты Arduino или нет. Из использования бутлоадера выплывает несколько очень привлекательных плюсов:

Использование только одного канала связи, что не требует дополнительных затрат по времени. Так, проекты Arduino не требуют, чтобы вы подключали множество различных проводов, и возникала путаница при их использовании. Для успешной работы хватает одного USB-шнура.
Защита от кривых рук. Довести микроконтроллер до состояния кирпича с помощью прямой прошивки довольно легко, сильно напрягаться не надо. При работе с бутлоадером до потенциально опасных настроек вам не добраться (с помощью программы разработки, конечно, а так сломать можно всё). Поэтому Arduino для начинающих предназначен не только с той точки зрения, что понятен и удобен, он ещё позволит избежать нежелательных денежных трат, связанных с неопытностью работающего с ними человека.

Проекты для начала

Когда вы обзавелись комплектом, паяльником, канифолью и припоем, не следует сразу лепить очень сложные конструкции. Их, конечно, слепить можно, но шанс успеха в Arduino для начинающих довольно низкий при сложных проектах. Для тренировки и «набивания» руки вы можете попробовать реализовать несколько более простых задумок, которые помогут разобраться с взаимодействием и работой "Ардуино". В качестве таких первых шагов в работе с Arduino для начинающих можно посоветовать рассмотреть:

Создать который будет работать благодаря "Ардуино".
Подключение отдельной кнопки к "Ардуино". При этом можно сделать так, чтобы кнопка могла регулировать свечение светодиода из пункта №1.
Подключение потенциометра.
Управление сервоприводом.
Подключение и работа с трехцветным светодиодом.
Подключение пьезоэлемента.
Подключение фоторезистора.
Подключение датчика движения и сигналы о его работе.
Подключение датчика влажности или температуры.

Проекты для будущего

Вряд ли вы интересуетесь "Ардуино" для того, чтобы подключать отдельные светодиоды. Скорее всего, вас привлекает возможность создать свою машинку, или летающую вертушку. Такие проекты сложны в своей реализации, они потребует много времени и усидчивости, но, выполнив их, вы получите то, что желали: ценный опыт конструирования с Arduino для начинающих.

» представляет учебный курс «Arduino для начинающих». Серия представлена 10 уроками, а также дополнительным материалом. Уроки включают текстовые инструкции, фотографии и обучающие видео. В каждом уроке вы найдете список необходимых компонентов, листинг программы и схему подключения. Изучив эти 10 базовых уроков, вы сможете приступить к более интересным моделям и сборке роботов на основе Arduino. Курс ориентирован на новичков, чтобы к нему приступить, не нужны никакие дополнительные сведения из электротехники или робототехники.

Краткие сведения об Arduino

Что такое Arduino?

Arduino (Ардуино) — аппаратная вычислительная платформа, основными компонентами которой являются плата ввода-вывода и среда разработки. Arduino может использоваться как для создания автономных интерактивных объектов, так и подключаться к программному обеспечению, выполняемому на компьютере. Arduino как и относится к одноплатным компьютерам.

Как связаны Arduino и роботы?

Ответ очень прост — Arduino часто используется как мозг робота.

Преимущество плат Arduino перед аналогичными платформами — относительно невысокая цена и практически массовое распространение среди любителей и профессионалов робототехники и электротехники. Занявшись Arduino, вы найдете поддержку на любом языке и единомышленников, которые ответят на вопросы и с которым можно обсудить ваши разработки.

Урок 1. Мигающий светодиод на Arduino

На первом уроке вы научитесь подключать светодиод к Arduino и управлять его мигать. Это самая простая и базовая модель.

Светодиод — полупроводниковый прибор, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Урок 2. Подключение кнопки на Arduino

На этом уроке вы научитесь подключать кнопку и светодиод к Arduino.

При нажатой кнопке светодиод будет гореть, при отжатой – не гореть. Это также базовая модель.

Урок 3. Подключение потенциометра на Arduino

В этом уроке вы научитесь подключать потенциометр к Arduino.

Потенциометр — это резистор с регулируемым сопротивлением. Потенциометры используются как регуляторы различных параметров – громкости звука, мощности, напряжения и т.п. Это также одна из базовых схем. В нашей модели от поворота ручки потенциометра будет зависеть яркость светодиода.

Урок 4. Управление сервоприводом на Arduino

На этом уроке вы научитесь подключать сервопривод к Arduino.

Сервопривод – это мотор, положением вала которого можно управлять, задавая угол поворота.

Сервоприводы используются для моделирования различных механических движений роботов.

Урок 5. Трехцветный светодиод на Arduino

На этом уроке вы научитесь подключать трехцветный светодиод к Arduino.

Трехцветный светодиод (rgb led) — это три светодиода разных цветов в одном корпусе. Они бывают как с небольшой печатной платой, на которой расположены резисторы, так и без встроенных резисторов. В уроке рассмотрены оба варианта.

Урок 6. Пьезоэлемент на Arduino

На этом уроке вы научитесь подключать пьезоэлемент к Arduino.

Пьезоэлемент — электромеханический преобразователь, который переводит электричеcкое напряжение в колебание мембраны. Эти колебания и создают звук.

В нашей модели частоту звука можно регулировать, задавая соответствующие параметры в программе.

Урок 7. Фоторезистор на Arduino

На этом уроке нашего курса вы научитесь подключать фоторезистор к Arduino.

Фоторезистор — резистор, сопротивление которого зависит от яркости света, падающего на него.

В нашей модели светодиод горит только если яркость света над фоторезистором меньше определенной, эту яркость можно регулировать в программе.

Урок 8. Датчик движения (PIR) на Arduino. Автоматическая отправка E-mail

На этом уроке нашего курса вы научитесь подключать датчик движения (PIR) к Arduino, а также организовывать автоматическую отправку e-mail.

Датчик движения (PIR) — инфракрасный датчик для обнаружения движения или присутствия людей или животных.

В нашей модели при получении с PIR-датчика сигнала о движении человека Arduino посылает компьютеру команду отправить E-mail и отправка письма происходит автоматически.

Урок 9. Подключение датчика температуры и влажности DHT11 или DHT22

На этом уроке нашего вы научитесь подключать датчик температуры и влажности DHT11 или DHT22 к Arduino, а также познакомитесь с различиями в их характеристиках.

Датчик температуры и влажности — это составной цифровой датчик, состоящий из емкостного датчика влажности и термистора для измерения температуры.

В нашей модели Arduino считывает показания датчика и осуществляется вывод показаний на экран компьютера.

Урок 10. Подключение матричной клавиатуры

На этом уроке нашего курса вы научитесь подключать матричную клавиатуру к плате Arduino, а также познакомитесь с различными интересными схемами.

Матричная клавиатура придумана, чтобы упростить подключение большого числа кнопок. Такие устройства встречаются везде - в клавиатурах компьютеров, калькуляторах и так далее.

Урок 11. Подключение модуля часов реального времени DS3231

На последнем уроке нашего курса вы научитесь подключать модуль часов реального времени из семейства
DS к плате Arduino, а также познакомитесь с различными интересными схемами.

Модуль часов реального времени - это электронная схема, предназначенная для учета хронометрических данных (текущее время, дата, день недели и др.), представляет собой систему из автономного источника питания и учитывающего устройства.

Приложение. Готовые каркасы и роботы Arduino

Начинать изучать Arduino можно не только с самой платы, но и с покупки готового полноценного робота на базе этой платы — робота-паука, робота-машинки, робота-черепахи и т.п. Такой способ подойдет и для тех, кого электрические схемы не особо привлекают.

Приобретая работающую модель робота, т.е. фактически готовую высокотехнологичную игрушку, можно разбудить интерес к самостоятельному проектированию и робототехнике. Открытость платформы Arduino позволяет из одних и тех же составных частей мастерить себе новые игрушки.

Еще один вариант — покупка каркаса или корпуса робота: платформы на колесиках или гусенице, гуманоида, паука и т.п. В этом случае начинку робота придется делать самостоятельно.

Приложение. Мобильный справочник

– помощник для разработчиков алгоритмов под платформу Arduino, цель которого дать конечному пользователю возможность иметь при себе мобильный набор команд (справочник).

Приложение состоит из 3-х основных разделов:

Операторы;
Данные;
Функции.

Где купить Arduino

Наборы Arduino

Курс будет пополняться дополнительными уроками. Подпишитесь на нас

Цикл статей и обучающих схем с радиолюбительскими экспериментами на Arduino для начинающих. Это такая радиолюбительская игрушка-конструктор, из которой без паяльника, травления печатных плат и тому подобного любой чайник в электронике может собрать полноценное работающее устройство, подходящее как для профессионального прототипирования так и для любительских опытов при изучении электроники.

Плата Arduino для предназначена в первую очередь для обучения начинающих радиолюбителей основам программирования микроконтроллеров и созданию микроконтроллерных устройств своими руками без серьезной теоретической подготовки. Среда разработки Arduino позволяет, скомпилировать и загрузить в память платы готовый программный код. Причем загрузка кода предельно проста.

Arduino с чего начать новичку

В первую очередь для работы с платой Ардуино начинающему электронщику нужно скачать программу для разработки Arduino, она состоит из встроенного текстового редактора, в котором мы работаем с программным кодом, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто применяемых команд и нескольких меню. Для загрузки своих программ и связи это программа через типовой шнур USB подключается к плате Arduino.

Код, написанный в среде Arduino, называют скетч . Он пишется в текстовом редакторе, имеющем специальные инструменты вставки/вырезки, замены/поиска текста. Во время сохранения и экспорта в области сообщений (смотри рисунок в первом уроке для начинающих, чуть ниже) появляются пояснения, также могут отображаться ошибки. Консоль показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую полезную информацию. Кнопки инструментальной панели позволяют проверить и записать скейтч, открыть, создать и сохранить его, открыть мониторинг последовательной шины и многое др.

Итак, переходим к первому уроку Arduino схемы начинающих электронщиков.

Контроллер Arduino UNO для удобства начинающих уже имеет сопротивление и LED-светодиод, подсоединенный к 13 выводу разъема, поэтому никаких внешних радиоэлементов в первом опыте нам не нужно.

Загрузив код, Ардуино позволяет нашей программе поучаствовать в инициализации системы. Для этого мы указываем микроконтроллеру команды, которые он выполнит в момент первоначальной загрузки и далее напрочь забудет об них (т.е. эти команды выполнятся Ардуинкой только один раз при старте). И именно с этой целью в нашем коде мы выделяем блок, в котором храняться эти команды. void setup() , а точнее в том пространстве внутри фигурных скобок этой функции, смотри программный скейтч.

Не забывайте про фигурные скобки! Потеря хотя бы одной из них сделает весь скейтч полностью нерабочим. Но и лишние скобки тоже не ставьте, т.к также возникнет ошибка.

Код скачать:

Скейтч с комментариями и пояснениями в файле 001-1_mig-led.ino

Функция void loop() это то место, куда мы помещаем команды, которые будут выполняться все то время, пока включена плата Arduino. Начав выполнение с первой команды, Ардуинка дойдет до самого конца и сразу же перейдет в начало, чтобы повторить ту же самую последовательность. И так бесконечное число раз, до тех пор, пока на плату поступает питание. По своей сути, void loop – это главная функция, точка входа в Arduino.

Функция delay (1000) задерживает обработку программы на 1000 милисекунд. Все это идет в вечном цикле loop() .

Главный вывод после восприятия нашей первой програмки на Ардуино: С помощью функций void loop и void setup мы передаем микроконтроллеру наши инструкции. Все то, что находится внутри блока setup выполнится всего один раз. Содержимое модуля loop будет повторятся в цикле до тех пор, пока останется включенным Arduino.

В предыдущей программе между включением и выключением светодиода была секундная задержка. В используемом выше простейшем коде начинающего ардуинщика был один большой минус. Для выдержки паузы между включением и отключением светодиода в одну секунду мы применили функцию delay() и поэтому в этот момент контроллер не способен выполнять другие команды в главной функции loop() . Корректировка кода в функции loop(), представленная ниже решает эту проблему.

Вместо установки значения в HIGH, а затем в LOW, мы получим значение ledPin и проинвертируем его. Допустим если оно было HIGH, то станет LOW и т.п.

Второй вариант кода Ардуино для управления светодиодом здесь:

Затем можно заменить функцию delay() . Вместо нее, лучше использовать функцию millis() . Она возвращает количество миллисекунд, прошедшее с момента старта программы. Функция переполнится приблизительно через 50 суток работы программного кода.

Похожей функцией является micros() , которая возвращает количество микросекунд, прошедшее с момента запуска программного кода. Функция вернется в ноль через 70 минут работы программы.

Конечно, это добавит немного строк кода в наш скетч, но это, сделает вас несомненно более опытным программистом и увеличит потенциал вашего Arduino. Для этого нужно всего лишь научиться применять функцию millis.

Следует четко понимать, что простейшая функция delay приостанавливает выполнение всей программы Ардуино, делая ее неспособной выполнять какие-либо задачи в этот период времени. Вместо того, чтобы приостанавливать всю нашу программ, можно подсчитывать, сколько времени прошло до завершения действия. Это, прекрасно, реализуется с помощью функции millis(). Чтобы все было легко в понимании, мы рассмотрим следующий вариант мигания светодиодом без временной задержки.

Начало этой программы такое же как и у любого другого стандартного скетча Arduino.

В данном примере используется два цифровых ввода-вывода Arduino. Светодиод подсоединяется к 8 пину, который сконфигурирован как OUTPUT. К 9 через подключена кнопка, которая настроена как INPUT. Когда нажимаем на кнопку пин 9 устанавливается в HIGH, и программа переключает вывод 8 в HIGH, тем самым включая светодиод. Отпускание кнопки сбрасывает девятый вывод в состояние LOW. Затем код переключает вывод 8 в LOW, отключая световой индикатор.

Для управления пятью светодиодами будем применять различные манипуляции с портами Arduino. Для этого напрямую запишем данные в порты Arduino, это позволит задать значения для светодиодов при помощи одной лишь функции.

Arduino UNO обладает тремя портами: B (цифровые входа/выхода с 8 по 13); C (аналоговые входа); D (цифровые входа/выхода с 0 по 7)

Каждый порт осуществляет управление тремя регистрами. Первый DDR задает чем будет являться pin входом или выходом. При помощи второго регистра PORT можно задать pin в состояние HIGH или LOW. При помощи третьего можно считать информацию о состояние ножек Arduino, в случае если они работает на вход.

Для работы схемы задействуем порт B. Для этого установим все ножки порта как цифровые выхода. У порта B всего 6 ножек. Биты регистра DDRB должны быть заданы в "1" , если пин будет использоваться как выход (OUTPUT), и в "0" , если пин планируем применять как вход (INPUT). Биты портов нумеруются с 0 по 7, но не всегда имеют все 8 пинов

Допустим: DDRB = B00111110; // установить ножки порта В с 1 по 5 как выхода, а 0 как вход.

В нашем схеме бегущих огней мы задействуем пять выходов: DDRB = B00011111 ; // установить пины порта В с 0 по 4 как выходы.

Для записи данных в порт В нужно задействовать регистр PORTB. Зажечь первый светодиод можно с помощью управляющей команды: PORTB = B00000001; , первый и четвертый LED: PORTB = B00001001 и т.п

Существует два оператора двоичного сдвига: влево и вправо. Оператор сдвига влево заставляет все биты данных переместиться влево, соответственно оператор сдвига вправо, перемещает их вправо.

Пример:

varA = 1; // 00000001
varA = 1 varA = 1 varA = 1

Теперь вернемся к исходному коду нашей программе. Нам требуется ввести две переменные: upDown будет включать в себя значения куда двигаться - вверх или вниз, а вторая cylon укажет какие Led зажигать.

Конструктивно такой светодиод имеет один общий вывод и три вывода для каждого цвета. Ниже показана схема подключения RGB-светодиода к плате Arduino с общим катодом. Все резисторы используемые в схеме для подключения должны быть одного номинала от 220-270 Ом.

Для подключения с общим катодом схема подключения трехцветного led будет почти аналогична, за исключением того, что общий вывод будет подключен не к земле (gnd на устройстве), а к выводу +5 вольт. Выводы Красный, зеленый и синий в обоих случаях подключаются к цифровым выходам контроллера 9, 10 и 11.

К девятому пину Arduino UNO подключим внешний светодиод через сопротивление 220 Ом. Для плавного управления яркостью последнего применим функцию analogWrite() . Она обеспечивает вывод ШИМ-сигнала на ножку контроллера. Причем команду pinMode() вызывать не требуется. Т.к analogWrite(pin,value) включает два параметра: pin - номер ножки для вывода, value - значение от 0 до 255.

Код:
/*
Учебный пример начинающего ардуинщика, раскрывает возможности команды analogWrite() для реализации Fade-эффекта светодиода
*/
int brightness = 0; // яркость LED
int fadeAmount = 5; // шаг изменения яркости
unsigned long currentTime;
unsigned long loopTime;

Void setup() {
pinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 пин как выход
currentTime = millis();
loopTime = currentTime;
}

Void loop() {
currentTime = millis();
if(currentTime >= (loopTime + 20)){
analogWrite(9, brightness); // устанавливаем значение на 9 выводе

Brightness = brightness + fadeAmount; // прибавляем шаг изменения яркости, которая установится в следующем цикле

// если достигли мин. или макс. значения, то идем в обратную сторону (реверс):
if (brightness == 0 || brightness == 255) {
fadeAmount = -fadeAmount ;
}
loopTime = currentTime;
}
}

Работа Arduino с энкодером

Энкодером предназначен для преобразования угла поворота в электрический сигнал. С него мы получаем два сигнала (А и В), которые противоположны по фазе. В этом учебном примере мы будем применять энкодер SparkFun COM-09117, имеющий двенадцать положений на один оборот (каждое положение ровно 30°). На приведенном ниже рисунке хорошо видно, как зависят выход А и В друг от друга при движении энкодера по часовой или против часовой стрелки.

Если сигнал А переходит от положительного уровня к нулевому, мы считываем значение выхода В. Если выход В в этот момент времени находится в положительном состоянии, значит энкодер двигается по направлению часовой стрелке, если В выдает нулевой уровень, то энкодер двигается в противоположном направлении. Считывая оба выхода, мы при помощи микроконтроллера способны вычислить направление вращения, а при помощи подсчета импульсов с А выхода энкодера - угол поворота.

При необходимости можно при помощи расчета частоты, определить насколько быстро происходит вращение энкодера.

Применяя энкодер в нашем учебном примере мы будем регулировать яркостью светодиода при помощи ШИМ выхода. Для считывания данных с энкодера мы будем использовать метод, базирующийся на программных таймерах, которые мы уже рассмотрели.

Учитывая тот факт, что в самом быстром случае, мы можем повернуть ручку энкодера на 180° за 1/10 секунды, то это будет 6 импульсов за 1/10 секунды или 60 импульсов в одну секунду.

В реальности быстрее вращать не возможно. Так как нам необходимо отслеживать все полупериоды, то частота должна быть около 120 Герц. Для полной уверенности, возьмем 200 Гц.

Так как, в данном случае, у нас используется механический энкодер, то возможен дребезг контактов, а низкая частота прекрасно отфильтровывает подобный дребезг.

По сигналам программного таймера необходимо постоянно осуществлять сравнение текущего значения выхода А энкодера с предыдущим значением. Если состояние меняется от положительного к нулю, то мы опрашиваем состояние выхода В. В зависимости от результата опроса состояния мы увеличиваем или снижаем счетчик значения яркости LED светодиода. Код программы с временным интервалом около 5 мс (200 Гц), представлен ниже:

Код начинающего ардуинщика:
/*
** Энкодер
** Для управлением яркостью светодиода применяется энкодер фирмы Sparkfun
*/

Int brightness = 120; // яркость светодиода, начинаем с половины
int fadeAmount = 10; // шаг изменения яркости
unsigned long currentTime;
unsigned long loopTime;
const int pin_A = 12; // pin 12
const int pin_B = 11; // pin 11
unsigned char encoder_A;
unsigned char encoder_B;
unsigned char encoder_A_prev=0;
void setup() {
// declare pin 9 to be an output:
pinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 вывод как выход
pinMode(pin_A, INPUT);
pinMode(pin_B, INPUT);
currentTime = millis();
loopTime = currentTime;
}
void loop() {
currentTime = millis();
if(currentTime >= (loopTime + 5)){ // проверяем состояния каждые 5мс (частота 200 Гц)
encoder_A = digitalRead(pin_A); // считываем состояние выхода А энкодера
encoder_B = digitalRead(pin_B); // выхода В энкодера
if((!encoder_A) && (encoder_A_prev)){ // если состояние меняется с положительного к нулевому
if(encoder_B) {
// выход В в положительном состояние, значит вращение осуществляется по часовой стрелке
// увеличиваем яркость свечения, не более чем до 255
if(brightness + fadeAmount }
else {
// выход В в нулевом состояние, значит вращение идет против часовой стрелки
// снижаем яркость, но не ниже нуля
if(brightness - fadeAmount >= 0) brightness -= fadeAmount;
}

}
encoder_A_prev = encoder_A; // сохраняем значение А для последующего цикла

AnalogWrite(9, brightness); // устанавливаем яркость на девятый пин

LoopTime = currentTime;
}
}

В этом примере для начинающих мы рассмотрим работу с пьезоизлучателем для генерирования звуков. Для этого возьмем пьезодатчик позволяющий генерировать звуковые волны в диапазоне частот 20 Гц - 20 кГц.

Это такая радиолюбительская конструкция где по всему объему расположены светодиоды. С помощью этой схемы можно генерировать различные световые и анимационные эффекты. Сложные схемы способны даже отображать различные объемные слова. Другими словами это элементарный объемным монитор

Сервопривод является основным элементом при конструировании различных радиоуправляемых моделей, а управление им с помощью контроллера просто и удобно.

Программа для управления проста и наглядна. Начинается она с подключения файла, содержащего все необходимые команды для управления сервоприводом. Далее, мы создаем объект servo, например servoMain. Следующая функция setup(), в которой мы прописываем, что сервопривод подсоединен к девятому выводу контроллера.

Код:
/*
Arduino Servo
*/
#include
Servo servoMain; // Обьект Servo

Void setup()
{
servoMain.attach(9); // Servo подключен к девятому выводу
}

Void loop()
{
servoMain.write(45); // Повернуть сервопривод влево на 45 °
delay(2000); // Ожидание 2000 милисекунд (2 секунды)
servoMain.write(0); // Повернуть серво влево на 0 °
delay(1000); // Пауза 1 с.

delay(1500); // Ожидание 1.5 с.
servoMain.write(135); // Повернуть серво вправо на 135 °
delay(3000); // Пауза 3 с.
servoMain.write(180); // Повернуть серво вправо на 180 °
delay(1000); // Ожидание 1 с.
servoMain.write(90); // Повернуть серво на 90 °. Центральная позиция
delay(5000); // Пауза 5 с.
}

В главной функции loop() , мы задаем команды для серводвигателя, выдерживая паузы между ними.

Схема Arduino счетчика на 7-сегментном индикаторе

Этот простой проект на Arduino для начинающих, заключается в создании схемы счетчика на обычном 7-сегментном индикаторе с общим катодом. Программный код, приведенный ниже, позволяет при нажатии на кнопку запускать счет от 0 до 9.

Семисегментный индикатор – представляет собой комбинацию 8 светодиодов (последний отвечает за точку) с общим катодом, которые можно включать в нужной последовательности так, чтобы они создавали цифры. Следует обратить внимание, что в данной схеме, смотри рисунок ниже, выводы 3 и 8 отведены под катод.

Справа показана таблица соответствия выводов Arduino и выводов светодиодного индикатора.

Код этого проекта:

byte numbers = {
B11111100, B01100000, B11011010, B11110010, B01100110,
B10110110, B10111110, B11100000, B11111110, B11100110
};
void setup() {
for(int i = 2; i pinMode(i, OUTPUT);
}
pinMode(9, INPUT);
}
int counter = 0;
bool go_by_switch = true;
int last_input_value = LOW;
void loop() {
if(go_by_switch) {
int switch_input_value = digitalRead(9);
if(last_input_value == LOW && switch_input_value == HIGH) {

}
last_input_value = switch_input_value;
} else {
delay(500);
counter = (counter + 1) % 10;
}
writeNumber(counter);
}

Void writeNumber(int number) {
if(number 9) {
return;
}
byte mask = numbers;
byte currentPinMask = B10000000;
for(int i = 2; i if(mask & currentPinMask) digitalWrite(i,HIGH);
else digitalWrite(i,LOW);
currentPinMask = currentPinMask >> 1;
}
}

Существенно расширить потенциал плат Ардуино можно и с помощью дополнительных модулей, которые можно подключить к PIN выводам практически любого устройства. Рассмотри наиболее популярные и интересные модули расширения или как их еще называют - шилды.