Язык arduino для начинающих. Подключение и программирование ардуино для начинающих

Этот урок дает минимальные знания, необходимые для программирования систем Ардуино на языке C. Можно только просмотреть его и в дальнейшем использовать как справочную информацию. Тем, кто программировал на C в других системах можно пропустить статью.

Повторю, что это минимальная информация. Описание указателей, классов, строковых переменных и т.п. будет дано в последующих уроках. Если что-то окажется непонятным, не беспокойтесь. В дальнейших уроках будет много примеров и пояснений.

Структура программы Ардуино.

Структура программы Ардуино достаточно проста и в минимальном варианте состоит из двух частей setup() и loop().

void setup() {

void loop() {

Функция setup() выполняется один раз, при включении питания или сбросе контроллера. Обычно в ней происходят начальные установки переменных, регистров. Функция должна присутствовать в программе, даже если в ней ничего нет.

После завершения setup() управление переходит к функции loop(). Она в бесконечном цикле выполняет команды, записанные в ее теле (между фигурными скобками). Собственно эти команды и совершают все алгоритмические действия контроллера.

Первоначальные правила синтаксиса языка C.

; точка с запятой Выражения могут содержать сколь угодно много пробелов, переносов строк. Признаком завершения выражения является символ ”точка с запятой ”.

z = x + y;
z= x
+ y ;

{ } фигурные скобки определяют блок функции или выражений. Например, в функциях setup() и loop().

/* … */ блок комментария , обязательно закрыть.

/* это блок комментария */

// однострочный комментарий , закрывать не надо, действует до конца строки.

// это одна строка комментария

Переменные и типы данных.

Переменная это ячейка оперативной памяти, в которой хранится информация. Программа использует переменные для хранения промежуточных данных вычислений. Для вычислений могут быть использованы данные разных форматов, разной разрядности, поэтому у переменных в языке C есть следующие типы.

Тип данных	Разрядность, бит	Диапазон чисел
boolean	8	true, false
char	8	-128 … 127
unsigned char	8	0 … 255
byte	8	0 … 255
int	16	-32768 … 32767
unsigned int	16	0 … 65535
word	16	0 … 65535
long	32	-2147483648 … 2147483647
unsigned long	32	0 … 4294967295
short	16	-32768 … 32767
float	32	-3.4028235+38 … 3.4028235+38
double	32	-3.4028235+38 … 3.4028235+38

Типы данных выбираются исходя из требуемой точности вычислений, форматов данных и т.п. Не стоит, например, для счетчика, считающего до 100, выбирать тип long. Работать будет, но операция займет больше памяти данных и программ, потребует больше времени.

Объявление переменных.

Указывается тип данных, а затем имя переменной.

int x; // объявление переменной с именем x типа int
float widthBox; // объявление переменной с именем widthBox типа float

Все переменные должны быть объявлены до того как будут использоваться.

Переменная может быть объявлена в любой части программы, но от этого зависит, какие блоки программы могут ее использовать. Т.е. у переменных есть области видимости.

• Переменные, объявленные в начале программы, до функции void setup(), считаются глобальными и доступны в любом месте программы.
• Локальные переменные объявляются внутри функций или таких блоков, как цикл for, и могут использоваться только в объявленных блоках. Возможны несколько переменных с одним именем, но разными областями видимости.

int mode; // переменная доступна всем функциям

void setup() {
// пустой блок, начальные установки не требуются
}

void loop() {

long count; // переменная count доступна только в функции loop()

for (int i=0; i < 10;) // переменная i доступна только внутри цикла
{
i++;
}
}

При объявлении переменной можно задать ее начальное значение (проинициализировать).

int x = 0; // объявляется переменная x с начальным значением 0
char d = ‘a’; // объявляется переменная d с начальным значением равным коду символа ”a”

При арифметических операциях с разными типами данных происходит автоматическое преобразование типов данных. Но лучше всегда использовать явное преобразование.

int x; // переменная int
char y; // переменная char
int z; // переменная int

z = x + (int) y; // переменная y явно преобразована в int

Арифметические операции.

Операции отношения.

Логические операции.

Операции над указателями.

Битовые операции.

&	И
|	ИЛИ
^	ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
~	ИНВЕРСИЯ
<<	СДВИГ ВЛЕВО
>>	СДВИГ ВПРАВО

Операции смешанного присваивания.

Выбор вариантов, управление программой.

Оператор IF проверяет условие в скобках и выполняет последующее выражение или блок в фигурных скобках, если условие истинно.

if (x == 5) // если x=5, то выполняется z=0
z=0;

if (x > 5) // если x >
{ z=0; y=8; }

IF … ELSE позволяет сделать выбор между двух вариантов.

if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}

{
z=0;
y=0;
}

ELSE IF – позволяет сделать множественный выбор

if (x > 5) // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{
z=0;
y=8;
}

else if (x > 20) // если x > 20, выполняется этот блок
{
}

else // в противном случае выполняется этот блок
{
z=0;
y=0;
}

SWITCH CASE - множественный выбор. Позволяет сравнить переменную (в примере это x) с несколькими константами (в примере 5 и 10) и выполнить блок, в котором переменная равна константе.

switch (x) {

case 5:
// код выполняется если x = 5
break;

case 10:
// код выполняется если x = 10
break;

default:
// код выполняется если не совпало ни одно предыдущее значение
break;
}

Цикл FOR . Конструкция позволяет организовывать циклы с заданным количеством итераций. Синтаксис выглядит так:

for (действие до начала цикла;
условие продолжения цикла;
действие в конце каждой итерации) {

// код тела цикла

Пример цикла из 100 итераций.

for (i=0; i < 100; i++) // начальное значение 0, конечное 99, шаг 1

{
sum = sum + I;
}

Цикл WHILE . Оператор позволяет организовывать циклы с конструкцией:

while (выражение)
{
// код тела цикла
}

Цикл выполняется до тех пор, пока выражение в скобках истинно. Пример цикла на 10 итераций.

x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
x++;
}

DO WHILE – цикл с условием на выходе.

do
{
// код тела цикла
} while (выражение);

Цикл выполняется пока выражение истинно.
BREAK – оператор выхода из цикла. Используется для того, чтобы прервать выполнение циклов for, while, do while.

x = 0;
while (x < 10)
{
if (z > 20) break; // если z > 20, то выйти из цикла
// код тела цикла
x++;
}

GOTO – оператор безусловного перехода.

goto metka1; // переход на metka1
………………
metka1:

CONTINUE - пропуск операторов до конца тела цикла.

x = 0;
while (x < 10)
{
// код тела цикла
if (z > 20) continue; // если z > 20, то вернуться на начало тела цикла
// код тела цикла
x++;
}

Массивы.

Массив это область памяти, где последовательно хранятся несколько переменных.

Объявляется массив так.

int ages; // массив из 10 переменных типа int

float weight; // массив из 100 переменных типа float

При объявлении массивы можно инициализировать:

int ages = { 23, 54, 34, 24, 45, 56, 23, 23, 27, 28};

Обращаются к переменным массивов так:

x = ages; // x присваивается значение из 5 элемента массива.
ages = 32; // 9 элементу массива задается значение 32

Нумерация элементов массивов всегда с нуля.

Функции.

Функции позволяют выполнять одни и те же действия с разными данными. У функции есть:

• имя, по которому ее вызывают;
• аргументы – данные, которые функция использует для вычисления;
• тип данных, возвращаемый функцией.

Описывается пользовательская функция вне функций setup() и loop().

void setup() {
// код выполняется один раз при запуске программы
}

void loop() {
// основной код, выполняется в цикле
}

// объявление пользовательской функции с именем functionName
type functionName(type argument1, type argument1, … , type argument)
{
// тело функции
return();
}

Пример функции, вычисляющей сумму квадратов двух аргументов.

int sumQwadr (int x, int y)
{
return(x* x + y*y);
}

Вызов функции происходит так:

d= 2; b= 3;
z= sumQwadr(d, b); // в z будет сумма квадратов переменных d и b

Функции бывают встроенные, пользовательские, подключаемые.

Очень коротко, но этих данных должно хватить для того, чтобы начать писать программы на C для систем Ардуино.

Последнее, что я хочу рассказать в этом уроке, как принято оформлять программы на C. Думаю, если вы читаете этот урок в первый раз, стоит пропустить этот раздел и вернутся к нему позже, когда будет что оформлять.

Главная цель внешнего оформления программ это улучшить читаемость программ, уменьшить число формальных ошибок. Поэтому для достижения этой цели можно смело нарушать все рекомендации.

Имена в языке C.

Имена, представляющие типы данных, должны быть написаны в смешанном регистре. Первая буква имени должна быть заглавная (верхний регистр).

Signal, TimeCount

Переменные должны быть записаны именами в смешанном регистре, первая буква строчная (нижний регистр).

Arduino представляет собой небольшую плату, которая служит для создания различных устройств, интересных гаджетов и даже для вычислительных платформ. Данную плату называют микроконтроллером, которая распространяется с открытыми исходными кодами и с которой можно использовать множество приложений.

Это наиболее простой и недорогой вариант для начинающих, любителей и профессионалов. Процесс программирования проходит на языке Processing/Wiring, который осваивается быстро и легко и в основе которого лежит язык C++, а благодаря это сделать очень легко. Давайте рассмотрим, что такое Arduino, чем полезна для начинающих, её возможности и особенности.

Arduino является вычислительной платформой или платой, которая будет служить мозгом для ваших новых устройств или гаджетов. На ее основе вы сможете создавать как устройства с простыми схемами, так и сложные трудоемкие проекты, например, роботов или дронов.

Основой конструктора служит плата ввода-вывода (аппаратная часть), а также программная часть. Программное обеспечение конструктора на основе Ардуино представлено интегрированной средой разработки .

Внешне сама среда выглядит так:

Программная часть Ардуино разработана таким образом, чтобы справиться с ней мог даже начинающий пользователь, не имеющий представления о программировании. Дополнительным фактором успеха в использовании микроконтроллера стала возможность работать с макетной платой, когда к контроллеру подключаются необходимые детали (резисторы, диоды, транзисторы и т.п.) без необходимости в пайке.

Большая часть плат Arduino имеют подключение через USB кабель. Подобное соединение позволяет обеспечить плату питанием и загрузить скетчи, т.е. мини-программы. Процесс программирования так же является предельно простым. Вначале пользователь использует редактор кода IDE для создания необходимой программы, затем она загружается при помощи одного клика в Ардуино.

Как купить Arduino?

Плата и многие детали Ардуино производится в Италии , поэтому оригинальные составляющие отличаются достаточно высокой стоимостью. Но существуют отдельные компоненты конструктора или наборы, так называемые кит-наборы, которые выпускается по итальянской аналогии, однако по более доступным ценам.

Купить аналог можно на отечественном рынке или, к примеру, заказать из Китая. Многие знают про сайт АлиЭкспресс, например. Но начинающим свое знакомство с Ардуино лучше свою первую плату заказать в российском интернет-магазине. Со временем можно перейти на покупку плат и деталей в Китае. Срок доставки из этой страны составит от двух недель до месяца, а, например, стоимость большого кит-набора будет не более 60-70 долларов .

Стандартные наборы включают в себя как правило следующие детали:

• макетная плата;
• светодиоды;
• резисторы;
• батареи 9В;
• регуляторы напряжения;
• кнопки;
• перемычки;
• матричная клавиатура;
• платы расширения;
• конденсаторы.

Нужно ли знать программирование?

Первые шаги по работе с платой Arduino начинаются с программирования платы. Программа, которая уже готова к работе с платой, называют скетчем. Переживать о том, что вы не знаете программирование не нужно. Процесс создания программ довольно несложный, а примеров скетчей очень много в интернете, так как сообщество Ардуинщиков очень большое.

После того как программа составлена она загружается (прошивается) на плату. Ардуино в этом случае имеет неоспоримое преимущество – для программирования в большинстве случаев используется USB-кабель. Сразу после загрузки программа готова выполнять различные команды.

Начинающим работать с Arduino нужно знать две ключевые функции:

• setup() – используется один раз при включении платы, применяется для инициализации настроек;
• loop() – используется постоянно, является завершающим этапом настройки setup.

Пример записи функции setup() :

void setup() { Serial.begin(9600); // Открываем serial соединение pinMode(9, INPUT); // Назначаем 9 пин входом pinMode(13, OUTPUT); // Назначаем 13 пин выходом }

Функция setup() выполняется в самом начале и только 1 раз сразу после включения или перезагрузки вашего устройства.

Функция loop() выполняется после функции setup(). Loop переводится как петля, или цикл. Функция будет выполняться снова и снова. Так микроконтроллер ATmega328 (большинстве плат Arduino содержат именно его), будет выполнять функцию loop около 10 000 раз в секунду.

Также вы будете сталкиваться с дополнительными функциями:

• pinMode – режим ввода и вывода информации;
• analogRead – позволяет считывать возникающее аналоговое напряжение на выводе;
• analogWrite – запись аналогового напряжения в выходной вывод;
• digitalRead – позволяет считывать значение цифрового вывода;
• digitalWrite – позволяет задавать значение цифрового вывода на низком или высоком уровне;
• Serial.print – переводит данные о проекте в удобно читаемый текст.

Помимо этого Ардуино начинающим понравится то, что для плат существует множество библиотек, которые представляют собой коллекции функций, позволяющих управлять платой или дополнительными модулями. К числу наиболее популярных относятся:

• чтение и запись в хранилище,
• подключение к интернету,
• чтение SD карт,
• управление шаговыми двигателями,
• отрисовка текста
• и т. д.

Как настроить Ардуино?

Одним из главных преимуществ конструктора является его безопасность относительно настроек пользователя. Ключевые настройки, потенциально опасные для Arduino, являются защищенными и будут недоступны.

Поэтому даже неопытный программист может смело экспериментировать и менять различные опции, добиваясь нужного результата. Но на всякий случай очень рекомендуем прочитать три важных материала по тому как не испортить плату:

Алгоритм классической настройки программы Arduino выглядит так:

• установка IDE, которую можно загрузить ниже или или с сайта производителя ;
• установка программного обеспечения на используемый ПК;
• запуск файла Arduino;
• вписывание в окно кода разработанную программу и перенос ее на плату (используется USB кабель);
• в разделе IDE необходимо выбрать тип конструктора, который будет использоваться. Сделать это можно в окне «инструменты» - «платы»;
• проверяете код и жмете «Дальше», после чего начнется загрузка в Arduino.

Версия	Windows	MacOS	Linux
1.6.5	Zip Installer	Installer	32 bits 64 bits
1.8.2	Zip Installer	Installer	32 bits 64 bits ARM
1.8.5	Zip Installer App	Installer	32 bits 64 bits ARM

Набиваем руку

Для того чтобы уверенно реализовывать сложные задумки, пользоваться программной средой и Ардуино начинающим необходимо «набить руку». Для этого рекомендуется для начала освоить более легкие задачи и проекты.

Самый простой проект, который вы можете сделать - заставить светодиод, который расположен на плате Ардуино напротив порта, мигал каждую секунду.

Для этого необходимо:

• подключить конструктор к ПК,
• открыть программу, в разделе «сервис» ищем блок «последовательный порт»
• выбираем необходимый интервал
• после чего необходимо добавить код, который есть в Arduino IDE в разделе "Примеры".

Первыми проектами в Ардуино для начинающих могут стать:

• мигающий светодиод;
• подключение и управление датчиком температуры;
• подключение и управление датчиком движения;
• подключение фоторезистора;
• управление сервоприводом.

Первый проект

Вот мы и дошли до нашего первого проекта. Давайте соединим Ардуино, светодиод и кнопку. Этот проект отлично подойдет начинающим.

Схема у нас будет такая:

Светодиод загорится после нажатия на кнопку, а после следующего нажатия погаснет. Сам скетч или программа для Ардуино будет такой:

// пины подключенных устройств int switchPin = 8; int ledPin = 11; // переменные для хранения состояния кнопки и светодиода boolean lastButton = LOW; boolean currentButton = LOW; boolean ledOn = false; void setup() { pinMode(switchPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); } // функция для подавления дребезга boolean debounse(boolean last) { boolean current = digitalRead(switchPin); if(last != current) { delay(5); current = digitalRead(switchPin); } return current; } void loop() { currentButton = debounse(lastButton); if(lastButton == LOW && currentButton == HIGH) { ledOn = !ledOn; } lastButton = currentButton; digitalWrite(ledPin, ledOn); }

Вы могли заметить функцию debounse, о которой мы еще не писали. Она нужна для .

После того, как Вы разберетесь с начальными навыками работы с платой можно приступать к реализации более сложных и многогранных задач. Конструктор позволяет создать RC-машинку, управляемый вертолет, создать свой телефон, создать систему и т.д.

Для ускорения освоения работы с платой Ардуино рекомендуем вам начать делать устройства из нашей рубрики , где по шагам описаны процессы создания самых интересных устройств и гаджетов.

Вам понадобится

• плата Arduino UNO;
• кабель USB (USB A - USB B);
• персональный компьютер;
• светодиод;
• пара соединительных проводов длиной 5-10 см;
• при наличии - макетная плата (breadboard).

Arduino IDE

Загрузите среду разработки для Ардуино (Arduino IDE) с официального сайта для своей операционной системы (поддерживаются ОС Windows, Mac OS X, Linux). Можете выбрать установщик (Installer ), можете архив (ZIP file for non admin install ). Во втором случае программа просто запускается из папки, без установки. Скачанный файл содержит кроме среды разработки также драйверы для плат семейства Arduino.

Загружаем среду разработки Arduino IDE с официального сайта

2 Подключение Arduino к компьютеру

Подключите плату Arduino с помощью USB кабеля (типа USB-A - USB-B) к компьютеру. Должен загореться зелёный светодиод ON на плате.

Кабель "USB-A - USB-B" для подключения Arduino к компьютеру

3 Установка драйвера для Arduino

Установите драйвер для Arduino. Рассмотрим вариант установки на операционную систему Windows. Для этого дождитесь, когда операционная система предложит установить драйвер. Откажитесь. Нажмите клавиши Win + Pause , запустите Диспетчер устройств . Найдите раздел «Порты (COM и LPT)» . Увидите там порт с названием Arduino UNO (COMxx) . Кликните правой кнопкой мыши на нём и выберите Обновить драйвер . Укажите операционной системе расположение драйвера. Он находится в поддиректории drivers в той папке, которую мы только что скачали.

Запомните порт, к которому подключена плата Arduino. Чтобы узнать номер порта, запустите диспетчер устройств и найдите раздел «Порты (COM и LPT)». В скобках после названия платы будет указан номер порта. Если платы нет в списке, попробуйте отключить её от компьютера и, выждав несколько секунд, подключить снова.

Arduino в диспетчере устройств Windows

4 Настройка Arduino IDE

Укажите среде разработки свою плату. Для этого в меню Инструменты Плата выберите Arduino UNO .

Выбираем плату Arduino UNO в настройках

Укажите номер COM-порта, к которому подключена плата Arduino: Инструменты Порт .

Задаём последовательный порт, к которому подключена плата Arduino

5 Открываем пример программы

Среда разработки уже содержит в себе множество примеров программ для изучения работы платы. Откройте пример "Blink": Файл Образцы 01.Basics Blink .Кстати, программы для Ардуино называются «скетчи».

Открываем пример скетча для Arduino

6 Сборка схемы со светодиодом

Отключите Arduino от компьютера. Соберите схему, как показано на рисунке. Обратите внимание, что короткая ножка светодиода должна быть соединена с выводом GND, длинная - с цифровым пином "13" платы Arduino. Удобно пользоваться макетной платой, но при её отсутствии соедините провода скруткой.

Цифровой пин "13" имеет встроенный резистор на плате. Поэтому при подключении светодиода к плате внешний токоограничивающий резистор использовать не обязательно. При подключении светодиода к любым другим выводам Ардуино использование резистора обязательно, иначе сожжёте светодиод, а в худшем случае - порт Ардуино, к которому подключён светодиод!

Схема подключения светодиода к Arduino в память Ардуино

Теперь можно загрузить программу в память платы. Подключите плату к компьютеру, подождите несколько секунд, пока происходит инициализация платы. Нажмите кнопку Загрузить , и Ваш скетч запишется в память платы Arduino. Светодиод должен начать весело подмигивать вам с периодичностью 2 секунды (1 секунду горит, 1 выключен). Ниже приведён код нашей первой программы для Ардуино.

void setup() { // блок инициализации pinMode(13, OUTPUT); // задаём пин 13 в качестве выхода. } void loop() { // цикл, который повторяется бесконечно, пока включена плата: digitalWrite(13, HIGH); // подаём на 13 вывод высокий уровень - зажигаем светодиод delay(1000); // на 1000 мсек = 1 сек. digitalWrite(13, LOW); // подаём на 13 вывод низкий уровень - гасим светодиод delay(1000); // на 1 сек. } // далее цикл повторяется

Почитайте комментарии в тексте программы - их достаточно чтобы разобраться с нашим первым экспериментом. Сначала описываем блок инициализации setup() , в котором задаём начальные значения переменных и функции выводов Arduino. Далее следует бесконечный цикл loop() , который повторяется снова и снова, пока на плату подаётся питание. В этом цикле мы выполняем все необходимые действия. В данном случае - зажигаем и гасим светодиод. Оператор delay() задаёт длительность выполнения (в миллисекундах) предшествующего оператора. Оператор digitalWrite() указывает Ардуино, на какой вывод подать напряжение, и какой именно уровень напряжения.Ваш первый скетч готов!

В сети есть множество сайтов, посвящённых работе с платами семейства Arduino. Читайте, осваивайте, не бойтесь экспериментировать и познавать новое! Это увлекательное и полезное занятие, которое принесёт вам много удовольствия.

Обратите внимание

Будьте внимательны при работе с платой Arduino - это электронное изделие, которое требует бережного отношения. Снизу платы есть оголённые проводники, и если Вы положите плату на токопроводящую поверхность, есть вероятность сжечь плату. Также не трогайте плату влажными или мокрыми руками и избегайте при работе сырых помещений.

Изучение микроконтроллеров кажется чем-то сложным и непонятным? До появления Арудино - это было действительно не легко и требовало определенный набор программаторов и прочего оборудования.

Это своего рода электронный конструктор. Изначальная задача проекта - это позволить людям легко обучаться программированию электронных устройств, при этом уделяя минимальное время электронной части.

Сборка сложнейших схем и соединение плат может осуществляться без паяльника, а с помощью перемычек с разъёмными соединениями «папа» и «мама». Так могут подключаться как навесные элементы, так и платы расширения, которые на лексиконе ардуинщиков зовут просто «Шилды» (shield).

Какую первую плату Arduino купить новичку?

Базовой и самой популярной платой считается . Эта плата размером напоминает кредитную карту. Довольно крупная. Большинство шилдов которые есть в продаже идеально подходят к ней. На плате для подключения внешних устройств расположены гнезда.

В отечественных магазинах на 2017 год её цена порядка 4-5 долларов. На современных моделях её сердцем является Atmega328.

Изображение платы ардуино и расшифровка функций каждого вывода, Arduino UNO pinout

Микроконтроллер на данной плате это длинна микросхема в корпусе DIP28, что говорит о том, что у него 28 ножек.

Следующая по популярности плата, стоит почти в двое дешевле предыдущей - 2-3 доллара. Это плата . Актуальные платы построены том же Atmega328, функционально они аналогичны с UNO, различия в размерах и решении согласования с USB, об этом позже подробнее. Еще одним отличием является то, что для подключения к плате устройств предусмотрены штекера, в виде иголок.

Количество пинов (ножек) этой платы совпадает, но вы можете наблюдать что микроконтроллер выполнен в более компактном корпусе TQFP32, в корпусе добавлены ADC6 и ADC7, другие две «лишних» ножки дублируют шину питания. Её размеры довольно компактные - примерно, как большой палец вашей руки.

Третья по популярности плата - это , на ней нет USB порта для подключения к компьютеру, как осуществляется связь я расскажу немного позже.

Это самая маленькая плата из всех рассмотренных, в остальном она аналогична предыдущим двум, а её сердцем является по-прежнему Atmega328. Другие платы рассматривать не будем, так как это статья для начинающих, да и сравнение плат - это тема отдельной статьи.

В верхней части схема подключения USB-UART, пин «GRN» - разведен на цепь сброса микроконтроллера, может называться по иному, для чего это нужно вы узнаете далее.

Если UNO удобна для макетирования, то Nano и Pro Mini удобны для финальных версий вашего проекта, потому что занимают мало места.

Как подключить Arduino к компьютеру?

Arduino Uno и Nano подключаются к компьютеру по USB. При этом нет аппаратной поддержки USB порта, здесь применено схемное решение преобразования уровней, обычно называемое USB-to-Serial или USB-UART (rs-232). При этом в микроконтроллер прошит специальный Arduino загрузчик, который позволяет прошиваться по этим шинам.

В Arduino Uno реализована эта вязь на микроконтроллере с поддержкой USB - ATmega16U2 (AT16U2). Получается такая ситуация, что дополнительный микроконтроллер на плате нужен для прошивки основного микроконтроллера.

В Arduino Nano это реализовано микросхемой FT232R, или её аналогом CH340. Это не микроконтроллер — это преобразователь уровней, этот факт облегчает сборку Arduino Nano с нуля своими руками.

Обычно драйвера устанавливаются автоматически при подключении платы Arduino. Однако, когда я купил китайскую копию Arduino Nano, устройство было опознано, но оно не работало, на преобразователе была наклеена круглая наклейка с данными о дате выпуска, не знаю нарочно ли это было сделано, но отклеив её я увидел маркировку CH340.

До этого я не сталкивался с таким и думал, что все USB-UART преобразователи собраны на FT232, пришлось скачать драйвера, их очень легко найти по запросу «Arduino ch340 драйвера». После простой установки - всё заработало!

Через этот же USB порт может и питаться микроконтроллер, т.е. если вы подключите его к адаптеру от мобильного телефона - ваша система будет работать.

Что делать если на моей плате нет USB?

Плата Arduino Pro Mini имеет меньшие габариты. Это достигли тем что убрали USB разъём для прошивки и тот самый USB-UART преобразователь. Поэтому его нужно докупить отдельно. Простейший преобразователь на CH340 (самый дешевый), CPL2102 и FT232R, продаётся стоит от 1 доллара.

При покупке обратите внимание на какое напряжение рассчитан этот переходник. Pro mini бывает в версиях 3.3 и 5 В, на преобразователях часто расположен джампер для переключения напряжения питания.

При прошивке Pro Mini, непосредственно перед её началом необходимо нажимать на RESET, однако в преобразователях с DTR это делать не нужно, схема подключения на рисунке ниже.

Стыкуются они специальными клеммами «Мама-Мама» (female-female).

Собственно, все соединения можно сделать с помощью таких клемм (Dupont), они бывают как с двух сторон с гнездами, так и со штекерами, так и с одной стороны гнездо, а с другой штекер.

Как писать программы для Arduino?

Для работы со скетчами (название прошивки на языке ардуинщиков), есть специальная интегрированная среда для разработки Arduino IDE, скачать бесплатно её можно с официального сайта или с любого тематического ресурса, с установкой проблем обычно не возникает.

Так выглядит интерфейс программы. Писать программы можно на специально разработанном для ардуино упрощенном языке C AVR, по сути это набор библиотек, который называют Wiring, а также на чистом C AVR. Использование которого облегчает код и ускоряет его работу.

В верхней части окна присутствует привычное меню, где можно открыть файл, настройки, выбрать плату, с которой вы работаете (Uno, Nano и много-много других) а также открыть проекты с готовыми примерами кода. Ниже расположен набор кнопок для работы с прошивкой, назначение клавиш вы увидите на рисунке ниже.

В нижней части окна - область для вывода информации о проекте, о состоянии кода, прошивки и наличии ошибок.

Основы программирования в Arduino IDE

В начале кода нужно объявить переменные и подключить дополнительные библиотеки, если они имеются, делается это следующим образом:

#include biblioteka.h; // подключаем библиотеку с названием “Biblioteka.h”

#define peremennaya 1234; // Объявляем переменную со значением 1234

Команда Define дают компилятору самому выбрать тип переменной, но вы можете его задать вручную, например, целочисленный int, или с плавающей точкой float.

int led = 13; // создали переменную “led” и присвоили ей значение «13»

Программа может определять состояние пина, как 1 или 0. 1 -это логическая единица, если пин 13 равен 1, то напряжение на его физической ножке будет равняться напряжению питания микроконтроллера (для ардуино UNO и Nano - 5 В)

Запись цифрового сигнала осуществляется командой digitalWrite (пин, значение), например:

digitalWrite(led, high); //запись единицы в пин 13(мы его объявили выше) лог. Единицы.

Как вы могли понять обращение к портам идёт по нумерации на плате, соответствующей цифрой. Вот пример аналогичного предыдущему коду:

digitalWrite (13, high); // устанавливаем вывод 13 в едиицу

Часто востребованная функция задержки времени вызывается командой delay(), значение которой задаётся в миллисекундах, микросекунды достигаются с помощью

delayMicroseconds() Delay (1000); //микроконтроллер будет ждать 1000 мс (1 секунду)

Настройки портов на вход и выход задаются в функции void setup{}, командой:

pinMode(NOMERPORTA, OUTPUT/INPUT); // аргументы - название переменной или номер порта, вход или выход на выбор

Понимаем первую программу «Blink»

В качестве своеобразного «Hello, world» для микроконтроллеров является программа мигания светодиодом, давайте разберем её код:

В начале командой pinMode мы сказали микроконтроллеру назначить порт со светодиодом на выход. Вы уже заметили, что в коде нет объявления переменной “LED_BUILTIN”, дело в том, что в платах Uno, Nano и других с завода к 13 выводу подключен встроенный светодиод и он распаян на плате. Он может быть использован вами для индикации в ваших проектах или для простейшей проверки ваших программ-мигалок.

Далее мы установили вывод к которому подпаян светодиод в единицу (5 В), следующая строка заставляет МК подождать 1 секунду, а затем устанавливает пин LED_BUILTIN в значение нуля, ждет секунду и программа повторяется по кругу, таким образом, когда LED_BUILTIN равен 1 - светодиод(да и любая другая нагрузка подключенная к порту) включен, когда в 0 - выключен.

Читаем значение с аналогового порта и используем прочитанные данные

Микроконтроллер AVR Atmega328 имеет встроенный 10 битный аналогово цифровой преобразователь. 10 битный АЦП позволяет считывать значение напряжение от 0 до 5 вольт, с шагом в 1/1024 от всего размаха амплитуды сигнала (5 В).

Чтобы было понятнее рассмотрим ситуацию, допустим значение напряжения на аналоговом входе 2.5 В, значит микроконтроллер прочитает значение с пина «512», если напряжение равно 0 - «0», а если 5 В - (1023). 1023 - потому что счёт идёт с 0, т.е. 0, 1, 2, 3 и т.д. до 1023 - всего 1024 значения.

Вот как это выглядит в коде, на примере стандартного скетча «analogInput»

int sensorPin = A0;

int ledPin = 13;

int sensorValue = 0;

pinMode(ledPin, OUTPUT);

sensorValue = analogRead(sensorPin);

digitalWrite(ledPin, HIGH);

delay(sensorValue);

digitalWrite(ledPin, LOW);

delay(sensorValue);

Объявляем переменные:

Ledpin - самостоятельно назначаем пин со встроенным светодиодом на выход и даём индивидуальное имя;

sensorPin - аналоговый вход, задаётся соответственно маркировке на плате: A0, A1, A2 и т.д.;

sensorValue - переменная для хранения целочисленного прочитанного значения и дальнейшей работы с ним.

Код работает так: sensorValue сохраняем прочитанное с sensorPin аналоговое значение (команда analogRead). - здесь работа с аналоговым сигналом заканчивается, дальше всё как в предыдущем примере.

Записываем единицу в ledPin, светодиод включается и ждем время равное значению sensorValue, т.е. от 0 до 1023 миллисекунд. Выключаем светодиод и снова ждем этот период времени, после чего код повторяется.

Таким образом положением потенциометра мы задаем частоту миганий светодиода.

Функция map для Арудино

Не все функции для исполнительных механизмов (мне ни одной не известно) в качестве аргумента поддерживают «1023», например, сервопривод ограничен углом поворота, т.е на пол оборотоа (180 градуов) (пол оборота) сервомоторчика максимальный аргумент функции равен «180»

Теперь о синтаксисе: map (значение которое мы переводим, минимальная величина входного, максимальная величина входного, минимальная выходного, максимальная выходного значения).

В коде это выглядит так:

(map(analogRead(pot), 0, 1023, 0, 180));

Мы считываем значение с потенциометра (analogRead(pot))от 0 до 1023, а на выходе получаем числа от 0 до 180

Значения карты величин:

На практике применим это к работе коду того-же сервопривода, взгляните на код с Arduino IDE, если вы внимательно читали предыдущие разделы, то он пояснений не требует.

И схема подключения.

Выводы Ардуино - очень удобное средство для обучения работы с микроконтроллерами. А если использовать чистый C AVR, или как его иногда называют «Pure C» - вы значительно уменьшите вес кода, и его больше поместиться в память микроконтроллера, в результате вы получите отличную отладочную плату заводского исполнения с возможностью прошивки по USB.

Мне нравится ардуино. Жаль, что её многие опытные программисты микроконтроллеров безосновательно ругают, что она слишком упрощена. Упрощен, в принципе, только язык, но никто не заставляет пользоваться именно им, плюс вы можете прошить микроконтроллер через ICSP разъём, и залить туда тот код, который вам хочется, без всяких ненужных Вам бутлоадеров.

Для тех, кто хочет проиграться с электроникой, как продвинутый конструктор - отлично подойдёт, а для опытных программистов как плата, не требующая сборки, тоже станет полезной!

Еще больше информации про Ардуино и особенности его использования в различных схемах смотрите в электронной книге - .

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:

1. 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.
2. 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:

1. Создать который будет работать благодаря "Ардуино".
2. Подключение отдельной кнопки к "Ардуино". При этом можно сделать так, чтобы кнопка могла регулировать свечение светодиода из пункта №1.
3. Подключение потенциометра.
4. Управление сервоприводом.
5. Подключение и работа с трехцветным светодиодом.
6. Подключение пьезоэлемента.
7. Подключение фоторезистора.
8. Подключение датчика движения и сигналы о его работе.
9. 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.