Arduino Uno: инструкция, примеры использования и документация
Arduino Uno — флагманская платформа для разработки на языке программирования С++.
Arduino Uno выполнена на микроконтроллере ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц. На плате предусмотрены 20 портов входа-выхода для подключения внешних устройств, например плат расширения или датчиков.
Видеообзор
Подключение и настройка
Шаг 1
Подключите плату к компьютеру по USB. Для коммуникации используйте кабель USB (A — B). 
Шаг 2
Что-то пошло не так?
Пример работы
После загрузки программы встроенный светодиод L начнёт мигать раз в секунду.
Это значит всё получилось и можно смело переходить к другим экспериментам на Arduino.
Элементы платы
Микроконтроллер ATmega328P
Сердцем платформы Arduino Uno является 8-битный микроконтроллер фирмы Microchip — ATmega328P на архитектуре AVR с тактовой частотой 16 МГц. Контроллер обладает тремя видами памяти:
Микроконтроллер ATmega16U2
Микроконтроллер ATmega328P не содержит USB интерфейса, поэтому для прошивки и коммуникации с ПК на плате присутствует дополнительный микроконтроллер ATmega16U2 с прошивкой USB-UART преобразователя. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт.
Светодиодная индикация
Порт USB Type-B
Разъём USB Type-B предназначен для прошивки и питания платформы Arduino. Для подключения к ПК понадобиться кабель USB (A — B).
Разъём питания DC
Коннектор DC Barrel Jack для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 12 вольт.
Понижающий регулятор 5V
Понижающий линейный преобразователь NCP1117ST50T3G обеспечивает питание микроконтроллера и другой логики платы при подключении питания через разъём питания DC или пин Vin. Диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 1 А.
Понижающий регулятор 3V3
Кнопка сброса
Кнопка предназначена для ручного сброса прошивки — аналог кнопки RESET обычного компьютера.
ICSP-разъём ATmega328P
ICSP-разъём выполняет две полезные функции:
ICSP-разъём ATmega16U2
ICSP-разъём предназначен для программирования микроконтроллера ATmega16U2. А подробности распиновки читайте в соответствующем разделе.
Ардуино язык программирования: основные понятия
Язык программирования Ардуино основывается на языке C/C++, который широко распространен в мире программирования.
Целевой аудиторией Ардуино являются непрофессиональные пользователи в сфере роботостроения и простейших систем автоматики. Основной продукцией является набор плат, комбинируя которые, возможно создавать различные устройства, способные выполнять широкий ряд задач.
В качестве примера, из набора плат, выпускаемых данной фирмой, можно собрать автоматическую кормушку для своих домашних животных. И это лишь один из наиболее простых примеров. Сфера их возможного применения ограничивается лишь фантазией пользователей.
Кроме печатных плат, выпускаемых под торговой маркой Arduino, у них имеется собственный язык программирования Ардуино, который основывается на широко известном в кругу программистов языке C/C++. Давайте более подробно разберемся, что он из себя представляет.
Язык программирования
Язык программирования Ардуино довольно прост в освоении, так как основной целевой аудиторией его применения являются любители. Однако считается одним из самых лучших языков для программирования микроконтроллеров.
Arduino IDE является бесплатной программой, скачать которую может любой желающий. На нашем сайте вы можете скачать любую подходящую для вас версию среды. Также доступ к скачиванию IDE предоставлен на официальном сайте компании, а при желании, разработчиков можно отблагодарить, сделав денежный перевод.
Среда IDE поддерживается такими операционными системами, как Windows, MacOs и Linux. На официальном сайте компании указанно, что данный язык программирования написан на Wiring, но на самом деле его не существует и для написания используется C++ с небольшими изменениями.
Что необходимо для начала работы с Arduino IDE?
Для начала нам потребуются следующие вещи:
Имея этот набор, можно начинать экспериментировать с имеющимися у вас платами, записывая на них ваши первые скетчи.
Как настроить Ардуино на компьютере?
Делается это просто. Необходимо выполнить следующие действия:
Знакомство с интерфейсом Ардуино
Одним из основных элементов ардуино является главное меню программы, которое позволяет получить доступ ко всем доступным функциям нашей программы.
Ниже расположена панель с иконками, которые отображают наиболее используемые функции Arduino IDE:
Следующим по важности элементом является вкладка с файлами проекта. Если это простой скетч, то файл будет всего один. Однако сложные скетчи могут состоять из нескольких файлов. В таком случае на панели вкладок можно быстро переключить просмотр с одного файла на другой. Это очень удобно.
Самым большим из блоков является поле редактора наших скетчей. Тут мы можем просмотреть и, при необходимости, отредактировать нужный нам программный код. Отдельно реализовано поле для вывода системных сообщений. С его помощью можно убедиться, что сохранение вашего скетча или его загрузка были проведены успешно, и вы можете приступать к следующим действиям. Также в программе существует окно, отображающее наличие в ходе компиляции вашего скетча.
Основные функции языка программирования
Давайте наконец-то перейдем к самым основным функция языка программирования Ардуино.
Сразу скажем, что все функции вы можете найти в нашем удобном справочнике на нашем сайте.
Точка с запятой ;
Точка с запятой должна следовать за каждым выражением, написанным на языке программирования Arduino. Например:
В этом выражении мы присваиваем значение переменной и обратите внимание на точку с запятой в конце. Это говорит компилятору, что вы закончили кусок кода и переходите к следующему фрагменту. Точка с запятой в коде Ардуино отделяет одно полное выражение от другого.
Двойная обратная косая черта для однострочных комментариев //
Теперь, даже через 3 месяца когда я просматриваю эту программу я знаю о том куда подключался светодиод.
Компилятор будет игнорировать комментарии, поэтому вы можете писать все, что вам нравится. Если вам нужно много текста для комментария вы можете использовать многострочный комментарий, показанный ниже:
Комментарии похожи на сноски кода, но более распространены, чем те что ставят в книгах внизу страниц.
Фигурные скобки
Фигурные скобки используются для того, чтобы добавить инструкции, выполняемые функцией (мы обсудим функции дальше). Всегда есть открытая фигурная скобка и закрывающая фигурная скобка. Если вы забудете закрыть фигурную скобку, компилятор выведет код ошибки.
Функции ()
В Ардуино есть определенные функции, которые часто используются в среде Arduino IDE. Когда вы вводите их, имя функции будет оранжевым. Например, функция pinMode() является общей функцией, используемой для обозначения режима вывода Arduino.
Обратите внимание, что слово OUTPUT обычно синего цвета. В языке программирования Ардуино есть определенные ключевые слова, которые часто используются, а синий цвет помогает их идентифицировать. Arduino IDE автоматически превращает их в синий цвет.
Далее мы поговорим о двух функциях, используемых почти в любой программе Arduino.
void setup ( )
Возможно, вам интересно что означает void перед функцией setup(). Void означает, что функция не возвращает информацию.
Давайте рассмотрим пару вещей, которые вы должны знать о setup():
void loop( )
Как и в случае с setup(), функция loop() не возвращает никаких значений, поэтому перед неё предшествует слово void.
Если у вас есть датчик температуры, подключенный к вашему Arduino, например, тогда когда температура достигнет определенного порога вы можете включить вентилятор. Код цикла постоянно проверяет температуру, ожидающую запуска вентилятора. Поэтому, хотя код повторяется снова и снова, не каждая часть кода будет выполняться каждую итерацию цикла.
Существуют ли еще программы, работающие с Ардуино?
Помимо официальной Arduino IDE, существуют программы сторонних разработчиков, которые предлагают свои продукты для работы с микроконтроллерами на базе ардуино.
Аналогичный набор функций нам может предоставить программа, которая называется Processing. Она очень схожа с Arduino IDE, так как обе сделаны на одном движке. Processing имеет обширный набор функций, который мало уступает оригинальной программе. С помощью загружаемой библиотеки Serial пользователь может создать связь между передачей данных, которые передают друг другу плата и Processing.При этом мы можем заставить плату выполнять программы прямо с нашего ПК.
Существует еще одна интересная версия исходной программы. Называется она B4R, и главным ее отличием является использование в качестве основы не языка си, а другой язык программирования – Basic. Данный программный продукт является бесплатным. Для работы с ним существуют хорошие самоучители, в том числе и написанные создателями данного продукта.
Есть и платные варианты Arduino IDE. Одним из таких является программа PROGROMINO. Главным ее достоинством считается возможность автодополнения кода. При составлении программы вам больше не нужно будет искать информацию в справочниках. Программа сама предложит вам возможные варианты использования той или иной процедуры. В ее набор входит еще множество интересных функций, отсутствующих в оригинальной программе и способных облегчить вам работу с платами.
Конкуренты Ардуино
Данный рынок по производству микроконтроллеров для создания различных электронных схем и робототехники имеет много поклонников по всему земному шару. Данная ситуация способствует появлению на рынке не только конкурентов, которые предлагают схожие продукты. Кроме них выпускается значительное количество подделок разного качества. Одни очень тяжело отличить от оригиналов, ведь они имеют идентичное качество, другие обладают очень плохими характеристиками и могут вовсе не работать с оригинальными продуктами.
Существуют даже платы Arduino, которые поддерживают работу микропроцессоров с интерпретаторами JavaScript. Актуальны они, в первую очередь, для тех, кто желает использовать язык Java вместо Си. Ведь он более прост, и позволяет добиваться результатов с повышенной скоростью. Однако данные платы являются более дорогими по отношению к ардуино, что является существенным минусом.
Если вы ищите себе хобби и вам интересно такое направление, как электротехника, вы смело можете выбирать для этого Arduino. Плюсов такое хобби имеет массу. Вы будете развиваться в интеллектуальном плане, так как данное занятие потребует от вас знаний в разных областях.
Помимо развлечений, ваше хобби поможет вам в создании массы полезных изделий, которые вы сможете использовать для облегчения повседневной жизни. С каждым разом вы будете находить все новые и новые способы использования вашего увлечения.
Освоить данное занятие будет не так сложно, благодаря наличию большого количества учебников и самоучителей. В дальнейшем вы найдете множество единомышленников по всему миру, которые поделятся с вами своими знаниями и дадут вам стимул для совершения новых экспериментов!
Arduino. Синтаксис и структура кода
Микроконтроллер штука мягко говоря тупая, не способная к мышлению и импровизации, и способная только выполнять точные инструкции. Общение с микроконтроллером происходит в письменном виде на языке программирования, язык это очень чёткий, строгий и имеет свой синтаксис и некоторые нормы оформления. И если синтаксическая ошибка приводит к ошибке компиляции кода или к неправильной работе прошитого им устройства, то оформление кода служит для удобства программиста, а также для тех, кто полезет разбираться с его кодом.
Непосредственно в сам микроконтроллер загружается бинарный машинный код, который выглядит как хаотичный набор букв и цифр. Данный код может быть получен из любого языка программирования, тут всё зависит от среды разработки и такой штуки как интерпретатор. Официальной средой разработки является Arduino IDE, где программирование осуществляется на языке C++ – одном из самых популярных и мощных языков. Сами разработчики называют язык Arduino Wiring, так как в стандартной библиотеке Arduino.h используются функции и инструменты из фреймворка Wiring. Но языком, именно языком, из которого берётся синтаксис, является C++, поэтому параллельно с изучением стандартных функций желательно изучить любой справочник по “плюсам”, например мне очень нравится вот этот. В нём можно найти гораздо больше информации по языку, чем во всех Ардуино-уроках вместе взятых (речь идёт именно о языке и синтаксисе, а не о функциях из Wiring). Помимо Си существуют среды разработки, позволяющие писать на Java, например Espruino WEB IDE, или B4R – на языке Basic. Или XOD – программировать придётся визуальными блоками. Но это откровенно говоря такое себе, мы будем рассматривать только Си.
Синтаксис
К синтаксису также можно отнести комментарии, т.к. в разных языках они выделяются по-разному. Комментарий это обычный текст, который игнорируется на этапе компиляции. Комментарии нужны для пояснения кода, как себе самому, так и другим возможным его читателям. В C++ у нас два типа комментариев:
Оформление
Форматирование
Есть такое понятие, как форматирование (выравнивание) кода, то есть соблюдение пробелов и интервалов. Чисто для примера, сравните эти два куска кода. Какой смотрится более понятно и наглядно?
Не бойтесь, во всех серьезных средах разработки есть автоформатирование кода, оно работает как в процессе написания, так и по вызову. Arduino IDE – не исключение, в ней код форматируется по горячей комбинации Ctrl+T.
Имена переменных
Структура кода
Прежде чем переходить к структуре и порядку частей кода, нужно кое-что запомнить:
При запуске Arduino IDE даёт нам заготовку в виде двух обязательных функций: setup и loop
Для любознательных: если вы уже знакомы с языком C++, то вероятно спросите “а где же int main() и вообще файл main.cpp?”. Всё очень просто: int main() за вас уже написали внутри файла main.cpp, который лежит глубоко в файлах “ядра”, а setup() и loop() встроены в него следующим образом:
На протяжении нескольких лет работы с Arduino я сформировал для себя следующую структуру скетча: