Программирование Arduino

Язык программирования устройств Ардуино основан на C/C++. Он прост в освоении, и на данный момент Arduino — это, пожалуй, самый удобный способ программирования устройств на микроконтроллерах.

Базовые и полезные знания, необходимые для успешного программирования под платформу Arduino:

Структура программы Ардуино.

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

void setup()  {

//  код выполняется один раз при запуске программы

}

void loop()  {

// основной код, выполняется в цикле

}

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.

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.

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 > 5, то выполняется блок z=0, y=8; 
{    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;
  }
 else                       // в противном случае выполняется этот блок 
 {
   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[10];                      // массив из 10 переменных типа int

float weight[100];          // массив из 100 переменных типа float

При объявлении массивы можно инициализировать:

int ages[10] = { 23, 54, 34, 24, 45, 56, 23, 23, 27, 28};

Обращаются к переменным массивов так:

x = ages[5];        // x присваивается значение из 5 элемента массива.
ages[9] = 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)
{
  int x, 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.

Рекомендации по оформлению программ на языке C.

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 срочная (нижний регистр).

signal, timeCount

Константы должны быть записаны в верхнем регистре. В качестве разделителя нижнее подчеркивание.

MAX_TEMP, RED

Методы и функции должны быть названы глаголами, записанными в смешанном регистре, первая буква в нижнем регистре.

getTime, setTime

Справочник языка Ардуино

Язык Arduino можно разделить на три раздела:

Библиотеки Arduino

Servo — библиотека управления сервоприводами.
EEPROM — чтение и запись энергонезависимой памяти микроконтроллера.
SPI — библиотека, реализующая передачу данных через интерфейс SPI.
Stepper — библиотека управления шаговыми двигателями.