Ардуино какой язык программирования

Arduino.ru

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:

• Начало работы с Arduino в Windows
• Работа с Arduino Mini
• Цифровые выводы
• Аналоговые входы
• Широтно-импульсная модуляция
• Память в Arduino
• Использование аппаратных прерываний в Arduino
• Перепрошивка контроллера Atmega8U2 для Arduino Uno и Mega2560

• Переменные
• Функции
• Создание библиотек для Arduino
• Использование сдвигового регистра 74HC595 для увеличения количества выходов
• Прямое управления выходами через регистры микроконтроллера Atmega

Справочник языка Ардуино

Язык Arduino можно разделить на три раздела:

Операторы

• setup()
• loop()

Управляющие операторы

• if
• if. else
• for
• switch case
• while
• do. while
• break
• continue
• return
• goto

Синтаксис

• ; (semicolon)
• <> (curly braces)
• // (single line comment)
• /* */ (multi-line comment)

Арифметические операторы

• = (assignment)
• + (addition)
• — (subtraction)
• * (multiplication)
• / (division)
• % (modulo)

Операторы сравнения

• == (equal to)
• != (not equal to)
• < (less than)
• > (greater than)
• <= (less than or equal to)
• >= (greater than or equal to)

Логические операторы

• && (И)
• || (ИЛИ)
• ! (Отрицание)

Унарные операторы

• ++ (increment)
• — (decrement)
• += (compound addition)
• -= (compound subtraction)
• *= (compound multiplication)
• /= (compound division)

Данные

Константы

• HIGH | LOW
• INPUT | OUTPUT
• true | false
• Целочисленные константы
• Константы с плавающей запятой

Типы данных

• boolean
• char
• byte
• int
• unsigned int
• word
• long
• unsigned long
• float
• double
• string — массив символов
• String — объект класса
• массив (array)
• void

Преобразование типов данных

• char()
• byte()
• int()
• long()
• float()

Область видимости переменных и квалификаторы

• Область видимости
• static
• volatile
• const

Функции

Цифровой ввод/вывод

• pinMode()
• digitalWrite()
• digitalRead()

Аналоговый ввод/вывод

• analogRead()
• analogReference()
• analogWrite()

Дополнительные фунции ввода/вывода

• tone()
• noTone()
• shiftOut()
• pulseIn()

Работа со временем

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

Математические функции

• min()
• max()
• abs()
• constrain()
• map()
• pow()
• sq()
• sqrt()

Тригонометрические функции

• sin()
• cos()
• tan()

Генераторы случайных значений

• randomSeed()
• random()

Внешние прерывания

• attachInterrupt()
• detachInterrupt()

Функции передачи данных

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.

Arduino и совместимые языки программирования

Начать свой путь в IT бывает очень сложно хотя бы просто потому, что глядя на окружающие технологии невозможно отделить «железный» интерес от программного. С одной стороны — желание создать устройство с безупречным внешним видом, множеством датчиков и безграничными возможностями, с другой — таинство обработки данных, стремление максимально увеличить быстродействие, не пренебрегая функциональностью. Arduino — первый шаг к большим изобретениям, не требующий ни глубоких знаний схемотехники, ни опыта в программировании.

Что такое Arduino

Если называть вещи своими именами, то Arduino — это конструктор для тех, кому надоело созидать бесполезные образы и захотелось хоть немного наделить их жизнью. В самом простейшем случае Arduino — печатная плата, на которой расположен контроллер, кварцевый генератор, АЦП/ЦАП, несколько разъёмов, диодов и кнопок. Остальное — дело рук хозяина: хотите — создавайте робота, хотите — программно-аппаратную платформу для «умного» дома, ну или забудьте про практическую пользу и развлекайтесь.

Конечно, в зависимости от того. насколько далеко вы хотите зайти в своих экспериментах, хотите ли вы получать фильтрованное удовольствие или сделать из Arduino платформу для собственного заработка, вам придётся совершенствоваться и в проектировании железа, и в изучении языков программирования. О последнем сегодня чуть подробнее.

Arduino достаточно ограниченная платформа в плане возможностей программирования, особенно в сравнении с Raspberry Pi. В силу того, что порог входа неприлично низкий (базовый Tutorial занимает 3 листа формата A4), то рассчитывать на изобилие языков без подключения дополнительных модулей не приходится. За основу здесь принят C/C++, но с использованием различных IDE и библиотек вы получите доступ к оперированию Python, C#, Go, а также таким детским развлечениям, как Snap! и ArduBlock. О том как, когда и кому их использовать, поговорим далее.

Базовый язык платформы Arduino, который с некоторыми доработками и упрощениями используется в стандартной программной оболочке. Найти все доступные команды «для новичка» можно здесь, но никто не мешает вам воспользоваться исходными возможностями языка C++, никаких надстроек не потребуетс. Если же есть желание поиграть с «чистым» C, то к вашим услугам программа WinAVR, предназначенная, как следует из названия, для взаимодействия ОС Windows и МК серии AVR, которые и используются на Arduino. Более подробное руководство можете прочитать вот здесь.

Использование C/C++ рекомендуется тем, кто уже имеет представление о программировании, выучил в школе пару языков и хочет создать на Arduino что-то большее, чем светодиодную «мигалку» или простую машинку.

Ardublock

Временно отойдем от языков взрослых к любимому ребятней языку Scratch, а вернее к его адаптации — Ardublock. Здесь всё тоже самое, но с адаптацией к вашей платформе: цветные блоки, конструктор, русские названия, простейшая логика. Такой вариант здорово подойдет даже тем, кто с программированием не знаком вовсе. Подобно тому, как в языке Logo вы можете перемещать виртуальную черепашку по виртуальной плоскости, здесь с помощью нехитрых операций вы можете заинтересовать ребенка реальной интерпретацией его программных действий.

Да, кстати, для использования необходимо на вашу стандартную среду Arduino IDE установить плагин. Последние версии лучше не хватать, они довольно сложные, для начала подойдет датированная концом 2013 года. Для установки скачанный файл переименовываем в «ardublock-all» и запихиваем в папку «Мои документы/Arduino/tools/ArduBlockTool/tool». Если её не существует — создаем. Если что-то не поняли, то вот здесь более подробно.

По сравнению с Ardublock, Snap! имеет расширенные возможности в виде дополнительных блоков, возможности использования списков и функций. То есть Snap! в общем и целом уже похож на взрослый язык программирования, не считая, что вам по прежнему необходимо играть в конструктор кода.

Для того, чтобы использовать этот язык, придется сходить на сайт snap4arduino.org и скачать необходимые компоненты для вашей ОС. Инструкции по установке, использованию и видеопримеры ищите здесь же.

Рекомендуется младшей возрастной группе, тем, кто учил программирование так давно, что уже ничего не помнит и тем, кто хочет завлечь своего ребенка в IT через Scratch и Snap!.

Python

Формально программировать на Arduino вы можете используя хоть язык Piet, просто потому что при должном упорстве вы скомпилируете в машинный код что угодно. Но в силу того, что Python — один из наиболее популярных языков с практически оптимальным сочетанием сложность\возможности, то обойти стороной его применяемость в Arduino было бы нелепо. Начать изучение Python вы можете с нашего бесплатного интенсива «Основы языка Python».

Итак, для этого вам понадобится библиотеки PySerial (ранее, возможно, вы использовали её для общения с портами компьютера) и vPython. О том, как правильно всё настроить и заставить в конечном счёте работать, можете соответственно почитать здесь и здесь.

Go и другие языки.

Подобно тому, как Arduino взаимодействует с Python через библиотеку PySerial, он может взаимодействовать и с Go, и c Java, и с HTML, и с чем только захотите. Arduino — достаточно популярная платформа, чтобы такой банальный вопрос, как выбор удобного языка, не остановил очередного исследователя. Единственное, что требуется от владельца этой маленькой платы — задумать что-нибудь удивительно интересное, а удобный инструмент неизбежно найдётся.

Что за особый язык программирования используется для Arduino?

Хочется прояснить ситуацию с так называемым «языком программирования Arduino», который «основан на Wiring». Подобные сочетания слов часто встречаются на страничках, посвященных Arduino. На официальном сайте так и пишут: «. is programmed using the Arduino programming language (based on Wiring)». По факту нет никакого особого языка программирования, и фактически программы пишутся на C/C++, а компилируются и собираются с помощью широко известного avr-gcc.
Все особенности сводятся к тому, что имеется набор библиотек, включающий в себя некоторые функции (вроде pinMode) и объекты (вроде Serial), а при компиляции Вашей программы среда разработки создает временный .cpp файл, в который кроме Вашего кода включается еще несколько строчек, и полученный результат скармливается компилятору а затем линковщику с нужными параметрами.
Для примера можно создать маленький проект с любым именем, добавить туда минимум кода, например так:

Если теперь «зашить» полученную программу в Arduino, то в папке с проектом появится папка «applet», а в ней куча файлов. В основном это объектники, содержащие скомпилированные стандартные функции, а также готовая скомпилированная программа в разных форматах (ELF, ROM, HEX). Самым интересным является .cpp файл — это то, во что превратился наш код:

На самом деле среда Arduino делает еще какие-то мелкие преобразования исходного кода, например декорирует не латинские символы, выносит все «#include» наверх, может еще какие-то мелочи, но идея остается той же самой.

Урок №01. Знакомство с микроконтроллерной платформой Adruino.

Микроконтроллер представляет собой микросхему, которая используется для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. Не стоит путать с микропроцессором, так как он не содержит в себе периферийных устройств.

Под периферийными устройствами обычно понимают порты входа/выхода, ШИМ-модуляторы, таймеры, радиочастотные приёмники и так далее.

Что такое Arduino?

Arduino — эффективная аппаратно-программная платформа для проектирования и создания новых устройств, состоящая из самой платы и программного обеспечения.

Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами. Проекты устройств, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере.

Arduino Uno — есть эталонная модель платформы типа Arduino.Существуют и другие модели, такие как Arduino Nano и Arduino Mega.

Как программировать Arduino?

Микроконтроллер Arduino программируется на специальном языке программирования, основанном на C/C ++. Язык программирования Arduino является разновидностью C++ и называется Wiring, другими словами, отдельного языка программирования для Arduino не существует.

C++ — компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Код на таком языке состоит из отдельных блоков, называемых методами и функциями.

В программах для Arduino существуют две обязательные функции   setup  и  loop . Их присутствие обязательно в любой программе на C++ для Arduino. Они могут ничего и не делать, но должны быть написаны. Так как любая программа состоит из отдельных блоков, то начало блока в C/C++ обозначается левой фигурной скобкой < , а конец-правой фигурной скобкой >.

Ardublockly — это графический язык программирования для Arduino, предназначенный для новичков. Он прост в использовании.  

Интерфейсы подключения

У микроконтроллерной платформы Arduino существует два типа интерфейсов входов/выходов(I/O ports) — аналоговые и цифровые порты, так же называемые пинами. Эти пины настраиваются как входы или как выходы, чтобы, соответственно, считывать информацию в виде электрического напряжения или передавать её в виде напряжения на определенный источник.

Цифровые порты

Цифровые порты 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 позволяют подключить к Arduino различные датчики, сенсоры и прочие микросхемы. Цифровой порт имеет всего два значения для приёма/передачи: HIGH(высокий) и LOW(низкий). Они же соответственно 5V и 0V.

Аналоговые порты

Arduino Uno имеет на своей плате шесть

Первый опыт работы на Arduino

Что такое светодиод?

Простейшей задачей для новичков работы с Arduino можно назвать подключение светодиода к 5V.

Светодиод — это полупроводниковый прибор, способный излучать свет за счет того, что через него проходит электрический ток в прямом направлении от анода к катоду. Светодиоды можно разделить по цветам (желтый, зеленый, голубой, красный), а также по номинальному количеству потребляемого тока. Широко  

распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. 

Как подключить светодиод?

Первым делом вставляем светодиод в макетную плату. Затем подключаем к катоду ( короткая ножка светодиода) последовательно резистор. Далее первый провод одним концом подключаем к аноду (длинная ножка светодиода) , а другим концом к 5 пину на Arduino. Второй провод подключаем к резистору и к GND на Arduino

Код для примера

Скопируйте его в Arduino IDE, подключите Arduino к компьютеру и нажмите кнопку «Загрузить».