Помоги проекту - поделись книгой:
Установка и среда разработки
Для программирования Arduino используется
Установка среды разработки
Прежде всего загрузите программное обеспечение для своей операционной системы с официального веб-сайта Arduino: http://arduino.cc/en/Main/Software.
После загрузки вы сможете найти подробные инструкции по установке для каждой платформы по адресу http://arduino.cc/en/Guide/HomePage3.
Самое замечательное в Arduino то, что для работы с этой платой вам понадобятся лишь сама плата Arduino, компьютер и кабель USB для их соединения между собой. Плата Arduino может даже питаться от порта USB компьютера.
Blink
Чтобы убедиться в работоспособности платы, запишем в нее программу, которая будет включать и выключать светодиод, отмеченный на плате Arduino меткой L, из-за чего его часто называют светодиодом L.
Запустите Arduino IDE на своем компьютере. Затем в меню File (Файл) (рис. 1.4) выберите пункт Examples—>01 Basics—>Blink (Примеры—>01 Basics—>Blink).
Рис. 1.4. Загрузка скетча Blink в Arduino IDE
Чтобы не отпугивать непрограммистов, программы в мире Arduino называют
Рис. 1.5. Выбор типа платы
После настройки типа платы выберите порт, к которому она подключена. Сделать такой выбор в Windows очень просто, поскольку в списке, скорее всего, будет единственный порт COM4 (рис. 1.6). Однако в Mac или Linux список обычно содержит большее количество последовательных устройств. Среда разработки Arduino IDE помещает последние подключенные устройства в начало списка, поэтому плата Arduino должна находиться вверху.
Рис. 1.6. Выбор последовательного порта
Чтобы выгрузить скетч в плату Arduino, щелкните на кнопке Upload (Загрузка) на панели инструментов — второй слева, которая подсвечена на рис. 1.7.
Рис. 1.7. Выгрузка скетча Blink
После щелчка на кнопке Upload (Загрузка) справа внизу в окне Arduino IDE появится индикатор выполнения, отражающий ход компиляции скетча (то есть его преобразования в формат, подходящий для выгрузки). Затем какое-то время должны мигать светодиоды с метками Rx и Tx на плате Arduino. И наконец, должен начать мигать светодиод с меткой L. В нижней части окна Arduino IDE должно также появиться сообщение «Binary sketch size: 1,084 bytes (of a 32,256 byte maximum)» («Скетч использует 1084 байт (3%) памяти устройства. Всего доступно 32 256 байт»)5. Оно означает, что скетч занимает около 1 Кбайт флеш-памяти из 32 Кбайт, доступных в Arduino для программ.
Прежде чем приступить к программированию, давайте познакомимся с аппаратным окружением, в котором вашим программам, или скетчам, предстоит работать и которое они смогут использовать.
Обзор платы Arduino
На рис. 1.8 показано устройство платы Arduino. В левом верхнем углу рядом с разъемом USB находится кнопка сброса. Нажатие на нее посылает логический импульс на вывод Reset микроконтроллера, который в ответ
Рис. 1.8. Устройство платы Arduino
очищает свою память и запускает программу с самого начала. Обратите внимание на то, что программа, хранящаяся в устройстве, сохраняется, потому что находится в энергонезависимой флеш-памяти, то есть в памяти, не утрачивающей свое содержимое даже при выключении электропитания.
Электропитание
Электропитание платы Arduino возможно через разъем USB или через разъем внешнего блока питания, находящийся ниже. На этот разъем допускается подавать постоянное напряжение от 7,5 до 12 В. Сама плата Arduino потребляет около 50 мА. Поэтому небольшой 9-вольтовой батареи типа «Крона» (200 мА·ч) достаточно, чтобы питать плату в течение примерно четырех часов.
При подаче питания на плату загорается индикатор питания (справа на плате Uno, слева на плате Leonardo).
Контакты электропитания
Рассмотрим теперь контакты в нижнем ряду на рис. 1.8. Все контакты, кроме первого, подписаны.
Первый контакт, без метки, зарезервирован для использования в будущем. Следующий контакт, IOREF, служит для определения опорного напряжения, на котором работает плата. Обе модификации, Uno и Leonardo, используют напряжение 5 В, поэтому на данном контакте всегда будет присутствовать напряжение 5 В, но в этой книге он не будет использоваться. Его назначение — позволить платам расширения, подключаемым к 3-вольтовым модификациям Arduino, таким как Arduino Due, определять напряжение, на котором работает плата, и адаптироваться к нему.
Следующий контакт — Reset. Он служит той же цели, что и кнопка сброса. По аналогии с перезагрузкой компьютера контакт Reset позволяет сбросить микроконтроллер в исходное состояние и заставить его выполнять программу с самого начала. Чтобы сбросить микроконтроллер с помощью этого контакта, необходимо кратковременно подать на него низкое напряжение (замкнуть на «землю»). Маловероятно, что вам когда-нибудь потребуется этот контакт, но знать о его существовании полезно.
Остальные контакты в этой группе служат для вывода электропитания с разными уровнями напряжения (3.3V, 5V, GND и 9V) в соответствии с обозначениями. GND, или
Два контакта GND совершенно идентичны, наличие двух контактов GND иногда оказывается полезно. В действительности в верхнем ряду на плате есть еще один контакт GND.
Аналоговые входы
Контакты в следующей группе подписаны Analog In (аналоговые входы) с номерами от 0 до 5. Эти шесть контактов можно использовать для измерения напряжения и его анализа в скетче. Несмотря на то что они обозначены как аналоговые входы, их можно использовать и как цифровые входы или выходы. Но по умолчанию они действуют как аналоговые входы.
Цифровые входы
Теперь перейдем к верхнему ряду контактов (см. рис. 1.8) и начнем движение справа налево. Здесь находятся контакты, обозначенные Digital 0...13. Их можно использовать как цифровые входы или выходы. Если включить такой контакт из скетча, на нем появится напряжение 5 В, а если выключить — напряжение упадет до 0 В. Подобно контактам электропитания, их следует использовать осторожно, чтобы не превысить максимально допустимый ток.
Цифровые выходы могут отдавать ток до 40 мА с напряжением 5 В — этого более чем достаточно для питания светодиода, но недостаточно для непосредственного управления электромотором.
Платы Arduino
Модель Arduino Uno (см. рис. 1.1) является последней версией оригинальной платы Arduino. Это самая распространенная модель Arduino, и обычно, когда кто-то говорит, что использует Arduino, подразумевается именно эта модель.
Все остальные модели плат Arduino сконструированы для удовлетворения особых потребностей, таких как большая величина тока на входных и выходных контактах, более высокая производительность, меньший размер, возможность вшивания в элементы одежды и подключения телефонов на Android, простота подключения к беспроводным сетям и т.д.
Независимо от конструктивных особенностей, все платы программируются из Arduino IDE, немного различаясь лишь некоторыми особенностями программного обеспечения, которое они могут использовать. Поэтому, узнав, как использовать одну плату Arduino, вы сможете применять полученные знания для работы с другими моделями.
Давайте рассмотрим спектр официальных версий платы Arduino. Существуют разные модели Arduino, отличные от обсуждаемых в этой книге, но они не так популярны. Полный их перечень можно найти на официальном веб-сайте Arduino (www.arduino.cc).
Uno и похожие модели
Модель Uno R3 является последней в серии стандартных плат, включающей также модели Uno, Duemilanove, Diecimila и NG. Все эти платы построены на основе микропроцессоров ATmega168 и ATmega328, которые различаются только объемом памяти.
Другой современной моделью Arduino того же размера и с тем же набором контактов, что и Uno R3, является Arduino Leonardo (рис. 1.9). Как видите, эта плата содержит меньше электронных компонентов, чем Uno. Это объясняется использованием другого процессора. Плата Leonardo сконструирована на основе процессора ATmega32u4, схожего с ATmega328, но имеющего встроенный интерфейс USB, благодаря чему отпала необходимость в дополнительных компонентах, которые можно увидеть на плате Uno. Кроме того, модель Leonardo имеет немного больше памяти, больше аналоговых входов и обладает некоторыми другими преимуществами. Она также немного дешевле Uno. Во многих отношениях она имеет также более удачную конструкцию, чем Uno.
Рис. 1.9. Arduino Leonardo
Но если все перечисленное верно, возникает резонный вопрос: почему Leonardo не пользуется большей популярностью, чем Uno? Причина в том, что усовершенствования, внесенные в плату Leonardo, ухудшили обратную совместимость с Uno и другими предшествующими моделями. Некоторые платы расширения, особенно старой конструкции, не будут работать с Leonardo. Со временем эти отличия станут доставлять все меньше хлопот, и будет интересно посмотреть, смогут ли модель Leonardo и ее последующие версии завоевать наибольшую популярность.
Относительно недавно в арсенале Arduino появилась плата Arduino Ethernet. Она объединяет основные характеристики Uno с интерфейсом Ethernet, позволяющим подключаться к сети без использования дополнительной платы расширения Ethernet.
Большие платы Arduino
Иногда количества контактов ввода/вывода на платах Uno и Leonardo оказывается недостаточно для решения поставленных задач. В таких ситуациях вы оказываетесь перед выбором между приобретением дополнительных плат расширения для Uno или переходом на использование плат большего размера.
СОВЕТ
Если вы только начинаете знакомиться с Arduino, воздержитесь от покупки большой платы. Они выглядят привлекательно, обладая большим числом контактов и большим быстродействием, но имеют проблемы совместимости с платами расширения. Пока вам лучше остановить свой выбор на стандартной модели Uno.
Модели Arduino большего размера имеют тот же набор контактов, что и Uno, а также двойной ряд дополнительных контактов ввода/вывода с торцевой стороны и более длинные ряды контактов по боковым сторонам (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Arduino Due
Традиционно самой большой считается Arduino Mega 2560. Эти платы, подобно всем другим большим платам Arduino, имеют больше памяти каждого вида. Платы Mega 2560 и Mega ADK комплектуются процессорами с производительностью, схожей с производительностью процессора в модели Arduino Uno. Но в целом Arduino Due — более «мощная машина». Эта плата комплектуется процессором с тактовой частотой 84 МГц (сравните с 16 МГц модели Uno), но имеет проблемы совместимости с другими моделями. Самая большая из них состоит в том, что для электропитания Due должно использоваться напряжение 3,3 В вместо 5 В, как для большинства предыдущих моделей Arduino. Неудивительно, что многие платы расширения несовместимы с ней.
Однако эта плата имеет множество преимуществ, значимых для большинства проектов с высокими требованиями:
• большой объем памяти для программ и данных;
• аппаратная поддержка вывода звуков (аппаратные цифроаналоговые преобразователи);
• четыре последовательных порта;
• два порта USB;
• интерфейсы USB-хоста и USB OTG;
• имитация USB-клавиатуры и USB-мыши.
Маленькие платы Arduino
Для одних проектов модель Uno может оказаться слишком маленькой, но для других — слишком большой. Несмотря на невысокую стоимость плат Arduino, они становятся слишком дорогим удовольствием, если включать их в каждый проект. Существует целый спектр маленьких и специализированных плат Arduino, которые имеют меньший размер, чем обычная модель Uno, или более низкую цену за счет отсутствия каких-то особенностей, не требующихся в большинстве проектов.
На рис. 1.11 изображена плата Arduino Mini. Эта модель не имеет интерфейса USB, а ее программирование осуществляется с применением отдельного модуля расширения. Помимо Mini существуют также модели Nano и Micro. Обе они имеют встроенный интерфейс USB, но и стоят дороже.
Рис. 1.11. Arduino Mini и Arduino Programmer
Платы LilyPad и LilyPad USB
Плата LilyPad и более новая ее версия LilyPad USB — одни из самых интересных моделей Arduino (рис. 1.12). Эти платы можно вшивать в элементы одежды и соединять их токопроводящими нитями со светодиодами, выключателями, акселерометрами и другими устройствами. Для программирования более старых плат LilyPad требуется использовать отдельный интерфейс USB, как в случае с Arduino Mini. Однако эти платы постепенно вытесняются более новой модификацией Arduino LilyPad USB, имеющей встроенный разъем USB.
Рис. 1.12. Arduino LilyPad
Неофициальные платы Arduino
Благодаря статусу открытого аппаратного обеспечения помимо «официальных» плат, описанных ранее, появилось множество неофициальных копий и модификаций Arduino. Прямые клоны Arduino, которые без труда можно найти на eBay и других недорогих торговых площадках, являются простыми копиями плат Arduino. Единственное их преимущество — невысокая цена. Но существует также ряд интересных Arduino-совместимых разработок, предлагающих дополнительные возможности.
В числе примеров такого рода плат, которым стоит уделить внимание, можно назвать:
• EtherTen — аналог платы Arduino Ethernet (www.freetronics.com/products/etherten);
• Leostick A — малогабаритный аналог платы Leonardo со встроенным разъемом USB (www.freetronics.com/collections/arduino/products/leostick).
Теперь, после знакомства с аппаратной стороной Arduino, можно перейти к знакомству с возможностями их программирования.
Язык программирования
Многие ошибочно полагают, что платы Arduino имеют собственный язык программирования. В действительности программы для них пишутся на языке с простым названием C. Этот язык существует с самых первых дней развития вычислительной техники. А вот что действительно привносит Arduino — это набор простых в использовании команд, написанных на C, которые вы можете использовать в своих программах.
Пуристы могут заметить, что в Arduino используется C++, объектно-ориентированное расширение языка C. Строго говоря, они правы, однако наличие всего 1–2 Кбайт памяти обычно означает, что использование объектно-ориентированных приемов при программировании для Arduino не самая лучшая идея, за исключением особых ситуаций, и фактически программы пишутся на C.
Поделиться книгой: