Программируем Arduino. Основы работы со скетчами - Монк Саймон

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 ground («земля»), означает 0 В. Контакты GND служат опорными точками, относительно которых измеряется напряжение во всех других точках на плате.

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.