Програмуваня на Arduino для початківців - Міхаїл Ях’яєв

Програмуваня на Arduino для початківців - Міхаїл Ях’яєв

Transcript

1. Знакомство с микроконтроллерами С помощью Arduino
2. Что такое микроконтроллер • Маленький компьютер (процессор, память) выполненный на одной микросхеме (SoC): ◦ Низкая частота (8 Mhz) ◦ Очень мало памяти (4 KB Flash памяти, 256 байт оперативки) • Любая программируемая микросхема слабее "нормального" процессора • Минимум внешних компонент для работы • Применение: ◦ Автомобили ◦ Бытовая техника (микроволновки, стир. машины) ◦ Электронные компоненты (hard drives, SSD) ◦ И т.д.
3. Arduino • Open-source платформа для создания электронных прототипов • Без Arduino ◦ Разбираться с подключением питания, программатора, как задать нужную частоту, как скомпилировать и загрузить программу, и т.д. ◦ Почему он никак не заработает?!?! • С Arduino: ◦ Подключить плату через USB ◦ Написать программу в GUI, upload, посмотреть что будет!
4. Особенности программирования • 2 разные памяти: flash для программного кода и SRAM для данных (переменные, объекты, ...) • Flash: ◦ Программируется в самом начале ◦ Не меняется ◦ Программа выполняется из него • SRAM: ◦ Гораздо меньше чем flash ◦ Arduino Micro: 32KB flash, 2.5KB SRAM CPU Instruction Memory (flash) Data Memory Микроконтроллер на Arduino Micro "Обычный" компьютер External Devices (HDD, flash, etc). CPU Memory
5. Питание, ground, т.д. • Питание от USB: +5V • Дополнительный регулятор на 3.3V ◦ Многие устройства требуют 3.3V • При подключении разных устройств, GND должны быть соединены вместе!
6. Что делает микроконтроллер Pin микроконтроллера может: • OUTPUT: Выдавать напряжение. ◦ В каждый момент времени либо 0 либо 5V. ◦ "переключатель" - присоединяет 0 или 5V ◦ Drives the pin • INPUT: cчитывать напряжение поданное на него другим устройством
7. Output pinMode(2, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(5, HIGH);
8. Первая Arduino программа void setup() { pinMode(3, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(3, HIGH); delay(200); digitalWrite(3, LOW); delay(500); }
9. (Arduino main изнутри) int main(void) { ... // Some initialization setup(); for (;;) { loop(); ... // May do something else } return 0; }
10. Как работать в Arduino GUI CPU Instruction Memory (flash) Data Memory (4) Программа записывается сюда (через USB) (5) Контроллер перезагружается и выполняет программу (1) Пишем программу (3) Нажимаем upload (2) Выбираем плату и порт
11. Serial Port • Вместо printf в С и Serial.out.prinln в Java. void setup() { Serial.begin(115200); } void loop() { Serial.println("Hello, world "); delay(500); }
12. digitalRead pinMode(3, INPUT); // In 'setup' boolean v1 = digitalRead(3); 0V 5V 2.5V 0 1 ?
13. analogRead unsigned short v2 = analogRead(A0); Намного дольше чем digitalRead (100 vs 1-2 микросекунды). 0V 5V 2.5V 0 1023 512 256 768
14. Переменный резистор и сенсор расстояния
15. Пример: analogRead void setup() { Serial.begin(115200); } void loop() { unsigned short val = analogRead(A0); Serial.println(val); delay(500); }
16. PWM и analogWrite • Быстро переключаем между 0V и 5V ◦ Переключение на уровне "железа". ◦ Частота по умолчанию 500Hz - 1kHz, может быть до ~60kHz. • Среднее значение между 0 и 5V ◦ Duty Cycle - "процент 5V" • Только некоторые контакты поддерживают PWM. ◦ Arduino Micro: 3, 5, 6, 9, 10, 11, 13 ◦ Arduino Nano: 3, 5, 6, 9, 10, 11.
17. Пример PWM void setup() { pinMode(3, OUTPUT); } void loop() { for (int i = 1; i < 200; i++) { analogWrite(3, i); delay(5); } analogWrite(3, 1); delay(200); }
18. Сервомотор • Поворачивается на заданную позицию и держит её. • Используется: ◦ Модели ◦ Fly-by-wire, drive-by-wire ◦ Robot arms
19. Управление сервомотором • Импульс 1.5ms - средняя позиция. • В Arduino имеются готовые библиотеки. 20 ms 0.7ms <- 1.5ms -> 2.3ms
20. Управление сервомотором #include <Servo.h> Servo myservo; void setup() { myservo.attach(2); } void loop() { short val = analogRead(A0); short servo_val = map(val, 0, 1023, 0, 180); myservo.write(servo_val); delay(10); }
21. Демо: генератор искр Искра возникает если кратковременно подать ток на катушку и потом отключить. Свеча зажигания Катушка зажигания
22. Arduino управляет искрами Генерируем искры с частотой которая задаётся переменным резистором Транзистор
23. Вопросы
24. Передача данных • Передать число от устройства к микроконтроллеру ◦ Например величину ускорения • Хотим использовать цифровой способ передачи ◦ Легче на практике ◦ Можем 1 бит - через digital read/write • Передача битов один за другим ◦ Последовательный способ передачи данных (serial communication) • Проблема: интерпретация 380 ?
25. I2C протокол • Использует 2 провода: один для данных, другой для частоты • Интерпретация сигнала на SDA проходит когда SCL переключается 0 -> 1
26. I2C Protocol • Шина с открытым коллектором ◦ Устройства "подключают" SDA и SCL только к земле ◦ Если никто не "подключает" к земле, линия принимает +5V за счёт резистора • Нет опасности короткого замыкания • Arduino Wire library чтобы работать с I2C.