Corso Arduino - Lezione 3 Programmazione

An introduction to software programming and Arduino's Sketch development.
This was lesson 3 of an 8 lessons course organized by the Arduino User Group Roma on november-december 2013 at Fusolab 2.0 in Rome.
I co-lectured with Gilles Ruppert ‏@gillesruppert
Code available at https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/lezione-2013.11.21

Transcript

2. Corso Arduino Fusolab 2.0 Lezione 3 : Programmazione Arduino User Group Roma Marco Loche - Gilles Ruppert
3. Acquisire le conoscenze di base per essere autonomi nella comprensione e scrittura degli Sketch Obiettivo della lezione
4. Contenuti della lezione 1. IDE : Introduzione all’ambiente di sviluppo 2. Sketch : Anatomia di un programma per l’Arduino 3. Variabili e costanti 4. Strutture di controllo 5. Funzioni 6. Il monitor seriale 7. Creare una libreria
6. 1. IDE L’ambiente di sviluppo
7. IDE Arduino è una piattaforma open-source, costituita da due parti (la scheda e l’ ambiente di sviluppo), per sviluppare programmi che interagiscono con l’ ambiente. http://arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoUnoSMDFront.jpg
8. Versioni dell’IDE Compatibile con : • Windows • Mac OS • Linux 32 bit e 64 bit → ottenere il codice sorgente ◦ https://github.com/arduino/Arduino
9. Download http://arduino.cc/en/Main/Software
10. Installazione • Installazione Windows ◦ driver da installare manualmente http: //arduino.cc/en/Guide/Windows • DMG package per Mac • Per le distro Linux ◦ http://playground.arduino. cc/Learning/Linux
11. Connessione http://arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoUnoFront240.jpg http://arduino.cc/en/uploads/Guide/USBCable.jpg
12. Configurazione Tipo di Arduino Porta Seriale Windows Mac OS Linux
13. Elementi dell’interfaccia Zone principali dell’interfaccia 1. editor di testo 2. area messaggi 3. console 4. barra degli strumenti 5. barra dei menu 6. barra di stato 1 2 3 4 5 6
14. Funzionalità dell’IDE Menu Arduino http://arduino.cc/en/Guide/Environment
15. Funzionalità dell’IDE Menu File http://arduino.cc/en/Guide/Environment
16. Funzionalità dell’IDE Menu Modifica http://arduino.cc/en/Guide/Environment
17. Funzionalità dell’IDE Menu Sketch http://arduino.cc/en/Guide/Environment
18. Funzionalità dell’IDE Menu Strumenti http://arduino.cc/en/Guide/Environment
20. 2. Sketch Anatomia di un programma per l’Arduino
21. Creare uno Sketch Creare un nuovo Sketch Aprire uno Sketch http://arduino.cc/en/Guide/Environment
22. Salvare uno Sketch Al primo salvataggio Arduino crea un cartella con il nome dello sketch. Tutti i file collegati allo sketch saranno in questa cartella http://arduino.cc/en/Guide/Environment
23. Basta con le parole Aprire lo Sketch Blink Preparate la breadboard • Led Rosso • Resistenza da 220 Ω • Cavo nero su GND e polo - del LED • Cavo rosso su pin 13 e a monte della resistenza •
24. Struttura di uno Sketch CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/01_simple // Definisci le costanti e le variabili globali int led = 13; // La routine setup viene eseguita un unica volta quando carichi lo sketch o quando premi il pulsante reset sulla scheda void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } // La routine loop viene eseguita infinitamente per sempre void loop() { digitalWrite(led, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led, LOW); delay(1000); }
25. Definizione // Definisci le costanti e le variabili globali int led = 13; // La routine setup viene eseguita una unica volta quando carichi lo sketch o quando premi il pulsante reset sulla scheda void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } // La routine loop viene eseguita infinitamente per sempre void loop() { digitalWrite(led, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led, LOW); delay(1000); }
26. Inizializzazione // Definisci le costanti e le variabili globali int led = 13; // La routine setup viene eseguita un unica volta quando carichi lo sketch o quando premi il pulsante reset sulla scheda void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } // La routine loop viene eseguita infinitamente per sempre void loop() { digitalWrite(led, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led, LOW); delay(1000); }
27. Esecuzione // Definisci le costanti e le variabili globali int led = 13; // La routine setup viene eseguita un unica volta quando carichi lo sketch o quando premi il pulsante reset sulla scheda void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } // La routine loop viene eseguita infinitamente per sempre void loop() { digitalWrite(led, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led, LOW); delay(1000); }
28. Ciclo di vita di un programma Definizione setup() loop() Sketch upload o Reset della scheda La scheda è pronta
29. start digitalWrite(led, HIGH) delay(1000) digitalWrite(led, LOW) delay(1000) end Il loop
30. Verifica, compila e carica 1. Verifica e Compila 2. Carica
32. 3. Variabili e costanti Elementi di programmazione
33. Una variabile, in informatica, è un insieme di dati modificabili situati una porzione di memoria (una o più locazioni di memoria) destinata a contenere dei dati, suscettibili di modifica nel corso dell'esecuzione di un programma. http://it.wikipedia.org/wiki/Variabile_(informatica) Variabili e costanti int i = 10; i = i + 10; // i vale? Una variabile si compone di : • un nome i • un valore 10 • un tipo int Il valore di una variabile può essere modificato
34. Variabili e costanti int n = i + 5; // n vale? const int redLedPin = 13 #define redLedPin 13; int pin = 13; void function(){ int pin = 9; } Ad una variabile si può associare il valore di un’altra variabile (senza avere effetto su di essa Le costanti sono variabili di sola lettura Le variabili hanno un ambito di visibilià ( scope )
35. Variabili e costanti • riferimento a un valore per riutilizzarlo o modificarlo nel corso del programma • aggiungono semantica al programma : nomi descrittivi • modificabili tramite assegazione
36. Variabili e costanti : codice CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/02_var_const // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards. // give it a name: const int led = 13; int pause = 1000; // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinMode(led, OUTPUT); } // the loop routine runs over and over again forever: void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(pause); // wait for a second digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(pause); // wait for a second pause = pause + 100; }
37. Variabili e costanti : codice // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards. // give it a name: const int led = 13; int pause = 1000; // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinMode(led, OUTPUT); [...]
38. Breadboard Nulla di modificato Basta con le parole Modificate lo Sketch const int led = 13; int pause = 1000; [....] void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(pause); // wait for a second digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(pause); // wait for a second pause = pause + 100; }
40. 4. Le strutture di controllo Elementi di programmazione
41. Condizione per confrontare valori • maggiore di • minore di • uguale a > 2 > 1; // true 1 > 2; // false < 1 < 2; // true 2 < 1; // false == 2 == 2; // true 2 == 1; false
42. Condizione (2) • maggiore uguale • minore uguale >= 2 >= 1; // true 2 >= 2; // true 1 >= 2; // false <= 1 <= 2; // true 2 <= 2; // true 2 <= 1; // true
43. Controlli condizionali Le strutture di controllo • if then else • switch
44. if / else if (condizione) { // azione } else { // se la condizione // non è vero } 1. una condizione booleana (come > < ==) 2. se la condizione è vera viene eseguita questa azione 3. altrimenti viene eseguita quest’altra azione
45. Basta con le parole Esercizio: Realizzare il fade in/fade out con if / else Breadboard Spostare il cavo rosso sul pin 9
46. If then else : codice // [.....] else{ //Fade Out analogWrite(led, intensity); intensity--; delay(20); } if( intensity == 255 ){ fadeIn = false; } if( intensity == 0){ fadeIn = true; delay(500); } } CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/03_if_else // Pin 9 is a PWM PIN const int led = 9; // Define the value of brightness of the led int intensity = 0; boolean fadeIn = true; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { if(fadeIn){ //Fade in analogWrite(led, intensity); intensity++; delay(20); } // [.....]
47. Controlli iterativi I cicli iterativi • for • while • do() while
48. Ciclo while int i = 0; while (i < 10) { // azione i++; } - variabile di controllo - condizione - azione - cambio della variabile di controllo N.B: se la condizione non è mai falsa, abbiamo un ciclo infinito!
49. Ciclo do while int i = 0; do { // azione } while (i < 10); simile al ciclo while semplice, ma l’azione è sempre eseguita almeno 1 volta!
50. Ciclo for for (int i=0; i < 10; i++) { // azione } 1. inizializzazione della variabile di controllo 2. condizione 3. azione 4. modifica della variabile di controllo
51. Basta con le parole Modificate lo Sketch // Pin 9 is a PWM PIN const int led = 9; int intensity = 0; [...] void loop() { //Fade in for (intensity = 0 ; intensity <= 255; intensity++) { analogWrite(led, intensity); delay(10); } // Fade out for(intensity = 255 ; intensity >= 0; intensity--) { analogWrite(led, intensity); delay(10); } } Breadboard Spostare il cavo rosso sul pin 9
52. Ciclo for : codice // Pin 9 is a PWM PIN const int led = 9; // Define the value of brightness of the led int intensity = 0; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void loop() { //Fade in for (intensity = 0 ; intensity <= 255; intensity++) { analogWrite(led, intensity); delay(10); } // Fade out for(intensity = 255 ; intensity >= 0; intensity--) { analogWrite(led, intensity); delay(10); } } CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/04_for
54. 5. Le funzione Elementi di programmazione
55. Le funzioni void blink(int pause){ //corpo della funzione } Una funzione si compone di : • un tipo restituito void • un nome blink • zero o più parametri : ◦ un tipo del parametro int ◦ un nome del parametro pause In informatica, nell'ambito della programmazione, una funzione è un particolare costrutto sintattico [...] che permette di raggruppare una sequenza di istruzioni in un unico blocco di istruzioni espletando così una determinata e in generale più complessa operazione, azione o elaborazione [...] http://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_(informatica)
56. Le funzioni • Permettono di avere un codice pulito, organizzato, modulare e leggibile. • Permettono di isolare le funzionalità • Riducono le possibilità di introduzione di errore durante le modifiche • Sono riutilizzabili in vari punti riducendo la dimensione del programma
57. Funzioni: codice // Pin 9 is a PWM PIN const int led = 9; // Define the value of brightness of the led int intensity = 0; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); } void fadeIn() { for (intensity = 0 ; intensity <= 255; intensity++) { analogWrite(led, intensity); delay(20); } } void fadeOut() { for(intensity = 255 ; intensity >= 0; intensity--) { analogWrite(led, intensity); delay(20); } } void loop() { fadeIn(); fadeOut(); } CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/05_funzioni
58. Scope di una variabile for (int i = 0; i < 10; i++){ // i è accessibile // nelle varie iterazioni prenderà un valore da 0 a 9 } i = 10; // ERRORE! i non esiste qui • ‘block scope’ • la variabile non ‘esiste’ al di fuori del blocco
59. Le librerie di funzioni pinMode() analogWrite(); analogRead(); digitalWrite(); digitalRead(); delay(); La libreria di base è costituita dalle funzioni native che implementano funzionalità legate alla lettura scrittura sui pin, al tempo, a funzioni matematiche, etc http://arduino.cc/en/Reference/HomePage Ci sono poi decine di librerie create dalla comunità di utenti Arduino http://arduino.cc/en/Reference/Libraries
61. 6. Il monitor seriale Il tuo miglior amico
62. La libreria Serial // Stampa un stringa ASCII Serial.print(val) Serial.println(val, format) // Stampa sun stringa ASCII // seguita dal ritorno a capo Serial.println(val) Serial.print(val, format) // Legge i dati in ignresso sulla seriale Serial.read() // Stampa un singolo Byte Serial.write() http://arduino.cc/en/Reference/Serial
63. Il monitor seriale La comunicazione seriale tra arduino e il pc per: • debugging, • verifica dei sensori, • stato del programma
64. Il monitor seriale
65. Un esempio void setup() { pinMode(led, OUTPUT); // initialize serial communication at 9600 // bits per second: // Check the value in the Monitor Serial.begin( 9600); Serial.println( "\nReady\n\n" ); } void loop() { if(intensity%5 == 0) { Serial.print(intensity); Serial.print( " "); } // [.....] // [.....] if( intensity == 255 ){ fadeIn = false; Serial.println( "FadeIn"); } if( intensity == 0){ fadeIn = true; Serial.println( "FadeOut"); delay(500); } CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/06_monitor
67. 7. Creare una libreria Elementi di programmazione
68. Le libreria • Introducono un approccio a “oggetti” (OOP) • Come le funzioni rendono il codice (ancora) più pulito • A differenza delle funzioni permettono di riutilizzare il codice in sketch diversi. !! Le librerie devono essere installate tutte nella directory libraries
69. File intestazione (header : file .h) #ifndef Fader_h #define Fader_h #include "Arduino.h" class Fader { public: Fader(int pin); void fadeIn(); void fadeOut(); private: int _pin; }; #endif
70. File del codice (code : file .cpp) #include "Arduino.h" #include "Fader.h" //Costruttore Fader::Fader(int pin){ pinMode(pin, OUTPUT); _pin = pin; } //Implementazione dei metodi void Fader::fadeIn(){ for (int intensity = 0 ; intensity <= 255; intensity++) { analogWrite(_pin, intensity); delay(20); }} void Fader::fadeOut(){ for (int intensity= 255 ; intensity >= 0; intensity--) { analogWrite(_pin, intensity); delay(20); } }
71. Libreria: codice #include <Fader.h> Fader fader(9); void setup() { } void loop() { fader.fadeIn(); fader.fadeOut(); delay(500); } La libreria deve essere installata nella directory delle librerie dell’IDE. Arduino/libraries/Fader/Fader.cpp Arduino/libraries/Fader/Fader.h CODICE: https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino/tree/master/07_libreria
73. Linkografia Il miglior strumento è la curiostià
74. Link utili per proseguire http://www.google.it Software e codici • http://arduino.cc/en/Main/Software • https://github.com/arduino/Arduino Guide e Tutorial • http://arduino.cc/en/Guide/HomePage • http://arduino.cc/en/Reference/HomePage • http://arduino.cc/en/Tutorial/Foundations Codice della Lezione • https://github.com/marco-loche/aug-programmare-arduino
75. Link (continua…) 11 Esperimenti con Codice & schema fritzing: http://www.oomlout.com/a/products/ardx/ In inglese, ma ottimi esempi per sperimentare componenti di base con codice relativo…
76. G R A Z I E Arduino User Group Roma Marco Loche - Gilles Ruppert