Úvod do programování mikrokontroléru

V tomto článku si ukážeme, jak začít s programováním mikrokontroléru Maker UNO.

Co je to mikrokontrolér?

Analogový vs digitální signál

Předtím než se pustíte do programování mikrokontroléru a řízení připojených obvodů, musíte napřed chápat rozdíl mezi analogovým a digitálním signálem.

Digitální signál nabývá dvou stavů ‒ zapnutý/ON (proud prochází obvodem) a vypnutý/OFF (proud neprochází obvodem). Posláním signálu ON na pin 5 můžeme připojené elektronické zařízení aktivovat. Posláním signálu OFF můžeme připojené elektronické zařízení naopak deaktivovat.

Analogový signál nabývá více než dvou stavů. Pro Arduino jsou to hodnoty od 0-255. 0 znamená že do obvodu neproudí žádný proud (napětí je 0 V) a 255 je maximální napětí v obvodu. Analogové hodnoty (0-255) jsou přímo úměrné napětí, které se pošle na výstupní pin (např. 127 pošle na výstupní pin 50 % maximálního možného napětí). Jinými slovy, když připojíme nějakou LED na analogový pin tak hodnota 0 ledku vypne, 127 jí rozsvítí na polovinu jasu a 255 jí rozsvítí na plný jas.

Kostra programu

Mikrokontrolér spouští dvě hlavní funkce ‒ setup() a loop(). Jak ukazuje následující diagram, funkce setup() se provádí pouze jednou, na začátku, zatímco funkce loop() běží pořád dokola, dokud se Arduino nevypne.

Vývojové prostředí

K programování použijeme speciální integrované vývojové prostředí Arduino IDE, které je volně ke stažení na oficiálních stránkách Arduina, www.arduino.cc.

Tip: Po prvním spuštění Arduino IDE doporučujeme zapnout funkci zobrazení čísel jednotlivých řádků: Soubor → Vlastnosti → Zobrazit čísla řádků.

V Arduino IDE se hlavičky základních funkcí setup() a loop() vytvoří automaticky.

void setup() {
  // sem vložte svůj zaváděcí kód, který se spustí na začátku

}

void loop() {
  // sem vložte svůj hlavní kód, který poběží ve smyčce

}

Tvorba programu

Základní pravidla

1. Arduino rozlišuje velká a malá písmena.
2. Každý řádek musí končit středníkem ;.
3. Každá závorka ( a { musí být uzavřena odpovídající závorkou ), respektive }.
4. Pozor na překlepy!

Obecný postup

Krok č. 1

Pomocí pinMode ve funkci setup() identifikujte použité piny a specifikujte způsob, jak budou použity – jako vstup nebo jako výstup.

Krok č. 2

Naplánujte si, co a jak budete programovat. U složitějších programů začněte diagramem.

Krok č. 3

Do funkce loop() vložte svůj kód, který bude řídit výstupy a reagovat na vstupy.

Krok č. 4

Pomocí USB kabelu připojte své Maker UNO k počítači a v nastavení Arduino IDE vyberte příslušný port.

Krok č. 5

Nahrajte program do Maker UNO, klikněte v Arduino IDE na tlačítko Upload.

Poznámka: Váš kód zůstane v paměti mikrokontroléru tak dlouho, dokud ho nepřepíšete jiným kódem.

Diagram

Než napíšeme program, měli bychom naplánovat postupy v programu pomocí diagramu. Vysvětlení použitých symbolů je na obrázku níže.

Příklad č. 1: funkce digitalWrite()

Maker UNO má u každého pinu jednu integrovanou LED. To se skvěle hodí se k našemu úvodu do programování a později k diagnostice obvodů.

Poznámka: Integrované LED má pouze Maker UNO. Pro použití s Arduino UNO musíte připojit externí LED.

Vytváříme jednoduchý sekvenční program bez podmínek. Ovládá pin 13, který každou vteřinu střídavě zapíná a vypíná.

Následující kód reprezentuje program z předchozího diagramu:

1 void setup() {
2   pinMode(13, OUTPUT);
3 }
4
5 void loop() {
6   digitalWrite(13,HIGH);
7   delay(1000);
8   digitalWrite(13,LOW);
9   delay(1000);
10 }

Řádek	Kód / symbol	Funkce
1	void setup() {	Tímto začíná funkce setup(), která se používá k definování pinů. Všimněte si, že void a setup mají v Arduino IDE rozdílné barvy. Barva indikuje, že jsou to speciální, tzv. klíčová slova. Symbol { označuje začátek kódu funkce setup().
2	pinMode (13, OUTPUT);	Nastavuje pin na vstup (input) nebo výstup (output). V tomto případě je pin 13 nastaven na výstup.
3	}	Symbol } označuje konec funkce setup(). Počínaje symbolem { na řádku 1, funkce setup() obsahuje pouze kód mezi { a }, což jsou řádky 1-3.
4
5	void loop() {	Tento řádek označuje začátek funkce loop(), která poběží pořád dokola, dokud Arduino nevypneme. Slova void a loop jsou znovu slova klíčová, takže mají rozdílnou barvu. Symbol { označuje začátek funkce loop().
6	digitalWrite (13, HIGH);	Příkaz digitalWrite() posílá digitální signál na definovaný pin. Tento řádek pošle signál HIGH na pin 13, čímž aktivuje připojený obvod.
7	delay(1000)	Příkaz delay() pozastavý průběh programu na definovaný počet milisekund. 1000 milisekund je 1 vteřina.
8	digitalWrite (13, LOW)	Tento řádek pošle signál LOW na pin 13, čímž tím ho vypne a deaktivuje připojený obvod.
9	delay(1000)	Potřebujeme přidat další zpoždění, kdybychom ho nepřidali, přeskočí program zpět na řádek 6 a spustí LED dříve než postřehneme její vypnutí.
10	}	Symbol } označuje konec funkce loop(). Funkce loop() obsahuje jen řádky mezi 5. a 10. řádkem.

Následující program pak rozbliká střídavě LED u pinů 9 a 8.

digitalWrite(9, LOW);
digitalWrite(8, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(9, HIGH);
digitalWrite(8, LOW);
delay(1000);

Příklad č. 2: funkce analogWrite()

Poznámka: Ne každý pin dokáže vysílat analogový signál, to mohou pouze piny označené na desce znakem ~ (vlnovka). Jsou to piny 3, 5, 6, 7, 9, 10 a 11.

K posílání analogových signálu slouží funkce analogWrite(pin, hodnota), kde hodnota je číslo v rozmezí od 0 - 255 a pin je číslo pinu.

• analogWrite(9, 255) pošle hodnotu 255 na pin 9. 255 značí maximální napětí.
• analogWrite(9, 127) pošle hodnotu 127 na pin 9, což znamená 50 % maximálního napětí.
• analogWrite(9, 0) pošle hodnotu 0 na pin 9. 0 značí nulové napětí.

Shrnutí

Mikrokontrolér může na své výstupy vyslat jeden ze dvou základních signálů – analogový nebo digitální. Vysílání řídí náš program uložený v paměti mikrokontroléru. Program má dvě části, funkci setup(), která vše připraví a funkci loop(), která se opakuje. Program vytváříme a do paměti mikrokontroléru nahráváme z integrovaného vývojového prostředí Arduino IDE.

V příštím díle si popíšeme základní součástky, které můžeme na výstup mikrokontroléru připojit a ukážeme si jak je ovládat.