Crazy Rebel: викификация

2009-05-07T07:56:19Z

викификация

Новая статья

: Свободная электроника

== Программировать оборудование? Легко! ==

: Все бывалые линуксоиды умеют писать софт, но чтобы программировать «железо», нужна большая любовь к компьютеру. Мы покажем, с чего начать...

Arduino крут. Крут, поскольку это миниатюрное устройство — примерно три на два дюйма [7x5 см] — имеет порт USB и программируемый чип. Он крут, потому что его можно запрограммировать, используя очень простой
язык под названием ''Wiring''. Но главное, вся документация производителя доступна по лицензии Creative Commons, и вы можете собрать
устройство сами, если захотите. Правда, для большинства людей это,
вероятно, все-таки экстрим, и поэтому продаются также готовые платы Arduino — причем по очень низкой цене. IDE для программирования
Arduino доступна по лицензии GPL для множества платформ, и единственное, что стоит между вами и любезным вашему сердцу «железным» проектом — это плата Arduino, клевая идея и кое-какие мелкие детали, аккуратно втыкаемые в Arduino, чтобы сделать его гораздо
более интересным.

{{Врезка|Заголовок=Электроника и безопасность|Содержание=Пожалуйста, учтите, что электронные компоненты очень чувствительны: статическое электричество может быть смертельно для вашего Arduino и других крошечных компьютерных частей, так что не шаркайте ногами и носите антистатический браслет. А также помните, что электронные компоненты могут, в свою очередь, быть опасны для вас — они часто содержат свинец, поэтому тщательно мойте руки после работы с вашим прибором!|Ширина=200px}}

===Приступим к установке===

Платы Arduino доступны в нескольких вариантах, но основные три – Arduino NG (“next generation” – «новое поколение»), Arduino NG Plus
и Arduino Diecimila. Это не платы-конкуренты – NG появилась первой,
потом ее сменила NG Plus, а за ней вышла Diecimila. Мы пользуемся
NG, потому что купили ее давно, но сейчас при попытке приобрести ее
вы обнаружите только Diecimila. В принципе, различия между этими
платами минимальны: на NG Plus установлен процессор Atmega168, на
NG – ATmega8, а Diecimila незначительно улучшена для более простой
загрузки программ. Чипы ATmega8 и ATmega168 очень похожи; основное отличие в том, что в 168 больше места для программ, но для целей
нашего урока это не станет проблемой – подойдет любая из трех.

Где взять плату Arduino? Рекомендуем PCB Europe (http://pcb-europe.net) – у них есть в продаже Diecimila за 22 евро (на момент написания статьи), и они с радостью ответят на вопросы, если вы не знаете точно, что вы хотите. ['''А в России вы можете заказать Arduino например здесь:''' http://www.linuxcenter.ru/shop/embedded/arduino/]

Теперь перейдем к вопросам посложнее: что втыкать в ваш Arduino? Сама плата имеет 14 цифровых разъемов и 6 аналоговых, а
также встроенный светодиод и кнопку сброса, и нужно докупить дополнительные детали, чтобы что-то создать. Если вы из США, то, возможно, недалеко от вас есть магазин Radio Shack, где имеются наготове залежи прикольных штучек – просто подойдите к одному из продавцов,
объясните ему, что вы пытаетесь сделать свой первый электронный проект, и уйдете с полной корзиной товаров долларов этак на 30. Если
вы из Великобритании, то лучшее место разместить заказ на нужные детали – www.maplin.co.uk; также рекомендую прихватить у них один
из чудесных наборов Lucky Bags. Поразительно, сколько идей может
подсказать случайная смесь деталей! Вне США и Великобритании,
либо поищите хороший магазин электроники в вашей стране (говоря
«электроника», мы не имеем в виду «продажа iPod»!), либо обрати-
тесь в PCB Europe и купите один из комплектов деталей к Arduino.

{{Врезка|Содержание=[[Изображение:LXF100-101_55_1.jpg|300px]] Кабель USB с разъемами типа 2 (слева) и 1 (справа) нужен для соединения Arduino с вашим ПК. |Ширина=300px}}

Так или иначе, вот необходимый минимум деталей для нашего урока про Arduino:
* Макетная плата для сборки без пайки. Обычно это прямоугольник из белого пластика, со множеством отверстий, позволяющих прикрепить детали и соединить их электрически.
* Несколько проводков-перемычек. Можно накупить их разной длины, или нарезать самим – без разницы.
* USB-кабель Type A — Type B. Говоря по-человечески, это обычный соединительный кабель USB: на одном конце плоский, на другом почти квадратный.
* Несколько светодиодов. Лучше – разных цветов!
* Резисторы разных номиналов. Сопротивления более 10 кОм не понадобятся, но стоят они копейки, поэтому можете набрать всяких.
* Потенциометр.
* Фоторезистор.

Вы уложитесь при покупке вышеперечисленного в сумму менее 500 рублей, и даже еще останется, так что не бойтесь набрать лишнего – потом пригодится!

===Мигалка===

Первое, что делают в любом программистском проекте – аппаратном или каком еще – обычно нечто вроде “hello world”: программу заставляют выдать во внешний мир простое сообщение, чтобы убедиться в правильности конфигурации.

В Arduino встроено несколько светодиодов – есть, например, TX- и RX-светодиоды, мигающие при передаче и приеме данных. Мы воспользуемся специальными тестовыми светодиодами: они покажут, что плата нормально работает. Заставить Arduino работать под Linux придется хитростью, потому что она требует ''Java'' – причем официальной ''Java'' от Sun, клонов она не признает. Если у вас Ubuntu, подключитесь к репозиторию Multiverse, затем установите пакеты ''un-java5-jre'', ''gcc-avr'' и ''avr-libc''. Многие пользователи имеют проблемы из-за конфликта Arduino с поддержкой на клавиатуре системы Брайля; если она вам не нужна, сперва удалите пакет ''brltty'' – а если вы вставили плату Arduino при установленном ''brltty'', выньте ее и воткните уже после удаления пакета. Установив программное обеспечение, запустите ''sudo update-alternatives --config java'' и выберите номер официальной ''Java'' от Sun. Этого должно быть достаточно, чтобы все заработало.

{{Врезка|Содержание=[[Изображение:LXF100-101_55_2.jpg|300px]] ''IDE Arduino'' очень проста: предлагает подсветку кода, сохранение и загрузку и ничего более — зато вы можете загрузить все на вашу плату прямо отсюда.|Ширина=300px}}

Если у вас не Ubuntu и не другая система на базе Debian, то вам опять же потребуются ''Java'' от Sun, ''gcc-avr'' и ''avr-libc'', но зато
в таких дистрибутивах, скорее всего, не придется беспокоиться об '''update-alternatives'''.

Мы включили ''IDE Arduino'' на DVD этого месяца – распакуйте ее на
ваш рабочий стол и запустите команду ''arduino''. При наличии проблем
попробуйте запустить ее из терминала и посмотреть сообщения об
ошибках. Запуская IDE впервые, вы должны будете ответить на вопрос
о месте сохранения ваших программ – поддиректория в вашем домашнем каталоге вполне подойдет.

Итак, ПО для Arduino установлено; теперь подключим Arduino к
компьютеру через USB-кабель. Если плата работает нормально, светодиод PWR (power, питание) будет гореть, а тестовый диод – мигать,
показывая, что на плате все в порядке.

В редакторе Arduino зайдите в '''File > New''' для ввода нового кода.
Файлы кода в Ардуинии называются “'''sketches'''” («наброски»), и с ними
очень легко начать работать. Начнем мы с простого проекта: будем
переключать светодиод из ВКЛ в ВЫКЛ, и я хочу показать вам код и
убедиться, что он работает, а потом разобраться, как он работает.

Вот этот «набросок»:

int ledPin = 13;
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(300);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(100);
}

{{Врезка|Содержание=[[Изображение:LXF100-101_56_1.jpg|300px]] Соедините светодиод с цифровыми контактами 13/GND, да присмотритесь к длине его ножек, чтобы не перепутать полярность!|Ширина=300px}}

Теперь идем в '''Tools > Microcontroller''' и выбираем либо '''atmega8'''
(если у вас ArduinoNG), либо '''atmega168''' (если у вас Diecimila). Если вы
этого толком не знаете, пропустите данный шаг – Arduino определит
процессор при подключении и выдаст ошибку, если обнаружит неправильный. Получив сообщение об ошибке, просто смените опцию! Когда
процессор сконфигурируется, зайдите в '''Tools > Serial Port'''; вы увидите список возможных USB-устройств. В Linux, вероятно, надо будет
выбрать '''/dev/ttyUSB0'''.

ОК, настройка закончена – пора выгружать ваш «набросок» на плату! В панели меню IDE, вы можете увидеть иконку со стрелкой
вправо – это кнопка '''Upload''' [Выгрузка]. Для Diecimila вам достаточно
нажать на кнопку прямо сейчас, и программа будет выгружена. В противном случае сперва нужно нажать на маленькую кнопку сброса на
плате Arduino, подготовив ее к принятию нового «наброска», а затем
нажать кнопку выгрузки. Светодиоды TX и RX секунду поморгают,
затем секунд пять ничего не будет происходить (Arduino ждет, не поступят ли дальнейшие инструкции), и наконец ваш тестовый диод должен начать мигать. Заработало!

С этим маленьким проектом вы можете шагнуть дальше. Возьмите
из набора светодиод и подключите его к цифровому контакту '''13'''. Если
вы раньше со светодиодами не работали, хорошенько рассмотрите
его перед установкой: у него две ножки, причем разной длины, и одна
сторона цветного пластикового ободка плоская. Таким образом указывается полярность: ножка покороче и плоский обод – это «минус».
Подключая ваш светодиод к плате Arduino, убедитесь, что плюсовая
ножка подключена к контакту '''13''', а минусовая – к '''Gnd'''
(ground, земля), и если все будет нормально, вы
увидите, как он мигает в такт тестовому светодиоду.
Ошиблись – ничего страшного, просто побыстрее
выдерните светодиод!

===Как работает код===

Теперь, когда плата Arduino работает правильно, объясню вам, как работает код, чтобы вы сами могли его модифицировать:

* '''int ledPin = 13''' описывает переменную '''ledPin''' типа '''integer'' (целое число – ну, то есть, не вида 3,1) и присваивает ей начальное значение 13.
* '''setup()''' – функция по умолчанию в Arduino. Она вызывается при запуске вашей программы, чтобы вы могли задать начальную конфигурацию.
* '''pinMode(ledPin, OUTPUT)''' сообщает Arduino, что вы хотите посылать данные на контакт 13, а не считывать их.
* '''loop()''' – еще одна функция по умолчанию Arduino: она вызвается всякий раз, когда процессор ищет, что бы ему еще сделать.
* '''digitalWrite(ledPin, HIGH)''' означает «послать значение '''HIGH''' на контакт '''13'''»; '''HIGH''' – эквивалент двоичной единицы против двоичного 0, оно же – «ВКЛ», в отличие от «ВЫКЛ». Это включает светодиод.
* '''delay(300)''' заставляет процессор сделать паузу в 300 миллисекунд, т..е. примерно на треть секунды.
* '''digitalWrite(ledPin, LOW)''' выключает светодиод.
* '''delay(100)''' заставляет процессор ждать одну десятую секунды.

Вот и все! Функция '''loop()''' вызывается с частотой, равной частоте работы процессора, а вызовы '''delay()''' вставлены, чтоб разрешить процессору периодически перевести дух – иначе светодиод будет мигать так часто, что глазу не уследить, и покажется, что он всегда включен! Помните, что на большинство светодиодов насажена маленькая линза, фокусирующая их свет – ярче всего такой светодиод выглядит, если взглянуть на него сверху.

===Использование макетной платы===

{{Врезка|Содержание=[[Изображение:LXF100-101_55_3.jpg|300px]] В моей макетной плате ряды обозначаются цифрами, а колонки — буквами. Я так на них и ссылаюсь, чтобы вы смогли в точности скопировать мою схему.|Ширина=300px}}

Макетная плата имеет металлические дорожки, спрятанные под
отверстиями и соединяющие ряды контактов в электрическую цепь.
Колонки не соединены, поэтому горизонтальных контактов нет – есть
только вертикальные. Если у вас полномерная макетная плата типа
нашей, то на ней между рядов имеется просвет. Ряды по краям просвета тоже не соединены между собой. Рассмотрим на примере, как это
работает: модифицируем простую светодиодную систему введением
макетной платы и двух проводов. В моей плате колонки пронумерованы с 1 до 60, а ряды обозначены буквами от A до J, как показано на
фото на стр. 56, и я воспользуюсь этими обозначениями для указания, куда втыкать провода. Если у вас таких обозначений нет, мои все
равно вам помогут, подсказав, где ряд, а где колонка, а больше нам ничего и не надо.

Итак, для перенесения проекта «мигалки» на макетную плату, соедините проводом '''Gnd''' с '''J33''', а другим проводом – '''Digital 13''' c '''J32'''.
Это подводит ток к контактам '''I33''' и '''I32''', '''H33''' и '''H32''', '''G33''' и '''G32''', '''F33''' и '''F32'''. Моя плата имеет просвет между рядами '''F''' и '''E''', поэтому '''E32''' и '''E33''' не входят в схему. Теперь
вам осталось только поместить ваш светодиод на правильное место,
чтобы замкнуть цепь; по-вашему, это куда?

Если вы не страдаете схемобоязнью, можете просто тыкать в контакты, пока светодиод не загорится – «методом тыка» вы много чего
изучите, и это очень забавно, поверьте! В данном примере, светодиод
загорится в позиции '''F33''' (минус, короткая ножка) и '''F32''' (плюс, длинная
ножка); то же произойдет при помещении его в колонки '''G''', '''H''' или '''I'''.

Попробуем сделать что-нибудь еще: с другой стороны платы Arduino находятся аналоговые входные контакты '''Analog In''', а также
несколько помеченных как '''Power'''. Ток в них будет побольше – заметили на одном из них отметку '''5V''', а на втором '''9V'''? Это, между прочим,
вольты; при таком напряжении нужна осторожность – подав на светодиод слишком много, вы его спалите. Если вы приволокли мешок
светодиодов, беда невелика; но вдруг у вас их только три-четыре, и
они последние! К слову, вполне безопасно подсоединить их на пару
секунд, просто чтобы убедиться, что они работают. Пожалуйста, сделайте это сейчас: отключите Arduino от питания, затем соедините '''5V''' с
'''J33''', а '''Gnd''' рядом с '''5V''' – с '''J32'''. Потом на секунду включите плату: ваш
светодиод ярко засветится (а заодно и нагреется!). Убедившись, что он
работает, отключите USB-кабель, чтобы светодиод погас.

Перейдем к более сложной задаче: я хочу познакомить вас с резистором. Сия маленькая деталь задает падение напряжения, в зависимости от своего номинала сопротивления. Номинал изображен маленькими цветными полосками на корпусе резистора, но простым смертным
тут ловить нечего – лучше держать под рукой шпаргалку, разъясняющую, что какие полоски означают. Теперь соедините '''5V''' с '''J38''' – так,
чтобы светодиод не был подключен к питанию. Для замыкания цепи
соедините резистором '''I38''' и '''J33''', и вы снова увидите свечение светодиода – но чуть тусклее. Если цветные коды резисторов для вас китайская грамота, попробуйте поочередно вставлять разные резисторы и
рассортируйте их по яркости свечения светодиода!

===Чтение ввода===

В фирменном комплекте деталей имеется фотоэлемент – датчик, возвращающий различные значения в зависимости от падающего на него
света. Потребуется чуть больше проводов, дополнительный вызов
функции, а также условный оператор, но на самом деле не так все
сложно – и стоит затраченных усилий: ведь вы напишете код, благодаря которому Arduino сможет ориентироваться в своей среде! Моя
макетная плата снабжена двумя специальными дорожками, помещенными ради удобства подвода питания, но я ими пользоваться не буду,
потому что платы поменьше не всегда обладают подобной роскошью.

Сперва поместите ваш фотоэлемент на макетную плату. Я воткнул
его в '''F34''' и '''F37'''. Поместите мощный резистор в '''G34''' и соедините его с
'''I29''', затем соедините проводом '''J29''' и '''5V''' – это подаст питание на фотоэлемент. Необходимо также соединить проводом '''G37''' и контакт '''Gnd''' рядом с '''5V''', для замыкания электрической цепи. Чтобы считать данные
с фотоэлемента, соедините другим проводом '''H34''' с '''Analog 0''', и ваша
система готова для программирования!

«Набросок» для чтения данных с аналогового входа в Arduino очень
прост: вам необходимо указать, с какого контакта вы будете брать
данные фотоэлемента, а также сохранить эти данные. Тут пригодится
функция '''analogRead()''', возвращающая значение, которое вы можете
использовать для работы. В виде «наброска» это выглядит так:

int ledPin = 13;
int lgtPin = 0;
int lgtVal = 0;
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
lgtVal = analogRead(lgtPin);
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(lgtVal);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(lgtVal);
}

Как вы думаете, что этот «набросок» должен делать? Если вы не
уверены, попробуйте разобраться, загрузив его в вашу плату и прикрывая/открывая фотоэлемент!

===Дерзать дальше...===

Если вы раздобыли потенциометр, то заставить ваш фотоэлемент
работать будет особенно легко: ваш провод от '''Analog 0''' необходимо
соединить со средней ножкой потенциометра; провод от '''Ground''' – с
левой ножкой; а провод к питанию (через резистор) – с правой ножкой. Убедитесь, что потенциометр плотно вставлен в макетную плату – ножки у них обычно более толстые, так что придется на него поднажать!

Конечно, это только беглый обзор возможностей Arduino, и все
потому, что настоящая магия заключается в программах, которые вы
напишете. Мы показали вам, как собрать схему для чтения и записи
данных, и следующий вопрос такой: что вы будете с ней делать? '''LXF'''

← Предыдущая		Версия 09:31, 7 мая 2009
Строка 2:		Строка 2:

	== Программировать оборудование? Легко! ==		== Программировать оборудование? Легко! ==
		+
		+	{{Цикл/Arduino}}

	: Все бывалые линуксоиды умеют писать софт, но чтобы программировать «железо», нужна большая любовь к компьютеру. Мы покажем, с чего начать...		: Все бывалые линуксоиды умеют писать софт, но чтобы программировать «железо», нужна большая любовь к компьютеру. Мы покажем, с чего начать...

LXF100-101:Arduino - История изменений

Crazy Rebel в 09:31, 7 мая 2009

Crazy Rebel: викификация