Arduino ide: программная среда для разработки под ардуино

Предварительные причесывания

Начал я с простого — заставил хотя бы собираться библиотеки. Обе библиотеки используют ардуиновские функции, поэтому пришлось внести некоторые изменения. Для начала добавим файл в проект (он будет портом библиотеки OneWire для проекта) и приинклюдим его в файл , а затем начнем причесывание. А именно:

• OneWire построена таким образом, что ей при создании экземпляра объекта скармливается номер ноги, на которой у тебя будет линия 1-Wire. Это тащит за собой кусочек мрака из недр библиотек Ардуино, поэтому я пошел простым путем и зашил хардкодом в конструктор класса OneWire нужные мне ноги. Да, теряем универсальность, но я пока не вижу применения с двумя шинами 1-Wire (хотя… ну да не сейчас). Исходя из схемы платы, я выбрал ногу PA6, которая выходит на колодку DIGITAL пин 28.

• OneWire использует задержки в микросекундах для реализации протокола 1-Wire, подсунем библиотечную функцию _delay_us() в файл

• OneWire любит отключать прерывания во время выполнения очень маленьких задержек (несколько микросекунд), и я ее понимаю. Но сразу же оглянемся и подумаем о том, что у нас все-таки будет ось. А значит, включение прерываний разумнее проредить немного, чтобы случайно не потерять контекст выполнения на неопределенное время. Библиотека использует ардуиновские функции работы с прерываниями, подсунем ей стандартные через файл :

• В драйвере термодатчика используется задержка, измеряемая в миллисекундах. Тут разумнее использовать вызов функции ОС, особенно учитывая размер этих задержек. Для замены sleep на вызов функции ОС пришлось немного погородить макросов в , комментарии в коде.

Создание своей библиотеки для Ардуино

В среде Arduino IDE есть масса стандартных библиотек с примерами, еще множество библиотек написано для различных датчиков и модулей, которые можно скачать в интернете. Если вы занимаетесь разработкой проекта на Arduino, то хочется сделать скетч максимально удобным. Для этого множество операций можно вынести в библиотеку, написанную самостоятельно. Рассмотрим, как это сделать.

// таким способом подключаются библиотеки в скетче
#include <SoftwareSerial.h>
#include <DHT.h>

// команды, которые можно использовать при подключении библиотек
SoftwareSerial mySerial(2, 3);
DHT dht(7, DHT11);

Для работы нам потребуется лишь текстовый редактор — «Блокнот». Первым делом необходимо в директории «C:\Program Files\Arduino\libraries» создать папку для файлов библиотеки, именно сюда устанавливаются библиотеки для Arduino. Название папки, как и имена создаваемых файлов можно придумать свое. Для примера мы будем использовать название «BlinkLed», которое отражает назначение библиотеки.

Создание своей собственной библиотеки для Arduino UNO

Поставим себе цель научиться с помощью одной команды включать и выключать светодиод на Ардуино заданное количество раз. Если бы мы решили написать скетч для мигания светодиода, то нам необходимо было бы использовать следующий код:

   digitalWrite(13, HIGH);
   delay(1000);
   digitalWrite(13, LOW);
   delay(1000);

Если требуется мигать светодиодом определенное количество раз, то следует уже использовать цикл for, где можно установить счетчик для повторения операций. Именно этот код мы будем использовать для библиотеки, но вместо заданного количества повторений цикла, номера порта светодиода и времени задержки между операциями зададим переменные, которые можно будет указывать в скетче.

for (int x=0; x<=5; x++) {
     digitalWrite(13, HIGH);
     delay(1000);
     digitalWrite(13, LOW);
     delay(1000); 
}

Элементы платы

Дисплей

Дисплей MT-16S2H-I умеет отображать все строчные и прописные буквы латиницы и кириллицы, а также типографские символы. Для любителей экзотики есть возможность создавать собственные иконки.

Экран выполнен на жидкокристаллической матрице, которая отображает 2 строки по 16 символов. Каждый символ состоит из отдельного знакоместа 5×8 пикселей.

Контроллер дисплея

Матрица индикатора подключена к встроенному чипу КБ1013ВГ6 с драйвером расширителя портов, которые выполняют роль посредника между экраном и микроконтроллером.

Контроллер КБ1013ВГ6 аналогичен популярным чипам зарубежных производителей HD44780 и KS0066, что означает совместимость со всеми программными библиотеками.

I²C-расширитель

Для экономии пинов микроконтроллера на плате дисплея также распаян дополнительный преобразователь интерфейсов INF8574A: микросхема позволит общаться экрану и управляющей плате по двум проводам через интерфейс I²C.

Контакты подключения

На плате дисплея выведено 18 контактов для подведения питания и взаимодействия с управляющей электроникой.

Обратите внимания, что физические контакты подсветки экрана и , также интерфейс шины I²C и расположены не в порядком соотношении с другими пинами экрана.

Питание

Экран совместим со всеми контроллерами с логическим напряжением от 3,3 до 5 вольт. Но для питания самого индикатора (пин VCC) необходимо строго 5 вольт

Если в вашем проекте нет линии 5 вольт, обратите внимание на дисплей текстовый экран 16×2 / I²C / 3,3 В.

Интерфейс передачи данных

Дисплей может работать в трёх режимах:

• 8-битный режим — в нём используются и младшие и старшие биты (-)
• 4-битный режим — в нём используются только младшие биты (-)
• I²C режим — данные передаются по протоколу I²C/TWI. Адрес дисплея .

Использовать восьмибитный и четырёхбитный режим в данном дисплее не целесообразно. Ведь главное достоинство этой модели именно возможность подключения через I²C.
Если всё-таки есть необходимость использовать 4-битный или 8-битный режим, читайте документацию на текстовый экран 16×2.

Объединение питания

Для подключения питания к дисплею необходимо пять контактов:

Но если запаять перемычки и на обратной стороне дисплея, количество контактов питания можно сократить до трёх, объединив цепь питания и подсветки дисплея.

Мы взяли этот шаг на себя и спаяли перемычки самостоятельно.

Выбор адреса

Используя шину можно подключить несколько дисплеев одновременно, при этом количество занятых пинов останется прежним.

Для общения с каждым дисплеем отдельно, необходимо установить в них разные адреса. Для смены адреса на обратной стороне дисплея установлены контактные площадки , и .

Капнув припоем на контактные площадки, мы получим один из семи дополнительных адресов:

• нет припоя, соответственно нет электрического контакта.
• есть припой, соответственно есть электрический контакт.

5Управление устройством по шине IIC

Рассмотрим диаграммы информационного обмена с цифровым потенциометром AD5171, представленные в техническом описании:

Рассмотрим диаграммы чтения и записи цифрового потенциометра AD5171

Нас тут интересует диаграмма записи данных в регистр RDAC. Этот регистр используется для управления сопротивлением потенциометра.

Откроем из примеров библиотеки «Wire» скетч: Файл Образцы Wire digital_potentiometer. Загрузим его в память Arduino.

#include <Wire.h> // подключаем библиотеку "Wire"
byte val = 0; // значение для передачи потенциометру

void setup() {
  Wire.begin();   // подключаемся к шине I2C как мастер
}

void loop() {
  Wire.beginTransmission(44); // начинаем обмен с устройством с I2C адресом "44" (0x2C)
  Wire.write(byte(0x00)); // посылаем инструкцию записи в регистр RDAC
  Wire.write(val); // задаём положение 64-позиционного потенциометра
  Wire.endTransmission(); // завершаем I2C передачу

  val++; // инкрементируем val на 1
  if (val == 63) { // по достижении максимума потенциометра
    val = 0; // сбрасываем val 
  }
  delay(500);
}

После включения вы видите, как яркость светодиода циклически нарастает, а потом гаснет. При этом мы управляем потенциометром с помощью Arduino по шине I2C.

По ссылкам внизу статьи, в разделе похожих материалов (по тегу), можно найти дополнительные примеры взаимодействия с различными устройствами по интерфейсу IIC, в том числе примеры чтения и записи.

1Описание интерфейса I2C

Последовательный протокол обмена данными IIC (также называемый I2C – Inter-Integrated Circuits, межмикросхемное соединение) использует для передачи данных две двунаправленные линии связи, которые называются шина последовательных данных SDA (Serial Data) и шина тактирования SCL (Serial Clock). Также имеются две линии для питания. Шины SDA и SCL подтягиваются к шине питания через резисторы.

В сети есть хотя бы одно ведущее устройство (Master), которое инициализирует передачу данных и генерирует сигналы синхронизации. В сети также есть ведомые устройства (Slave), которые передают данные по запросу ведущего. У каждого ведомого устройства есть уникальный адрес, по которому ведущий и обращается к нему. Адрес устройства указывается в паспорте (datasheet). К одной шине I2C может быть подключено до 127 устройств, в том числе несколько ведущих. К шине можно подключать устройства в процессе работы, т.е. она поддерживает «горячее подключение».

Описание интерфейса I2C

Давайте рассмотрим временную диаграмму обмена по протоколу I2C. Есть несколько различающихся вариантов, рассмотрим один из распространённых. Воспользуемся логическим анализатором, подключённым к шинам SCL и SDA.

Мастер инициирует обмен. Для этого он начинает генерировать тактовые импульсы и посылает их по линии SCL пачкой из 9-ти штук. Одновременно на линии данных SDA он выставляет адрес устройства, с которым необходимо установить связь, которые тактируются первыми 7-ми тактовыми импульсами (отсюда ограничение на диапазон адресов: 27 = 128 минус нулевой адрес). Следующий бит посылки – это код операции (чтение или запись) и ещё один бит – бит подтверждения (ACK), что ведомое устройство приняло запрос. Если бит подтверждения не пришёл, на этом обмен заканчивается. Или мастер продолжает посылать повторные запросы.

Это проиллюстрировано на рисунке ниже. Задача такая: подключиться к ведомому устройству с адресом 0x27 и передать ему строку «SOLTAU.RU». В первом случае, для примера, отключим ведомое устройство от шины. Видно, что мастер пытается установить связь с устройством с адресом 0x27, но не получает подтверждения (NAK). Обмен заканчивается.

Попытка мастера установить соединение с ведомым по I2C

Теперь подключим к шине I2C ведомое устройство и повторим операцию. Ситуация изменилась. На первый пакет с адресом пришло подтверждение (ACK) от ведомого. Обмен продолжился. Информация передаётся также 9-битовыми посылками, но теперь 8 битов занимают данные и 1 бит – бит подтверждения получения ведомым каждого байта данных. Если в какой-то момент связь оборвётся и бит подтверждения не придёт, мастер прекратит передачу.

Временная диаграмма обмена по протоколу I2C

Как написать библиотеку для Arduino IDE

Библиотека Arduino IDE должна иметь минимум два файла: заголовочный файл (с расширением .h) и файл с исходным кодом (с расширение .cpp). В первом файле содержится описание класса и переменные, второй файл содержит программный код методов. Файл keywords.txt не обязателен, но он позволяет выделять цветом в среде Arduino IDE новые типы и методы из созданной вами библиотеки.

1. Зайдите в папку C:\Program Files\Arduino\libraries;
2. Создайте новую папку c названием BlinkLed;
3. Создайте текстовый документ keywords.txt;
4. Создайте текстовый документ BlinkLed с расширением .h;
5. Создайте текстовый документ BlinkLed с расширением .cpp.

Код для файла BlinkLed.h:

Заголовочный файл содержит класс, где объявляются функции, которые будут использоваться в скетче (в нашем случае это blink) и используемые переменные.

/*
здесь размещают информацию о разработчике и инструкцию для пользователя
*/

//  включение стандартных функций Ардуино
#include "Arduino.h"
void blink (int pin, int pause, int repeat);

Код для файла BlinkLed.cpp:

Исходный файл содержит основной код библиотеки. В нашем примере в программе используются три переменные, которые следует указывать в скетче: pin — номер порта, pause задержка в миллисекундах, repeat — количество раз выполнения цикла for.

/*
здесь размещают информацию о разработчике и инструкцию для пользователя
*/

//  включение стандартных функций Ардуино и заголовочного файла
#include "Arduino.h"
#include "BlinkLed.h"

void blink (int pin, int pause, int repeat) {

   pinMode(pin, OUTPUT);

   for (int x=0; x<=repeat; x++) {
        digitalWrite(pin, HIGH);
        delay(pause);
        digitalWrite(pin, LOW);
        delay(pause); 
   }
}

Код для файла keywords.txt:

В файле указывается подсветка синтаксиса в Arduino IDE. Функция KEYWORD1 окрашивает слово в оранжевый цвет, LITERAL1 окрашивает слово в синий цвет.

	BlinkLed		KEYWORD1
	blink		KEYWORD1

«Hello World!»

The LiquidCrystal library allows you to control LCD displays that are compatible with the Hitachi HD44780 driver. There are many of them out there, and you can usually tell them by the 16-pin interface.

This example sketch prints «Hello World!» to the LCD and shows the time in seconds since the Arduino was reset.

output of the sketch on a 16×2 LCD

The LCDs have a parallel interface, meaning that the microcontroller has to manipulate several interface pins at once to control the display. The interface consists of the following pins:

A register select (RS) pin that controls where in the LCD’s memory you’re writing data to. You can select either the data register, which holds what goes on the screen, or an instruction register, which is where the LCD’s controller looks for instructions on what to do next.

A Read/Write (R/W) pin that selects reading mode or writing mode

An Enable pin that enables writing to the registers

8 data pins (D0 -D7). The states of these pins (high or low) are the bits that you’re writing to a register when you write, or the values you’re reading when you read.

There’s also a display constrast pin (Vo), power supply pins (+5V and Gnd) and LED Backlight (Bklt+ and BKlt-) pins that you can use to power the LCD, control the display contrast, and turn on and off the LED backlight, respectively.

The process of controlling the display involves putting the data that form the image of what you want to display into the data registers, then putting instructions in the instruction register. The LiquidCrystal Library simplifies this for you so you don’t need to know the low-level instructions.

The Hitachi-compatible LCDs can be controlled in two modes: 4-bit or 8-bit. The 4-bit mode requires seven I/O pins from the Arduino, while the 8-bit mode requires 11 pins. For displaying text on the screen, you can do most everything in 4-bit mode, so example shows how to control a 16×2 LCD in 4-bit mode.

Hardware Required

• Arduino or Genuino Board
• LCD Screen (compatible with Hitachi HD44780 driver)
• pin headers to solder to the LCD display pins
• 10k ohm potentiometer
• 220 ohm resistor
• hook-up wires
• breadboard

Circuit

Before wiring the LCD screen to your Arduino or Genuino board we suggest to solder a pin header strip to the 14 (or 16) pin count connector of the LCD screen, as you can see in the image above.To wire your LCD screen to your board, connect the following pins:

• LCD RS pin to digital pin 12
• LCD Enable pin to digital pin 11
• LCD D4 pin to digital pin 5
• LCD D5 pin to digital pin 4
• LCD D6 pin to digital pin 3
• LCD D7 pin to digital pin 2

Additionally, wire a 10k pot to +5V and GND, with it’s wiper (output) to LCD screens VO pin (pin3). A 220 ohm resistor is used to power the backlight of the display, usually on pin 15 and 16 of the LCD connector

See Also

Liquid Crystal Library — Your reference for the Liquid Crystal library.

• lcd.begin()
• lcd.print()
• lcd.setCursor()

• Blink — Control of the block-style cursor.
• Cursor — Control of the underscore-style cursor.
• Display — Quickly blank the display without losing what’s on it.
• TextDirection — Control which way text flows from the cursor.
• Scroll — Scroll text left and right.
• Serial display — Accepts serial input, displays it.
• SetCursor — Set the cursor position.
• Autoscroll — Shift text right and left.

Last revision 2019/04/05 by SM

3Библиотека «Wire» для работы с IIC

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека Wire. Она имеет следующие функции:

Испытания огнем

Конечно же, огонь применять никто не собирается, пожаров нам только не хватает. Но полевые испытания провести стоит. Так как датчик достаточно инертный, то я решил извлечь хоть какую-то пользу от выделяемого компьютером тепла и засунул термодатчик под поток воздуха от процессорного кулера. Ура, температура поползла вверх!

Как только значения температуры перешагнули пороговое значение, тут же в терминал пришло ругательное сообщение. Следующим шагом была проверка на возврат в нормальное состояние.

Проверка срабатывания аварии

Заключение

Вот мы и сделали еще один сложный шаг к защите содержимого твоего холодильника не только от врагов, но и от разморозки. Теперь в твоем арсенале есть термодатчик, а так как используется линия 1-Wire, то ты уже самостоятельно можешь навесить и два, и три, и более термодатчиков. Надеюсь, что материал этой статьи раскрыл для тебя новые и интересные возможности, казалось бы, игрушечного Arduino и подогрел интерес к программированию встраиваемых систем. Помни, что только написание кода даст тебе знание и умение. Тренируйся, больше практики, старайся воплощать самые свои сумасшедшие идеи, и знание придет. Пиши, пиши, пиши! Железный привет, RESET :).