Среда программирования для Arduino (IDE Arduino) и язык программирования Processing.

«Робототехника». Уровень 4. Занятие 2.

Тема занятия: Среда программирования для Arduino (IDE Arduino) и язык программирования Processing.

Продолжительность занятия: 2 часа.

Среда разработки Arduino

Среда разработки Arduino состоит из встроенного текстового редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто используемых команд и нескольких меню. Для загрузки программ и связи среда разработки подключается к аппаратной части Arduino.

Скачать

Последнюю версию можно найти по этой ссылке
http://www.arduino.cc/en/Main/Software

Полезные ссылки:

·         Начало работы в Windows

·         Установка Arduino IDE на Ubuntu Linux

Программа, написанная в среде Arduino, называется скетч. Скетч пишется в текстовом редакторе, имеющем инструменты вырезки/вставки, поиска/замены текста. Во время сохранения и экспорта проекта в области сообщений появляются пояснения, также могут отображаться возникшие ошибки. Окно вывода текста(консоль) показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую информацию. Кнопки панели инструментов позволяют проверить и записать программу, создать, открыть и сохранить скетч, открыть мониторинг последовательной шины:

Verify/Compile
Проверка программного кода на ошибки, компиляция.

Stop
Остановка мониторинга последовательной шины(Serial monitor) или затемнение других кнопок.

New
Создание нового скетча.

Open
Открытие меню доступа ко всем скетчам в блокноте. Открывается нажатием в текущем окне.

Примечание: из-за наличия ошибки в Java данное меню не может прокручиваться; при необходимости открыть скетч из этого списка проследуйте в меню File | Sketchbook.

Save
Сохранение скетча.

Upload to I/O Board
Компилирует программный код и загружает его в устройство Arduino. Описание загрузки приведено ниже.

Serial Monitor
Открытие мониторинга последовательной шины (Serial monitor).

Дополнительные команды сгруппированы в пять меню: File, Edit, Sketch, Tools, Help. Доступность меню определяется работой, выполняемой в данный момент.

Edit

·         Copy for Discourse
Копирует в буфер обмена подходящий для размещения на форуме код скетча с выделением синтаксиса.

·         Copy as HTML
Копирует код скетча в буфер обмена как HTML код, для размещения на веб-страницах.

Sketch

·         Verify/Compile
Проверка скетча на ошибки.

·         Import Library
Добавляет библиотеку в текущий скетч, вставляя директиву #include в код скетча. Подробная информация в описании библиотек ниже (Libraries).

·         Show Sketch Folder
Открывает папку, содержащую файл скетча, на рабочем столе.

·         Add File...
Добавляет файл в скетч (файл будет скопирован из текущего места расположения). Новый файл появляется в новой закладке в окне скетча. Файл может быть удален из скетча при помощи меню закладок.

Tools

·         Auto Format
Данная опция оптимизирует код, например, выстраивает в одну линию по вертикали открывающую и закрывающую скобки и помещает между ними утверждение.

·         Board
Выбор используемой платформы. Список с описанием платформ приводится ниже.

·         Serial Port
Меню содержит список последовательных устройств передачи данных (реальных и виртуальных) на компьютере. Список обновляется автоматически каждый раз при открытии меню Tools.

·         Burn Bootloader

Пункты данного меню позволяют записать Загрузчик (Bootloader) в микроконтроллер на платформе Arduino. Данное действие не требуется в текущей работе с Arduino, но пригодится, если имеется новый ATmega (без загрузчика). Перед записью рекомендуется проверить правильность выбора платформы из меню. При использовании AVR ISP необходимо выбрать соответствующий программатору порт из меню Serial Port.

Блокнот (Sketchbook)

Средой Arduino используется принцип блокнота: стандартное место для хранения программ (скетчей). Скетчи из блокнота открываются через меню File > Sketchbook или кнопкой Open на панели инструментов. При первом запуске программы Arduino автоматически создается директория для блокнота. Расположение блокнота меняется через диалоговое окно Preferences.

Закладки, Файлы и Компиляция

Позволяют работать с несколькими файлами скетчей (каждый открывается в отдельной закладке). Файлы кода могут быть стандартными Arduino (без расширения), файлами С (расширение *.с), файлами С++ (*.срр) или головными файлами (.h).

Загрузка скетча в Arduino

Перед загрузкой скетча требуется задать необходимые параметры в меню Tools > Board и Tools > Serial Port. Платформы описываются далее по тексту. В ОС Mac последовательный порт может обозначаться как dev/tty.usbserial-1B1 (для платы USB) или /dev/tty.USA19QW1b1P1.1 (для платы последовательной шины, подключенной через адаптер Keyspan USB-to-Serial). В ОС Windows порты могут обозначаться как COM1 или COM2 (для платы последовательной шины) или COM4, COM5, COM7 и выше (для платы USB). Определение порта USB производится в поле Последовательной шины USB Диспетчера устройств Windows. В ОС Linux порты могут обозначаться как /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1.

После выбора порта и платформы необходимо нажать кнопку загрузки на панели инструментов или выбрать пункт меню File > Upload to I/O Board. Современные платформы Arduino перезагружаются автоматически перед загрузкой. На старых платформах необходимо нажать кнопку перезагрузки. На большинстве плат во время процесса будут мигать светодиоды RX и TX. Среда разработки Arduino выведет сообщение об окончании загрузки или об ошибках.

При загрузке скетча используется Загрузчик (Bootloader) Arduino, небольшая программа, загружаемая в микроконтроллер на плате. Она позволяет загружать программный код без использования дополнительных аппаратных средств. Загрузчик (Bootloader) активен в течении нескольких секунд при перезагрузке платформы и при загрузке любого из скетчей в микроконтроллер. Работа Загрузчика (Bootloader) распознается по миганию светодиода (13 пин) (напр.: при перезагрузке платы).

Библиотеки

Библиотеки добавляют дополнительную функциональность скетчам, например, при работе с аппаратной частью или при обработке данных. Для использования библиотеки необходимо выбрать меню Sketch > Import Library. Одна или несколько директив #include будут размещены в начале кода скетча с последующей компиляцией библиотек и вместе со скетчем. Загрузка библиотек требует дополнительного места в памяти Arduino. Неиспользуемые библиотеки можно удалить из скетча убрав директиву #include.

На Arduino.cc имеется список библиотек. Некоторые библиотеки включены в среду разработки Arduino. Другие могут быть загружены с различных ресурсов. Для установки скачанных библиотек необходимо создать директорию «libraries» в папке блокнота и затем распаковать архив. Например, для установки библиотеки DateTime ее файлы должны находится в подпапке /libraries/DateTime папки блокнота. 

Смотрите данную инструкцию для написания собственной библиотеки.  

Аппаратные средства других разработчиков

Поддерживаемые аппаратные средства других производителей добавляются в соответствующую подпапку папки блокнота. Устанавливаемые платформы могут включать собственные характеристики (в меню платформы), корневые библиотеки, загрузчик(Bootloader) и характеристики программатора. Для установки требуется распаковать архив в созданную папку.  (Запрещено использовать наименование папки "arduino", т.к. могут быть перезаписаны встроенные данные платформы Arduino.) Для деинсталляции данных удаляется соответствующая директория.

Подробная информация по созданию сборок описаний аппаратных средств других производителей находится на страницах сайта Google Code.

Мониторинг последовательной шины (Serial Monitor)

Отображает данные посылаемые в платформу Arduino (плата USB или плата последовательной шины). Для отправки данных необходимо ввести текст и нажать кнопку Send или Enter. Затем выбирается скорость передачи из выпадающего списка, соответствующая значению Serial.begin в скетче. На ОС Mac или Linux платформа Arduino будет перезагружена (скетч начнется сначала) при подключении мониторинга последовательной шины.

Имеется возможность обмена информацией с платформой через программы Processing, Flash, MaxMSP и т.д. (см. подробности на странице описаний интерфейсов).

Настройки

Некоторые настройки изменяются в окне Preferences (меню Arduino в ОС Mac или File в ОС Windows и Linux). Остальные настройки находятся в файле, месторасположение которого указано в окне Preferences.

Платформы

Выбор платформы влияет на: параметры (напр.: скорость ЦП и скорость передачи данных), используемые при компиляции и загрузке скетчей и на настройки записи загрузчика (Bootloader) микроконтреллера. Некоторые характеристики платформ различаются только по последнему параметру (загрузка Bootloader), таким образом, даже при удачной загрузке с соответствующим выбором может потребоваться проверка различия перед записью загрузчика (Bootloader).

·         Arduino Duemilanove или Nano с ATmega328
Тактовая частота ATmega328 16 МГц с возможностью автоматической перезагрузки. Используется для версий Arduino Pro или Pro Mini с ATmega328 на частоте 16 МГц (5 В).

·         Arduino Diecimila, Duemilanove, или Nano с ATmega168
Тактовая частота ATmega168 16 МГц с возможностью автоматической перезагрузки. Компиляция и загрузка соответствует Arduino NG или старым версиям с ATmega168, но загрузка Bootloader имеет короткий таймаут (при перезагрузке светодиод пина 13 мигает один раз). Используется для версий Arduino Pro и Pro Mini с ATmega168 на частоте 16 МГц (5 В). 

·         Arduino Mega
Тактовая частота ATmega1280 16 МГц с возможностью автоматической перезагрузки.

·         Arduino Mini
Соответствует Arduino NG или старым версиям с ATmega168 (напр.: тактовая частота ATmega168 16 МГц без возможности автоматической перезагрузки).

·         Arduino BT
Тактовая частота ATmega168 16 МГц. Загрузка Bootloader происходит совместно с кодами для инициализации модуля Bluetooth.

·         LilyPad Arduino с ATmega328
Тактовая частота ATmega328 8 МГц (3.3 В) с возможность автоматической перезагрузки. Соответствует Arduino Pro или Pro Mini (3.3 В, 8 МГц) с ATmega328.

·         LilyPad Arduino с ATmega168
Тактовая частота ATmega168 8 МГц.

Компиляция и загрузка соответствует Arduino Pro или Pro Mini (8 МГц) с ATmega168.

Загруженный Bootloader имеет длинный таймаут (при перезагрузке светодиод пина 13 мигает три раза), т.к. оригинальные версии LilyPad не поддерживают автоматическую перезагрузку. Также не поддерживаются внешние часы и, следовательно, Bootloader конфигурирует загрузку внутренних 8 МГц часов в ATmega168.

При наличии поздних версий LilyPad (с 6-контакным программным вводом) перед загрузкой Bootloader требуется выбрать Arduino Pro или Pro Mini (8 MHz) с ATmega168.

·         Arduino Pro или Pro Mini (3.3 В, 8 МГц) с ATmega328
Тактовая частота ATmega328 8 МГц (3.3 В) с возможность автоматической перезагрузки. Соответствует LilyPad Arduino с ATmega328.

·         Arduino Pro или Pro Mini (3.3 В, 8 МГц) с ATmega168
Тактовая частота ATmega168 8 МГц (3.3 В) с возможность автоматической перезагрузки.

·         Arduino NG или предыдущие версии с ATmega168
Тактовая частота ATmega168 16 МГц без возможности автоматической перезагрузки. Компиляция и загрузка соответствует Arduino Diecimila или Duemilanove с ATmega168, но загрузка Bootloader имеет длинный таймаут (при перезагрузке светодиод пина 13 мигает три раза).

·         Arduino NG или предыдущие версии с ATmega8
Тактовая частота ATmega8 16 МГц без возможности автоматической перезагрузки.

Краткое описание документа:

После выбора порта и платформы необходимо нажать кнопку загрузки на панели инструментов или выбрать пункт меню File > Upload to I/O Board. Современные платформы Arduino перезагружаются автоматически перед загрузкой. На старых платформах необходимо нажать кнопку перезагрузки. На большинстве плат во время процесса будут мигать светодиоды RX и TX. Среда разработки Arduino выведет сообщение об окончании загрузки или об ошибках.

При загрузке скетча используется Загрузчик (Bootloader) Arduino, небольшая программа, загружаемая в микроконтроллер на плате. Она позволяет загружать программный код без использования дополнительных аппаратных средств. Загрузчик (Bootloader) активен в течении нескольких секунд при перезагрузке платформы и при загрузке любого из скетчей в микроконтроллер. Работа Загрузчика (Bootloader) распознается по миганию светодиода (13 пин) (напр.: при перезагрузке платы).