Урок 4. Основы программирования Ардуино на языке C.

CC

Этот урок дает минимальные знания, необходимые  для программирования  систем Ардуино  на языке C. Можно только просмотреть его и в дальнейшем использовать как справочную информацию. Тем, кто программировал на C в других системах можно пропустить статью.

Предыдущий урок     Список уроков     Следующий урок

Повторю, что это минимальная информация. Описание указателей, классов, строковых переменных и т.п. будет дано в последующих уроках. Если что-то окажется непонятным, не беспокойтесь. В дальнейших уроках будет много примеров и пояснений.

 

Структура программы Ардуино.

Структура программы Ардуино  достаточно проста и в минимальном варианте состоит из двух частей setup() и loop().

void setup()  {

//  код выполняется один раз при запуске программы

}

void loop()  {

// основной код, выполняется в цикле

}

Функция setup() выполняется один раз, при включении питания или сбросе контроллера. Обычно в ней происходят начальные установки переменных, регистров. Функция должна присутствовать в программе, даже если в ней ничего нет.

После завершения setup() управление переходит к функции loop().  Она в бесконечном цикле выполняет команды, записанные в ее теле (между фигурными скобками). Собственно эти команды и совершают все алгоритмические действия контроллера.

Первоначальные правила синтаксиса языка C.

;  точка с запятой  Выражения могут содержать сколь угодно много пробелов, переносов строк. Признаком завершения выражения является символ ”точка с запятой ”.

z = x + y;
z=      x      
+ y     ;

{   }  фигурные скобки определяют блок функции или выражений. Например, в функциях setup() и loop().

/* … */ блок комментария, обязательно закрыть.

/* это блок      комментария  */

// однострочный комментарий, закрывать не надо, действует до конца строки.

// это одна строка комментария

Переменные и типы данных.

Переменная это ячейка оперативной памяти, в которой хранится информация. Программа использует переменные для хранения промежуточных  данных вычислений. Для вычислений могут быть использованы данные разных форматов, разной разрядности, поэтому у переменных в языке C есть следующие типы.

Тип данных Разрядность, бит Диапазон чисел
boolean 8 true, false
char 8 -128 … 127
unsigned char 8 0 … 255
byte 8 0 … 255
int 16 -32768 … 32767
unsigned int 16 0 … 65535
word 16 0 … 65535
long 32 -2147483648 … 2147483647
unsigned long 32 0 … 4294967295
short 16 -32768 … 32767
float 32 -3.4028235+38 … 3.4028235+38
double 32 -3.4028235+38 … 3.4028235+38

Типы данных выбираются исходя из требуемой точности вычислений, форматов данных и т.п. Не стоит, например, для счетчика, считающего до 100, выбирать тип long. Работать будет, но операция займет больше памяти данных и программ, потребует больше времени.

 

Объявление переменных.

Указывается тип данных, а затем имя переменной.

int x;                      // объявление переменной с именем x типа int
float widthBox;   // объявление переменной с именем widthBox типа float

Все переменные должны быть объявлены до того как будут использоваться.

Переменная может быть объявлена в любой части программы, но от этого зависит, какие блоки программы могут ее использовать. Т.е. у переменных есть области видимости.

  • Переменные, объявленные в начале программы, до функции void setup(), считаются глобальными и доступны в любом месте программы.
  • Локальные переменные объявляются внутри функций или таких блоков, как цикл for, и могут использоваться только в объявленных блоках. Возможны несколько переменных с одним именем, но разными областями видимости.

int mode;           // переменная доступна всем функциям

void setup()  {
//  пустой блок, начальные установки не требуются

}

void loop()  {

long  count;                     // переменная count доступна только в функции loop()

for ( int i=0; i < 10;)      // переменная i доступна только внутри цикла   
  {
     i++;
    }
}

При объявлении переменной можно задать ее начальное значение (проинициализировать).

int x = 0;              // объявляется переменная x с начальным значением 0
char d = ‘a’;        // объявляется переменная d с начальным значением равным коду символа ”a”

При арифметических операциях с разными типами данных происходит автоматическое преобразование типов данных. Но лучше всегда использовать явное преобразование.

int x;                     // переменная int
char y;                  // переменная char
int z;                     // переменная int

z = x + (int) y;     // переменная y явно преобразована в int

Арифметические операции.

= присваиваниее
+ сложение
- вычитание
* произведение
/ деление
% остаток от деления

Операции отношения.

== равно
!= не равно
< меньше
> больше
<= меньше или равно
>= больше или равно

Логические операции.

&& логическое И
|| логическое ИЛИ
! логическое НЕ

Операции над указателями.

* косвенная адресация
& получение адреса переменной

Битовые операции.

& И
| ИЛИ
^ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
~ ИНВЕРСИЯ
<< СДВИГ ВЛЕВО
>> СДВИГ ВПРАВО

Операции смешанного присваивания.

++ + 1 к переменной
-- - 1 к переменной
+= сложение
-= вычитание
*= умножение
/= деление
%= остаток от деления
&= битовое И
|= битовое ИЛИ

 

Выбор вариантов, управление программой.

Оператор IF проверяет условие в скобках и выполняет последующее выражение или блок в фигурных скобках, если условие истинно.

if (x == 5)             // если x=5, то выполняется z=0  
z=0;

if (x > 5)               // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
{    z=0;    y=8; }

IF … ELSE позволяет сделать выбор между двух вариантов.

if (x > 5)               // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
 {
   z=0;
   y=8;
  }
 else                       // в противном случае выполняется этот блок
 {
   z=0;
   y=0;
  }

ELSE IF – позволяет сделать множественный выбор

if (x > 5)               // если x > 5, то выполняется блок z=0, y=8;
  {
    z=0;
    y=8;
   }

else if (x > 20)   // если x > 20, выполняется этот блок
  {
   }

else                       // в противном случае выполняется этот блок
  {
   z=0;
   y=0;
   }

SWITCH CASE - множественный выбор. Позволяет сравнить переменную (в примере это x) с несколькими константами (в примере 5 и 10) и выполнить блок, в котором переменная равна константе.

switch (x)  {

case 5 :     
     // код выполняется если  x = 5
      break;

case 10 :
     // код выполняется если  x = 10
     break;

default :
     // код выполняется если  не совпало ни одно предыдущее значение
     break;
}

Цикл FOR. Конструкция позволяет организовывать циклы с заданным количеством итераций. Синтаксис выглядит так:

for ( действие до начала цикла;
         условие продолжения цикла;
        действие в конце каждой итерации )  {

// код тела цикла

}

Пример цикла из 100 итераций.

for ( i=0; i < 100; i++ )     // начальное значение 0, конечное 99, шаг 1

{
     sum = sum + I;
}

Цикл WHILE. Оператор позволяет организовывать циклы с конструкцией:

while ( выражение )
{
// код тела цикла
}

Цикл выполняется до тех пор, пока выражение в скобках истинно. Пример цикла на 10 итераций.

x = 0;
while ( x < 10 )
 {
  // код тела цикла
   x++;
  }

DO WHILE – цикл с условием на выходе.

do
{
  // код тела цикла
}   while ( выражение );

Цикл выполняется пока выражение истинно.
BREAK – оператор выхода из цикла. Используется для того, чтобы прервать выполнение циклов  for, while, do while.

x = 0;
while ( x < 10 )
{
  if ( z > 20 ) break;             // если z > 20, то выйти из цикла
// код тела цикла
  x++;
  }

GOTO – оператор безусловного перехода.

goto  metka1;                   // переход на metka1
………………
metka1:

CONTINUE -  пропуск операторов до конца тела цикла.

x = 0;
while ( x < 10 )
{
// код тела цикла
if ( z > 20 ) continue;      // если z > 20, то вернуться на начало тела цикла
// код тела цикла
x++;
 }

Массивы.

Массив это область памяти, где последовательно хранятся несколько переменных.

Объявляется массив так.

int ages[10];                      // массив из 10 переменных типа int

float weight[100];          // массив из 100 переменных типа float

При объявлении массивы можно инициализировать:

int ages[10] = { 23, 54, 34, 24, 45, 56, 23, 23, 27, 28};

Обращаются к переменным массивов так:

x = ages[5];        // x присваивается значение из 5 элемента массива.
ages[9] = 32;      // 9 элементу массива задается значение 32

Нумерация элементов массивов всегда с нуля.

Функции.

Функции позволяют выполнять одни и те же действия с разными данными. У функции есть:

  • имя, по которому ее вызывают;
  • аргументы – данные, которые функция использует для вычисления;
  • тип данных, возвращаемый функцией.

Описывается пользовательская функция вне функций setup() и loop().

void setup()  {
//  код выполняется один раз при запуске программы
}

void loop()  {
 // основной код, выполняется в цикле
}

// объявление пользовательской функции с именем functionName
type  functionName( type argument1, type argument1, … , type argument)
   {
    // тело функции
     return();
   }

Пример функции, вычисляющей сумму квадратов двух аргументов.

int sumQwadr (int  x, int y)
{
  return( x* x + y*y);
}

Вызов функции происходит так:

d= 2; b= 3;
z= sumQwadr(d, b);                    // в z будет сумма квадратов переменных d и b

Функции бывают встроенные, пользовательские, подключаемые.

Очень коротко, но этих данных должно хватить для того, чтобы начать писать программы на C для систем Ардуино.

Последнее, что я хочу рассказать в этом уроке, как принято оформлять программы на C. Думаю, если вы читаете этот урок в первый раз, стоит пропустить этот раздел и вернутся к нему позже, когда будет что оформлять.

 

Рекомендации по оформлению программ на языке C.

Главная цель внешнего оформления программ это улучшить читаемость программ, уменьшить число формальных ошибок. Поэтому для достижения этой цели можно смело нарушать все рекомендации.

Имена в языке C.

Имена, представляющие типы данных, должны быть написаны в смешанном регистре. Первая буква имени должна быть заглавная (верхний регистр).

Signal, TimeCount

Переменные должны быть записаны именами в смешанном регистре, первая буква срочная (нижний регистр).

signal, timeCount

Константы должны быть записаны в верхнем регистре. В качестве разделителя нижнее подчеркивание.

MAX_TEMP, RED

Методы и функции должны быть названы глаголами, записанными в смешанном регистре, первая буква в нижнем регистре.

getTime, setTime

Об остальных формальностях в следующих уроках, по мере необходимости.

 

В следующем уроке напишем первую программу, научимся считывать данные с цифровых портов и управлять их состоянием.

Предыдущий урок     Список уроков     Следующий урок

23 комментария на «Урок 4. Основы программирования Ардуино на языке C.»

  1. На странице

    http://mypractic.ru/urok-4-osnovy-programmirovaniya-arduino-na-yazyke-c.html

    в тексте

    «…первая буква прописная (нижний регистр).»

    описка — д.б. «строчная» вместо «прописная»: «прописная» есть синоним «заглавная».

    А вообще, изложение великолепно! Со времён талмудов Ритчи (D.Ritchie) и Bjarne Stroustrup (TAMU) пришло, наконец, понимание методологии изложения. Спасибо!

  2. Содержание функции sumQwadr неправильное. Надо так:

    int sumQwadr(int x, int y)
    {
    return x*x + y*y;
    }

    • Действительно, ошибка новичка, да еще и не исправлена до сих пор.

      В теле функции sumQwadr объявляются переменные которые перекрывают входные параметры функции, да еще они не инициализированы. Результат работы донной функции будет непредсказуем, да и скорее всего компилятор выдаст ошибку.

  3. Функция setup() выполняется один раз, при включении питания или сбросе контроллера. Обычно в ней происходят начальные установки переменных, регистров.

    А в уроке 6:
    boolean flagPress= false;
    boolean flagClick= false;
    byte buttonCount= 0;

    void setup() {…}

    Т.е. можно инициализировать до Setup?

    • Это инициализация переменных при объявлении. При создании переменных компилятор задает им указанные значения.

  4. После создания цикла for , к примеру (i=0, i<10, i++), в теле цикла мне нужно что бы некое действие, к примеру digitalWrite(13, HIGH); , выполнялось при 4 < i < 8. в теле "FORа" использую оператор if ( 4 < i 8.
    вариант if (i>4, i<8) тоже не работает.
    "if — else if — else" тоже не помогло. Подскажите, как поместить переменную i в нужный мен интервал?

    • Несколько условий в операторе if выглядят так:
      if ( i > 4 && i < 8). Выполняется если одновременно верны два условия i > 4 и i < 8.

  5. void setup() {

    // код выполняется один раз при запуске программы

    }
    Можно ли из loop вызывать setup?

    • Не знаю. А зачем. Лучше так не делать. Если надо перезагрузить систему лучше использовать метод из урока 16. Или какой-нибудь другой подобный.

  6. «Обращаются к переменным массивов так:

    x = ages[5]; // x присваивается значение из 5 элемента массива.
    ages[9] = 32; // 9 элементу массива задается значение 32

    Нумерация элементов массивов всегда с нуля.»

    Мне кажется вы не правы здесь.
    ages[5] это ШЕСТОЙ элемент массива ages, т.к. «Нумерация элементов массивов всегда с нуля».

    • Здравствуйте! Хорошо, 6й элемент, если считать с первого, или 5й элемент, если считать с нулевого.

  7. Эдуард здравствуйте! Честно говоря — очень удивлён Вашими уроками. Ни где более я не встречал более доходчивых и информативных уроков — спасибо Вам огромное! У меня вопрос — вот функция void Setup () выполняется только один раз при запуске микроконтроллера. После того, как функция отработала — что происходит с переменными, объявленными внутри этой функции и которые более не нужны? Освобождается ли занимаемаемая ими память? Или для этого надо предпринимать какие либо меры самостоятельно?

    • Здравствуйте!
      Спасибо за добрые слова. Переменные в setup подчиняются обычному правилу области видимости переменных. Если они объявлены в этой функции, то это локальные переменные. При выходе из функции переменные будут уничтожены, память освобождена.

  8. Немного уточнить.Пусть:
    int i1;
    int i2=10;
    setup()
    {
    int i3=20;
    }
    На ассемблере будет выглядеть так?:
    сначала в ячейку(i1) засылаем значение по умолчанию, потом в ячейку (i2) засылаем 10 и только в последнюю очередь засылаем в ячейку (i3) 20 ?

  9. Добрый день, ребят.
    есть такой вопрос:
    pinMode (A0, INPUT);
    pinMode (A1, INPUT);
    pinMode (A2, INPUT);
    pinMode (A3, INPUT);
    pinMode (A4, INPUT);
    pinMode (A5, INPUT);
    pinMode (A6, INPUT);
    pinMode (A7, INPUT);
    можно ли эту инициализацию записать типа циклом в 1-2 строчки?
    я попытался так: for (int i=0; i<=7; i++) {pinMode (A(i),INPUT);}
    но не получилось… сильно не ругайте, пожалуйста…

    • Здравствуйте!
      Функция pinMode() в качестве первого аргумента требует целочисленную переменную. А вы указываете неизвестную компилятору функцию A().
      Аналоговым входам A0… соответствуют номера выводов, начиная с 14го. Т.е. можно сделать так:
      for (int i=14; i<=19; i++) {pinMode (i,INPUT);}

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *