Blink: ваш первый скетч

Blink — классический первый скетч. Два светодиода горят по очереди: красный модуль светодиода на пине D2 и маленький светодиод L на пине D13, встроенный прямо в плату Uno. Пока один горит, другой погашен, а каждые полсекунды они меняются. Вы узнаете, как устроен скетч, как Uno переключает свои пины и как подключить модуль и загрузить код. Это проект для начинающих, на него уйдёт около 15 минут.

#Что понадобится

Для симулятора больше ничего не нужно. На столе симулятора Uno получает питание от USB-порта ноутбука — так же, как настоящая плата Uno, подключённая к компьютеру. Для реальной сборки понадобится ещё компьютер с Arduino IDE — это бесплатная программа с сайта arduino.cc. Посмотрите также стартовый набор в Маркете.

#Как это работает

Каждый цифровой пин Uno работает как выключатель, которым управляет ваш скетч. Когда скетч переводит пин в HIGH, пин выдаёт 5 В. Когда скетч переводит пин в LOW, пин выдаёт 0 В — то же самое, что на GND.

Модуль светодиода — это маленькая плата с красным светодиодом и резистором 220 Ом. Когда на D2 HIGH, ток идёт от D2 через резистор и светодиод, выходит через пин «-» модуля и возвращается на GND платы Uno. Такой замкнутый путь и есть электрическая цепь. Без провода к GND пути нет, и светодиод не горит.

Резистор ограничивает ток. На красном светодиоде падает около 2 В, значит, на резисторе остаётся около 3 В. Если разделить 3 В на 220 Ом, получится примерно 14 мА. Это намного меньше 20 мА, которые пин Uno может безопасно отдавать.

Светодиод L уже стоит на плате Uno и подключён к D13, поэтому никакие провода ему не нужны.

Вот что делают два пина в течение одной секунды:

Так продолжается, пока у Uno есть питание.

#Сборка

#1. Соберите проект в симуляторе

Корпус этому проекту не нужен: Uno и модуль светодиода стоят рядом на столе, а Uno работает от USB ноутбука.

В реальной сборке: положите плату Uno на стол так, чтобы под ней не было ничего металлического. Металл может замкнуть между собой контакты на нижней стороне платы.

#2. Подключите модуль светодиода

Хватит двух проводов: от S к D2 и от «-» к GND. У Uno несколько пинов GND. Внутри платы они все соединены, поэтому подойдёт любой.

В реальной сборке: у большинства таких модулей штырьки, а у Uno — гнёзда. Поэтому нужны провода-перемычки «папа-мама»: со штырьком на одном конце и гнездом на другом. Подключайте провода до того, как вставите USB-кабель. Если переставлять провода на плате под питанием, можно устроить короткое замыкание.

#3. Проверьте скетч

Откройте «Код». Он работает как Arduino IDE. Вставьте скетч Blink с этой страницы (кнопка «Копировать» над кодом скопирует его) и нажмите «Проверить». Скетч скомпилируется: текст на C++ превратится в машинный код для ATmega328P — микросхемы на плате Uno. Симулятор использует те же инструменты компиляции, что и настоящая Arduino IDE. Если в коде есть ошибка, появится сообщение с номером строки, где она находится.

В реальной сборке: запустите Arduino IDE, создайте новый скетч и вставьте в него код с этой страницы. Кнопка «Копировать» над кодом скопирует его за вас. Выберите плату «Arduino Uno» и нажмите «Проверить».

#4. Загрузите и понаблюдайте

Нажмите «Загрузить». Скетч попадёт в Uno и сразу запустится. Теперь модуль светодиода и светодиод L загораются по очереди каждые полсекунды.

В реальной сборке: подключите Uno к компьютеру USB-кабелем. У Uno R3 квадратное гнездо USB-B — такое же, как у принтеров. В IDE выберите порт, на котором появилась плата, и нажмите «Загрузить». Пока скетч передаётся, маленькие светодиоды TX и RX на плате мерцают, а затем начинается мигание. Скетч остаётся в памяти Uno даже без питания. Когда Uno снова получит питание, скетч сам запустится заново.

#5. Измените скетч

Замените обе строки delay(500) на delay(100) и снова загрузите скетч. Теперь светодиоды меняются в пять раз быстрее. Затем переставьте провод S с D2 на D3 и измените LED_MODULE с 2 на 3. Провод и число в скетче всегда должны совпадать. Если они не совпадают, светодиод не горит.

#Код

#Имена для пинов

const byte LED_MODULE = 2;   // the module's S pin
const byte LED_BOARD = 13;   // the L LED soldered on the Uno

Эти две строки дают имена номерам пинов. const означает, что значение не меняется, пока работает скетч. byte — это целое число от 0 до 255, для номера пина этого достаточно. Остальная часть скетча использует имена. Поэтому, если вы переставите провод, нужно будет поменять одно число здесь — и больше ничего.

#setup(): выполняется один раз

setup() выполняется один раз, когда Uno запускается. Сначала все пины — входы, которые умеют только «слушать». pinMode(LED_MODULE, OUTPUT) превращает D2 в выход, который может выдавать 5 В или 0 В. Следующая строка делает то же самое для D13.

#loop(): выполняется бесконечно

После setup() Uno выполняет loop() снова и снова, пока есть питание. Вот первая половина этой функции:

  digitalWrite(LED_MODULE, HIGH);  // 5 V on D2: the module's LED lights
  digitalWrite(LED_BOARD, LOW);    // 0 V on D13: the L LED goes dark
  delay(500);                      // wait half a second

digitalWrite() переводит пин в HIGH (5 В) или в LOW (0 В). delay(500) заставляет Uno ждать 500 миллисекунд. Миллисекунда — это одна тысячная секунды. Вторая половина loop() делает наоборот: D2 в LOW, D13 в HIGH и ещё 500 мс ожидания. Затем loop() снова начинается с самого начала.

#Цена delay()

Пока delay() ждёт, Uno больше ничего не делает. Для Blink это нормально. Но робот должен одновременно ехать, измерять и принимать решения, и останавливаться, чтобы подождать, он не может. Как мигать без delay(), показано в уроке про millis() и состояния.

#Если что-то не работает

• В симуляторе ничего не мигает. Нажмите «Загрузить», а не только «Проверить». Кнопка «Проверить» только компилирует скетч. Кнопка «Загрузить» отправляет его на плату.
• При проверке появляется ошибка. Посмотрите на номер строки в сообщении. Частая причина — пропущенная ; или перепутанные заглавные и строчные буквы: digitalwrite — не то же самое, что digitalWrite. Чтобы начать заново, скопируйте исходный скетч кнопкой «Копировать».
• Светодиод L мигает, а модуль не горит. Проверьте, что S подключён к D2, а пин «-» — к GND. Если эти два провода перепутаны, ток не может пройти через светодиод в таком направлении, и он не загорается. Проверьте также, что LED_MODULE совпадает с пином, который вы использовали.
• Светодиод модуля светится очень слабо. Пин всё ещё работает как вход. Проверьте, что в setup() есть pinMode(LED_MODULE, OUTPUT).
• IDE не показывает порт Uno (в реальной сборке). Отключите кабель, подключите его снова и посмотрите, какой порт появился. Попробуйте другой USB-кабель: некоторые кабели передают только питание. В части копий Uno стоит USB-микросхема CH340, и некоторым компьютерам для неё нужен драйвер.
• Загрузка не проходит с сообщением «programmer is not responding» (в реальной сборке). Это значит «программатор не отвечает». Проверьте, что выбрана плата Arduino Uno и правильный порт. Отсоедините все провода от D0 и D1: через эти пины идут данные USB.

#Что дальше

Теперь вы умеете переключать пин из скетча. Точно так же робот управляет своими огнями и драйвером моторов.

• Познакомьтесь с платой поближе в уроке про Arduino Uno и её первую программу.
• Как мигать двумя светодиодами с разной скоростью и без delay(), вы узнаете в уроке про millis() и состояния.
• Приведите что-нибудь в движение: в проекте «Первый заезд» вы соберёте робот-машину, и она проедет по квадрату.