Программирование

В данном уроке кратко рассмотрены основные инструменты C/C++ с запускаемыми примерами для Arduino. Каждая глава имеет подробную версию в разделе уроков C/C++ со всей теорией.

Переменные и константы #

Переменная - ячейка памяти, которая имеет имя и может хранить значение указанного типа, создаётся следующим образом: тип имя; или тип имя = значение. К переменной можно присвоить значение в процессе работы, в том числе другую переменную или результат вычислений:

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int a = 0;
    int b = 123;
    Serial.println(a);  // вывод 0
    Serial.println(b);  // вывод 123

    a = b;
    b = 456;
    Serial.println(a);  // вывод 123
    Serial.println(b);  // вывод 456
}

void loop() {
}

Arduino-типы #

Фреймворк Arduino добавляет два новых типа данных, которые являются синонимами к стандартным типам:

• byte - синоним unsigned char, uint8_t
• boolean - синоним bool

Математические операции #

Синтаксис и правила математических операций такие же, как "на бумаге":

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int a = 10;
    int b = a * 3;
    Serial.println(b);  // вывод 30

    b = (a + 5) * (a - 5);
    Serial.println(b);  // вывод 75

    b /= 5;
    Serial.println(b);  // вывод 15

    float pi = 3.14;
    float r = 10;
    float l = 2 * pi * r;
    Serial.println(l);  // вывод 62.80
}

void loop() {
}

Логика и сравнение #

В программе можно сравнивать значения и выполнять действия по результату логических выражений:

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int a = 10;
    int b = 20;

    if (a >= 0) Serial.println("a больше или равно 0");

    if (b == 20) Serial.println("b равно 20");

    if (a > b) {
        Serial.println("a больше b");
    } else {
        Serial.println("a меньше b");
    }

    if (a + b == 30) Serial.println("a + b равно 30");
    else Serial.println("a + b не равно 30");

    Serial.println(a == 10);  // вывод 1, если a равно 10, иначе 0
    Serial.println(a == 20);  // вывод 1, если a равно 20, иначе 0

    if (a >= 0 && a <= 10) Serial.println("a в диапазоне от 0 до 10");

    if (a == 0 || a == 10) Serial.println("a равно 0 ИЛИ 10");

    if (a == 10 && b == 20) Serial.println("a равно 10 И b равно 20");
}

void loop() {
}

Выбор #

Оператор выбора позволяет выбирать, какой код будет выполняться, исходя из переданного значения:

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int a = 10;

    switch (a) {
        case 0:
            Serial.println("a равно 0");
            break

        case 10:
            Serial.println("a равно 10");
            break;

        default:
            Serial.println("a неизвестно");
            break;
    }
}

void loop() {
}

Цикл for #

Цикл-счётчик позволяет одной строкой создать блок кода, который будет выполняться согласно заданным условиям:

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        Serial.print(i);
        Serial.print(',');
    }
    // вывод 0,1,2,3,4,
}

void loop() {
}

Цикл while #

Выполняется, пока верно условие:

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int i = 5;
    while (i > 0) {
        Serial.print(i);
        Serial.print(',');
        i--;
    }
    // вывод 5,4,3,2,1,
}

void loop() {
}

Массивы #

Массив - несколько переменных одного типа, объединённых под одним именем. Обращаться к элементам массива нужно через квадратные скобки []:

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

    // вывод
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        Serial.print(arr[i]);
    }
    // печать 01234
    Serial.println();

    // изменение
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        arr[i] = i * 2;
        // i = 0, 1, 2, 3
        // i*2 = 0, 4, 6, 8
    }

    // вывод
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        Serial.print(arr[i]);
    }
    // печать 02468
    Serial.println();

    // вывод
    for (int v : arr) {
        Serial.print(v);
    }
    // печать 02468
    Serial.println();
}

void loop() {
}

Функции #

Функция - блок кода, который можно вызвать по имени:

void hello() {
    Serial.println("Hello!");
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    hello();  // вывод Hello!
    hello();  // вывод Hello!
}

void loop() {
}

Функция может принимать аргументы указанного типа:

void print(int x) {
    Serial.println(x);
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    print(123);     // вывод 123
    print(3.14);    // вывод 3, т.к. автоматически конвертируется в int
}

void loop() {
}

Функция может возвращать данные указанного типа:

int sum(int x, int y) {
    return x + y;
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    int s = sum(3, 4);
    Serial.println(s);  // вывод 7

    Serial.println(sum(10, 20));  // вывод 30
}

void loop() {
}

define #

Данная команда позволяет определить в программе "константу" и часто используется на практике. Подробнее читайте в уроке про директивы препроцессора.

#define MY_CONST 3
#define MY_CONST_1 123

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    Serial.println(MY_CONST);   // вывод 3

    int a = MY_CONST_1;
    Serial.println(a);          // вывод 123
}

void loop() {
}

include #

Данная команда позволяет подключить в программу другой файл. Подробнее читайте в уроке про директивы препроцессора.

#include <math.h>   // подключить системную библиотеку math.h
#include <SPI.h>    // подключить Arduino-библиотеку SPI.h

void setup() {
}

void loop() {
}

Задержка #

Как обсуждалось ранее, функция loop вызывается на всём протяжении работы программы. Как часто она это делает? По сути - с максимальной скоростью, на которую способен процессор. Но "вне" этой функции он выполняет некоторые системные задачи, поэтому loop вызывается с чуть меньшей скоростью - порядка десятков и сотен тысяч раз в секунду. Загрузите следующую программу и откройте монитор порта:

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}

int x = 0;

void loop() {
    Serial.println(x);
    x++;
}

В мониторе с большой скоростью побегут числа, увеличивающиеся на единицу. Любой код, добавленный в loop, имеет конечное время выполнения, в том числе - вывод в Serial. Поэтому в мониторе вы увидите новые числа по сути со скоростью отправки данных, то есть частота вызова loop уже чуточку снизилась.

Давайте посильнее нагрузим процессор, например работой с дробными числами: пусть в loop считается сумма синусов 500 случайных чисел:

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}

void loop() {
    float x = 0;

    for (int i = 0; i < 500; i++) {
        x += sin(random(100));
    }

    Serial.println(x);
}

Скорость работы снизится очень сильно - до нескольких выводов в секунду!

Для простоты написания синхронного кода в Arduino существует задержка - функция delay(время): программа "зависнет" внутри этой функции на указанное время в миллисекундах:

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}

int x = 0;

void loop() {
    Serial.println(x);  // вывести
    x++;                // увеличить на 1
    delay(1000);        // подождать секунду
}

Данная программа будет выводить увеличивающееся на единицу число раз в секунду (1000 миллисекунд). Задержки позволяют писать визуально очень понятный код, но такая программа по сути сможет делать только одну задачу синхронно - выполнять свои действия и ждать указанное время. Написание асинхронных программ рассмотрим в следующих уроках, пока что в простых программах будем использовать задержки.