Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

• Кому-то нравится начинать названия с прописной буквы, а кому-то – со строчной. Выбор за вами.

• Каждая переменная должна быть объявлена в начале программы, иначе компилятор выдаст ошибку.

• Целочисленная переменная (объявленная при помощи ключевого слова int) может принимать значение от −32 768 до +32 767. Язык С в этом микроконтроллере разрешает использовать переменные, которые имеют более широкий диапазон значений или которые могут быть дробными. Но до эксперимента 34 большие числа не понадобятся.

Начальные справочные сведения о языке вы можете найти на главном сайте компании Arduino. Выберите вкладку Learning (Обучение), а затем в раскрывающемся меню укажите пункт Reference (Справка). Можно также открыть меню Помощь (Help) в среде Arduino IDE и выбрать пункт Справочник (Reference).

Усовершенствование программы

Предложенная программа решает поставленную задачу, но ее функции очень ограничены. Самое большое ограничение состоит в том, что значения минимальной и максимальной температуры заданы в виде констант. Это похоже на термостат, зафиксированный только в одном положении, которое нельзя настроить. Как улучшить эту программу, чтобы пользователь мог самостоятельно задать пороговые значения температуры для включения и отключения нагревателя?

Думаю, можно было бы добавить потенциометр. Крайние выводы потенциометра следовало бы подключить к клеммам 5 В и 0 В, а движок соединить с другим аналоговым входом микроконтроллера. В результате потенциометр стал бы работать как делитель напряжения и обеспечивал бы полный диапазон напряжения от 0 до 5 В.

Затем я добавил бы еще одну процедуру в цикл, в которой микроконтроллер проверял положение движка потенциометра и переводил его в числовую форму.

В результате получалось бы число в диапазоне от 0 до 1023. Мне потребовалось бы преобразовать его в число, которое соответствует возможному диапазону значений переменной digitemp. Далее я присвоил бы результат новой переменной с именем, скажем, usertemp. Затем мне понадобилось бы выяснить, существенно ли выше или ниже та температура, которую измерил терморезистор, по сравнению с переменной usertemp.

Заметьте, я опустил одну маленькую деталь: каким, собственно, образом я преобразовал бы входной сигнал от потенциометра в диапазон, подходящий для переменной usertemp. Сейчас мы с этим разберемся.

Если диапазон возможных значений терморезистора составлен из чисел от 430 до 512, как я установил ранее, то его можно представить как среднее значение 471 плюс или минус 41. Потенциометр имеет среднее значение 512 плюс или минус 512 до его полного диапазона. Поэтому:

usertemp = 471 + ((potentiometer – 512) * .08)

где potentiometer – это значение со входа потенциометра, а символ «звездочка» (*) используется в языке С как знак умножения. Результат достаточно близкий.

Да, арифметика рано или поздно проявляется в программировании, так или иначе. И нет способа обойтись без нее. Но уровня математики средней школы для наших задач вполне хватит.

В улучшенной версии программы мне по-прежнему необходимо позаботиться о гистерезисе. Первый оператор сравнения следует преобразовать так:

if (ledstate == 1 && digitemp > (usertemp + 10))

после чего светодиод выключается. Но

if (ledstate == 0 && digitemp < (usertemp – 10))

и тогда светодиод загорается. Это дало бы мне диапазон гистерезиса плюс-минус 10, если используются значения от АЦП.

Теперь, когда я описал необходимую модификацию программы, возможно, вы захотите осуществить ее самостоятельно. Не забывайте только объявлять каждую новую переменную, прежде чем вы ее укажете в теле программы.

Эксперимент 34. Точные игральные кости

В этом последнем эксперименте я собираюсь переделать устройство из эксперимента 24, в котором комбинации игральных костей формировались с помощью логических микросхем. Вместо микросхем теперь мы можем написать условные и логические операторы в программе для микроконтроллера. В результате компоненты схемы превратятся в несколько строк компьютерного кода и вместо таймера 555, счетчика и трех логических микросхем нам понадобится всего один микроконтроллер. Это отличный пример для демонстрации возможностей контроллеров. Но, безусловно, по-прежнему требуются светодиоды и токоограничительные резисторы.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, тестовые провода, мультиметр

• Стандартный светодиод (7 шт.)

• Резистор 330 Ом (7 шт.)

• Плата Arduino Uno (1 шт.)

• Ноутбук или настольный компьютер со свободным USB-портом (1 шт.)

• USB-кабель с разъемами типа А и типа В на противоположных концах (1 шт.)

Эксперимент или программирование?

Обучение путем эксперимента хорошо работает, когда вам нужно изучить реальный электронный компонент. Вы можете установить его в макетную плату, подать питание и посмотреть, что получится. Даже когда вы разрабатываете схему, то можете действовать методом «проб и ошибок», внося изменения по ходу дела.

Создание программ – это занятие другого рода. Вы должны быть дисциплинированны и логичны, иначе будете писать программный код с ошибками, и он не станет работать надежно. Также здесь необходимо все планировать наперед, в противном случае вы потеряете много времени, переделывая выполненную ранее работу или полностью отказываясь от нее.

Я не люблю планировать, но еще больше я не люблю терять время. Поэтому, я все же составляю план, а в этом заключительном проекте опишу процесс планирования подробно. Прошу извинить меня за то, что вы не получите немедленного удовольствия от простого процесса сборки компонентов и возможности увидеть результат. Но если я не поясню процесс разработки программного обеспечения, то создам ошибочное впечатление о том, что программирование проще, чем оно есть на самом деле.

Случайность

Первый вопрос кажется очевидным: «Каких конкретных действий я жду от этой программы?» Вопрос необходим, потому что если цель не вполне ясна даже вам, то микроконтроллер и подавно не сможет ее реализовать. Формулировка цели напоминает описанный в эксперименте 15 процесс написания технического задания для системы охранной сигнализации, но в случае микроконтроллера детализация должна быть больше.

Основное требование очень простое. Мне нужна программа, которая будет выбирать случайное число и показывать его с помощью светодиодов, расположение которых напоминает точки на игральном кубике.

Поскольку выбор случайного числа – это основа данной программы, то вас следует познакомить с данной темой. Давайте заглянем на сайт Arduino, где находится справка о языке. Этот раздел сайта не настолько исчерпывающий, как мне хотелось бы, но для начала сгодится.

Чтобы найти его, перейдите на главную страницу Arduino[18], выберите вкладку Learning (Обучение) и отыщите раздел Reference,