Enhanced arduino c++ custom math library

More Advanced Math

There’s actually quite a bit more advanced math the Arduino is capable of. These advanced functions are available in a library called the math library. Visit this link for more information about the functions it has and how to install it.

That about covers the main mathematical operators used in Arduino programming. Feel free to leave a comment if you have a question or something to add!

Interested in the Raspberry Pi or Arduino? Check out SunFounder, the number one source for Raspberry Pi and Arduino starter kits and many more robotics and DIY electronics modules and accessories. They have a huge selection of high quality Raspberry Pi and Arduino parts!

Serial

Класс, позволяющий общаться с компьютером.

available()

Получает число байт (символов), доступных для чтения из последовательного порта. Данные уже пришли и хранятся в специальном буфере (64 байта).

begin()

Устанавливает связь с портом для считывания данных на заданной скорости с Arduino на ваш компьютер. В IDE есть выпадающий список, в котором можно увидеть возможные варианты скоростей.

speed — скорость бит в секунду (long)

flush()

Очищает входной буфер последовательного порта. Находящиеся в буфере данные теряются, и дальнейшие вызовы Serial.read() или Serial.available() будут иметь смысл для данных, полученных после вызова Serial.flush().

print()

Печатает данные, поступаемые с серийного порта в виде ASCII-текста без символа перевода строки. Схожа с функцией Serial.println().

val — значение для печати
format — формат выводимых данных. Можно использовать константы DEC (десятичная система), HEX (шестнадцатеричная), OCT (восьмеричная), BIN (бинарная)

println()

Печатает данные, поступаемые с серийного порта в виде ASCII-текста. Данные заканчиваются символом перевода строки (ASCII 13, ‘\r’) и новой строки (ASCII 10, ‘\n’). Схожа с функцией Serial.print().

val — значение для печати
format — формат выводимых данных. Можно использовать константы DEC (десятичная система), HEX (шестнадцатеричная), OCT (восьмеричная), BIN (бинарная)

read()

Считывает входящие данные из последовательного порта.

Возвращает первый байт входящих данных, если они есть или -1, если данные не доступны.

write()

Записывает данные в последовательный порт. Данные посылаются как байт или последовательность байт; для отправки символьной информации следует использовать функцию print().

val: переменная для передачи, как единственный байт
str: строка для передачи, как последовательность байт
buf: массив для передачи, как последовательность байт
len: длина массива

Функция Millis ()

Как я уже упоминал, миллис-функция Arduino используется для измерения времени, и это делается в миллисекунды (мс), отсюда и его название. Другими словами, числовое значение, которое эта функция возвращает, когда вы включаете его в свой эскиз, является временными данными, выраженными в этой единице.

Вы должны знать, что максимальное значение этой переменной равно без знака долго, то есть долго без знака

Это важно, потому что при использовании меньшего размера могут возникнуть проблемы с логикой. Кроме того, вы должны знать, что он может длиться до 50 дней (4.320.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX мс), как только он достигнет этого значения, он перезапустится и снова начнется с нуля

Еще вам нужно знать, что функция millis не использует параметры.

Переменные

Макроопределения хороши для именования значений, которые не могут измениться
по ходу выполнения программы. Мы вряд ли захотим на лету, без изменения кода
и перезагрузки Arduino, перенести светодиод маячка с одного пина Arduino на
другой. Но что делать, если какие-то параметры программы всё же должны
изменяться с течением времени?

Для этого существуют переменные — именованные значения, которые могут
изменяться при исполнении программы процессором. Как и когда они должны
изменяться зависит от вас, от того какой алгоритм вы задумали и как написали
программу для этого.

Например, давайте рассмотрим программу «помирающего маячка». Первый раз он
мигает через 1000 мс, затем через 1100 мс, затем через 1200 мс и так далее до
бесконечности:

#define LED_PIN 13
int blinkDelay = 900;
 
void setup()
{
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}
 
void loop()
{
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    delay(100);
 
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    delay(blinkDelay);
 
    blinkDelay += 100;
}

Вместо того, чтобы обозначить время до следующего подмигивания через
макроопределение , мы использовали конструкцию:

int blinkDelay = 900;

Это называется определением переменной. Мы таким образом заявили, что
хотим иметь ячейку памяти, к которой будем обращаться по имени
и изначально, при старте Arduino, в ней должно лежать значение .

Перед именем переменной в определении указывается тип данных для этой
переменной. В нашем случае — это , что означает «целое число»
(int — сокращение от английского «integer»: целочисленный).

Обратите внимание: объявление переменной, в отличие от макроопределения — это
обычное выражение, поэтому оно должно завершаться точкой с запятой.

Итак, мы сообщили компилятору, что у нас есть переменная
целочисленного типа, с именем и начальным значением .
Теперь мы можем ей пользоваться.

Пользоваться переменной можно в двух смыслах: получать её значение и
изменять её значение. Получение значения выглядит ровно так же, как и
использование макроопределений: мы просто используем её имя в коде, а в
результате, при исполнении программы в действительности используется её
значение:

delay(blinkDelay);

В нашей программе это выражение означает «уснуть на столько миллисекунд,
сколько сейчас записано в переменной с именем ». При первом
исполнении этого выражения значение будет изначальным, таким образом мы уснём
на 900 мс.

Далее в нашем скетче мы можем видеть:

blinkDelay += 100;

Это так называемое арифметическое выражение (англ. expression). Символ
называется оператором и означает в C++ «увеличить на». Таким образом после
исполнения этого выражения, значение переменной станет на сотню
больше и сохранится в ней до следующего изменения.

Как результат:

При первом исполнении функции мы выжидаем с выключенным светодиодом 900 мс
К началу второго исполнения уже равна , поэтому мы будем выжидать 1000 мс
При третьем исполнении мы будем выжидать 1100 мс
…и так далее до бесконечности

В итоге мы получаем что и хотели: «помирающий» маячок.

Об именах переменных

Как и в случае с макроопределениями существует общепринятая конвенция о том
как нужно называть переменные. Их принято именовать в так называемом
«верблюжьем стиле» (camelCase). То есть, начинать строчными буквами, а каждое
новое слово писать слитно, с заглавной буквы.

// плохо
int BLINK_DELAY;
int BlinkDelay;
int blink_delay;
 
// хорошо
int blinkDelay;

Также отличительным признаком профессионализма является использование
понятных, лаконичных имён из которых чётко понятно зачем нужна конкретная
переменная в программе.

Ничто так не выносит мозг, как использование одно- или двухбуквенных имён
без смысла или применение транслита.

// плохо
int d;
int asd;
int zaderzhkaMigalki;
 
// хорошо
int blinkDelay;
int offDelay;
int blinkInterval;
int blinkTimeout;

Знакомство с Arduino

Торжественно открываю новый блог на Хабре, посвящённый Arduino! Блог об универсальном opensource-микроконтроллере Arduino, который будет интересен всем любителям микроэлектроники, самодельных гаджетов и всем, кто не боится взять в руки паяльник.

Arduino представляет собой линейку электронных блоков-плат, которые можно подключать к компьютеру по USB, а в качестве периферии — любые устройства от светодиодов до механизмов радиуоправляемых моделей и роботов. Программы для него пишутся на простом и интуитивно понятном си-подобном языке Wiring (c возможностью подключения сторонних библиотек на C/C++, например, для управления LCD-дисплеями или двигателями), компилируются и загружаются в устройство одной кнопкой, после чего вы тут же получаете работающий автономный гаджет. Никакого ассемблера, никаких лишних проводов и дорогущих деталей и программаторов — чистое творчество, включай и работай!

Применение

После короткого рассказа друзьям и знакомым про Arduino («это типа электронного конструктора, микро-ЭВМ, в который можно загрузить любую программу и получить любое другое устройство») самый часто задаваемый вопрос «А зачем это всё?» или «Какая мне от этого выгода?» Скучные люди, не правда ли? Неужели среди ваших знакомых нет ни одного радиолюбителя, а может вы и сами радиолюбитель? Применение Arduino очень простое — не забавы ради, а развития мозга для. Интересно же линуксоидам ковыряться в коде ядра? Какая от этого польза? Почему бы вам не заняться «железным» (в противовес «софтовому») творчеством? Вот прямо сейчас рядом со мной сидит коллега-дизайнер и разбирается… с нейронными сетями. В общем что говорить, забыт дух технического творчества, забыты радиокружки и авиамодельные клубы. Все только сидят у своих компьютеров и сделать ничего путного в железе, кроме как воткнуть вилку в розетку, не могут Соберите свой веб-сервер, цветомузыкальную установку или прикольного робота! Сообщество любителей Arduino уже знает об успешных примерах: GPS-трекер с записью на SD-карту, простой аудиоплеер, Twitter-дисплей, электронные игры с дисплеем и тачскрином… Попробуйте купить радиодеталей и сделать что-то своё! Есть даже готовый набор для создания четырёхъядерного Arduino-кластера.

Технические характеристики

Arduino Diecimila представляет собой небольшую электронную плату (далее просто плата) ядром которой является микроконтроллер ATmega168. На плате есть: 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут работать в режиме ШИМ (PWM) (а следовательно управлять аналоговыми устройствами вроде двигателей и передавать двоичные данные), 6 аналоговых входов (исходной информацией служат не логические 0/1, а значение напряжения), тактовый генератор на 16 МГц, разъёмы питания и USB, ICSP-порт (что-то вроде последовательного интерфейса для цифровых устройств), несколько контрольных светодиодов и кнопка сброса. Этого вполне достаточно, чтобы подключить плату к USB-порту компьютера, установить нужный софт и начать программировать.

Микроконтроллер: ATmega168
Рабочее напряжение: 5 В
Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12 В
Входное напряжение (пределы): 6-20 В
Цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ-сигналом)
Аналоговые порты ввода: 6 портов
Ток для портов: 40 мА
Ток для 3.3В источника: 50 мА
ППЗУ (Flash Memory): 16 KB (из них 2 Кб используются загрузчиком)
ОЗУ (SRAM): 1 Кб
ПЗУ (EEPROM): 512 байт
Тактовая частота: 16 МГц

Питание Питание платы осуществляется двумя способами: по кабелю USB (при этом никаких других ухищрений делать не нужно, используется в процессе отладки), либо по специальному разъёму вроде того, что у ноутбуков. В радиомагазине можно купить такой разъём и присоединить к нему аккумулятор или 9-тивольтовую батарейку типа «Крона». Источники питания можно менять перемычкой на плате.

The Min and Max Functions

The Arduino also has functions that find the minimum value and maximum value from a pair of numbers.

The function calculates the minimum value of any two numbers:

The function returns the smaller of the two values. The variables and can be any data type.

The function calculates the maximum value of any two numbers:

The function returns the larger of the two values. The variables and can be any data type.

Min and max are useful for keeping values above or below a certain threshold. For example, say you want to make sure the reading from a temperature sensor never exceeds 100 degrees. You could use the function like this:

This will store the smaller of the two numbers in the variable . Even if exceeds 100, the function will still output 100.

Особенность больших вычислений

Для сложения и вычитания по умолчанию используется ячейка 4 байта (), но для умножения и деления – 2 байта (). Если при умножении или делении в текущем действии результат превысит – ячейка переполнится и мы получим некорректный результат. Для исправления ситуации нужно привести тип переменной к перед вычислением, что заставит МК выделить дополнительную память. Например

Для цифр существуют модификаторы, делающие то же самое:

или – перевод в (от 0 до 65’535). Пример:
или – перевод в (-2 147 483 648… 2 147 483 647). Пример:
или – перевод в (от 0 до 4 294 967 295). Пример:

Посмотрим, как это работает на практике:

long val;
val = 2000000000 + 6000000;         // посчитает корректно (т.к. сложение)
val = 25 * 1000;                    // посчитает корректно (умножение, меньше 32'768)
val = 35 * 1000;                    // посчитает НЕКОРРЕКТНО! (умножение, больше 32'768)
val = (long)35 * 1000;              // посчитает корректно (выделяем память (long) )
val = 35 * 1000L;                   // посчитает корректно (модификатор L)
val = 35 * 1000u;                   // посчитает корректно (модификатор u)
val = 70 * 1000u;                   // посчитает НЕКОРРЕКТНО (модификатор u, результат > 65535)
val = 1000 + 35 * 10 * 100;         // посчитает НЕКОРРЕКТНО! (в умножении больше 32'768)
val = 1000 + 35 * 10 * 100L;        // посчитает корректно! (модификатор L)
val = (long)35 * 1000 + 35 * 1000;  // посчитает НЕКОРРЕКТНО! Второе умножение всё портит
val = (long)35 * 1000 + (long)35 * 1000;  // посчитает корректно (выделяем память (long) )
val = 35 * 1000L + 35 * 1000L;      // посчитает корректно (модификатор L)

Область видимости переменных Ардуино

Для этого занятия потребуется:

Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega.

Глобальная переменная Arduino IDE доступна («видна») в программе из любого места в подпрограмме или функции. Время жизни такой переменной с начала запуска программы до ее окончания. Локальные переменные Arduino IDE доступны внутри тех функций или подпрограмм, в которых они были объявлены. Рассмотрим несколько примеров объявления глобальных и локальных переменных в программе Ардуино.

Ардуино глобальные переменные в скетче

Глобальная переменная объявляется в программе вне функций и доступна в любом месте к чтению или записи. Загрузите по очереди в плату следующие два примера.

Правильный пример скетча:

int var = 10;  // создаем глобальную переменную в коде

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    // выводим значение глобальной переменной на монитор порта
    Serial.println(var);
    delay(1000);
}

void loop() {
    // меняем значение переменной var и выводим на монитор
    var = var + 10;
    Serial.println(var);
    delay(500);
}

Пример скетча с ошибкой:

int var = 10;  // создаем глобальную переменную в коде

void setup() {
    int var2 = 20;  // создаем локальную переменную
    Serial.begin(9600);
    // выводим значение глобальной и локальной переменной
    Serial.println(var);
    Serial.println(var2);
    delay(1000);
}

void loop() {
    // при компиляции скетча появится ошибка
    Serial.println(var);
    Serial.println(var2);
    delay(500);
}

Пояснения к коду:

глобальную переменную можно использовать: перезаписывать и читать из любой функции (процедуры) программы;
при попытке использовать локальную переменную в процедуре void loop появится ошибка компиляции Ардуино, так как переменную можно использовать только в той функции, где она была объявлена.

Ардуино локальные переменные в скетче

Локальная переменная живет только внутри функции или внутри блока кода в фигурных скобках. При попытке обратиться к переменной за пределами функции (как на примере выше) вы получите ошибку. Во многих уроках Ардуино мы объявляли переменную внутри цикла for. Как и в следующем примере программы, где локальную переменную нельзя использовать за пределами фигурных скобок цикла for.

Правильный пример скетча:

void setup() {
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
       for(int var = 0; i <= 100; var = var + 10) {
       Serial.println(var);
       delay(500);
   }
}

Пример скетча с ошибкой:

void setup() {
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
       for(int var = 0; i <= 100; var = var + 10) {
       Serial.println(var);
       delay(500);
   }
       Serial.println(var);
}

Пояснения к коду:

локальная переменная инициализируется внутри цикла for, поэтому при попытке обратиться к переменной за пределами цикла — появится ошибка.

Ардуино формальные переменные в скетче

Формальная переменная, она же параметр, передаваемый в функцию, ведет себя как локальная переменная, но появляется в программе при других условиях: при вызове функции. Эту переменную можно читать и записывать внутри ее функции. Загрузите следующий пример кода в микроконтроллер и откройте монитор порта.

void setup() {
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    // передаем значение 10, как аргумент функции
    Func(10);
    delay(500);
}

void Func(int var) {
    var = var + 10;
    Serial.println(var);
}

Пояснения к коду:

формальную переменную можно использовать только внутри функции Func;
после окончания работы функции, переменная будет удалена из памяти.

Встроенные константы языка программирования Arduino

Arduino устанавливает две константы, которые мы можем использовать для

соответствует высокому уровню напряжения, которое может различаться в зависимости от оборудования (> 2 В на платах 3.3 В, таких как Arduino Nano,> 3 В на платах 5 В, таких как Arduino Uno)приравнивается к низкому уровню напряжения. Опять же, точное значение зависит от используемой платы.

Затем у нас есть 3 константы, которые мы можем использовать в сочетании сфункция:

устанавливает контакт как входной контакт
устанавливает контакт как выходной контакт
устанавливает вывод как внутренний подтягивающий резистор

Другая постоянная, которая у нас есть, это, который указывает на номер бортового штифта, который обычно приравнивается к номеру.

В дополнение к этому у нас есть константы C / C ++и.

PSpice

Каждый студент, занимающийся электротехникой и электроникой, должен был столкнуться с PSpice в течение месяцев, потраченных на изучение основ проектирования схем и программирования. Но для тех кто не знает что такое PSpice — это интуитивный симулятор, который можно использовать для моделирования Arduino из-за множества функций, интегрированных в приложение. PSpice поддерживается операционной системой Windows и Linux и поставляется в разных модулях или типах.

Студенты могут использовать PSpice Lite, который абсолютно свободен, чтобы изучить основы программирования Ардуино, в то время как компании, преподаватели и другие эксперты могут использовать платный PSpice. PSpice в настоящее время используется в различных отраслях промышленности — автомобилестроении, образовании, энергоснабжении и т.д.

Настройка Arduino IDE для работы

Для тонкой настройки Arduino IDE 1.8.5 в Windows или Linux следует через панель инструментов «Файл -> Настройки» В новом окне будет доступно несколько пунктов, которые можно настроить под себя (смотри картинку ниже). После настройки приложения, для вступления изменений в силу следует нажать кнопку «ОК» и перезапустить программу. Настройки можно изменить по своему усмотрению.

Настройка Arduino IDE для работы в Windows / Linux

выбор места для хранения скетчей и библиотек;
выбор языка интерфейса в программе Arduino IDE 1.8
выбор размера шрифта текстового редактора и масштаба;
показ подробных сообщений при компиляции / загрузке;
показывать номера строк в текстовом редакторе;
проверка обновлений в сети при запуске Arduino IDE;
сохранение скетчей перед компиляцией / загрузкой.

Настройка Arduino IDE для Nano / Mega 2560 / Uno

При первом подключении микроконтроллера, следует убедиться, что программа Arduino IDE 1.8 определила плату Arduino Nano, подключенную к USB порту. При подключении любой платы Ардуино к компьютеру создается виртуальный COM порт. Проверить подключение можно через диспетчер устройств или через панель Arduino IDE «Инструменты -> Порт» — кроме COM1 должен появиться дополнительный порт.

Настройка порта программы Arduino IDE для Mega 2560

При подключении микроконтроллера Arduino к разным USB портам компьютера, номер COM порта будет меняться. Если у вас «неофициальный» микроконтроллер с microUSB, то необходимо дополнительно установить драйвера для CH340G. Если порт определился, то перед загрузкой скетча следует выбрать плату, которую вы используете в панели инструментов Arduino IDE «Инструменты -> Менеджер плат»

Выбор процессора микроконтроллера Mega 2560 в Arduino IDE

При подключении к компьютеру Arduino Uno следует выбрать в Менеджере плат Arduino/Genuino Uno. В случае с платой Arduino Mega или Nano, следует дополнительно выбрать процессор микроконтроллера. У Nano это может быть ATmega168 или ATmega328, у платы Mega процессор ATmega2560 или ATmega1280. Узнать тип можно по характеристикам, которые обычно производитель указывает на печатной плате.

Видео. Arduino IDE подключение Nano / Uno / Mega

После выполнения всех операций следует проверить подключение микроконтроллера и загрузить пустой скетч в плату или скетч для мигания светодиодом на Arduino. Для этого на панели инструментов есть соответствующие иконки: смотри картинку с обозначением функций Arduino IDE выше. При неправильном подключении или отсутствии драйверов программа сообщит ошибку — programmer is not responding.

Заключение

При помощи таймера и таймаутов мы можем решить множество задач, которые решались сложно, либо вовсе не решались. Это те задачи, в которых требуется одновременное выполнение действий с разной частотой.

Это может быть вращение двух и более шаговых двигателей с разной скоростью, динамическая индикация вместе с опросом разных датчиков. Более сложный пример — бортовая программа квадрокоптера или балансирующего колесного робота, которая выполняет множества разных действий с разной частотой: опрос датчиков, работа системы стабилизации, обработка сигналов с пульта управление и др.

Источник