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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 아두이노. 디지털 I/O 작업. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 아두이노 IDE 개발 환경을 불러오면 열리는 창에 표시되는 미래 프로그램의 빈칸에 setup()과 loop() 두 가지 기능이 있음을 알 수 있습니다. setup() 함수는 모든 프로그램을 시작합니다. 보드에 전원이 인가된 직후에 한 번 수행하고, 보드의 RESET 버튼을 누른 후에도 매번 마이크로 컨트롤러를 원래 상태로 설정합니다. 이 기능 내에서 포트의 작동 모드가 설정되고 직렬 인터페이스 및 기타 주변 장치가 마이크로 컨트롤러 내부와 연결된 외부 장치 모두에서 초기화됩니다. 이 기능은 비어 있더라도 프로그램에 있어야 합니다. loop() 함수에는 전원이 꺼질 때까지 마이크로 컨트롤러가 반복적으로 실행하는 무한 루프가 포함되어 있습니다. 외부 센서를 조사하고, 액추에이터에 명령을 보내고, 계산 및 기타 작업을 수행합니다. 예를 들어, 13초 동안 Arduino 보드에 내장된 LED를 켜고 끄는 간단한 프로그램을 살펴보겠습니다. 문자 L로 표시되고 디지털 핀 DXNUMX에 연결됩니다. 이 프로그램은 아두이노 IDE에서 제공하는 표준 예제 중 하나입니다. 테이블에서. 1은 첨부된 형식으로 텍스트를 보여줍니다. Arduino 전문 용어로 프로그램의 소스 코드를 "스케치"(스케치)라고 합니다. 표 1
한 블록과 관련된 프로그램 조각은 중괄호 { 및 }로 구분됩니다. 다음에서는 이를 연산자 괄호라고 합니다. 프로그램 텍스트에는 작업의 본질과 뉘앙스를 설명하는 설명이 포함될 수 있습니다. 여러 줄 주석은 /*(처음) 및 */(끝) 문자 조합으로 제한됩니다. 문자 //는 같은 줄의 끝에서 끝나는 주석을 시작합니다. 번역(사람이 이해할 수 있는 프로그래밍 언어로 프로그램 텍스트를 마이크로 컨트롤러에서 실행 가능한 기계 코드로 변환)하는 동안 텍스트의 이 부분은 완전히 무시됩니다. setup() 함수의 본문에서 실행 가능한 유일한 줄 핀모드(13, 출력); Arduino 보드의 핀 D13을 출력 모드로 설정합니다. loop() 함수는 다음 줄로 시작합니다. 디지털 쓰기(13, 높음); 이것은 출력 D13 높은 로직 레벨을 설정합니다. 아두이노 UNO에서는 공통선에 대한 공급 전압(+5V)과 동일합니다. 그러면 LED가 켜집니다. 그 뒤에 줄을 긋는다. 지연 (1000); 괄호 안에 지정된 시간(밀리초) 동안 실행 프로그램이 다음 줄로 이동하지 않도록 합니다. 잠시 후 프로그램은 D13 출력을 공통 와이어의 전위에 해당하는 낮은 논리 레벨로 설정하여 LED를 끕니다. 이 작업은 라인으로 설명됩니다. 디지털 쓰기(13, LOW); 다음으로 프로그램은 다시 한 번 1초의 일시 중지를 유지한 후 loop() 함수 본문에 설명된 전체 작업 시퀀스를 처음부터 반복합니다. 이것은 마이크로컨트롤러가 꺼질 때까지 계속됩니다. delay() 함수는 주의해서 사용해야 합니다. 지정된 시간 간격 동안 중요한 이벤트가 발생하면(예: 센서가 짧은 시간 동안 트리거됨) 프로그램은 이 이벤트에 응답하지 않습니다. 출력으로 작동하는 Arduino 핀이 제공하는 최대 전류는 40mA이며 모든 출력의 총 전류는 300mA를 초과해서는 안 됩니다. 이것은 일반 LED에 전원을 공급하기에 충분하며 저전압 리드 릴레이 또는 저전력 진동 모터를 휴대폰에서 출력으로 직접 연결할 수도 있습니다. 증폭기 없이는 더 강력한 것을 연결할 수 없으며 위험합니다. 마이크로 컨트롤러를 망칠 수 있습니다. 아날로그 입력 A0-A5는 필요한 경우 D0-D13과 함께 디지털 입력 및 출력으로 사용할 수 있으며 각각 14-19번으로 참조하십시오. 이제 프로그램을 약간 수정해 보겠습니다. 이러한 간단한 알고리즘의 경우 이러한 수정이 근본적인 것은 아니지만 더 복잡한 경우에는 이러한 변경이 중요합니다. 우선 영어로 된 주석을 러시아어로 바꾸겠습니다. 예를 들어 LED를 켜는 행은 "LED 켜기"와 같이 주석 처리됩니다. "우리는 D13 라인에 높은 수준을 설정했습니다"라고 쓰면 안됩니다. 이것은 이미 프로그램 텍스트에서 분명합니다. 물론 각 줄에 대한 자세한 주석은 일반적으로 중복되지만 작성하는 데 게으르면 안됩니다. 잠시 후 프로그램의 세부 사항, 심지어 저자 자신도 잊혀 질 것입니다. 댓글 만 있으면 그 본질을 빠르게 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 다음으로 아두이노의 D13핀이 아닌 D12핀에 연결된 LED가 깜빡이도록 프로그램을 변경해보겠습니다. 보드의 D12에 연결된 LED가 없기 때문에 직렬 저항이 있는 외부 LED가 필요합니다. 그림에 표시된 다이어그램에 따라 연결하십시오. 1. 전류 차단 LED가 5 ... 10 mA 내에 있도록 추가 저항을 선택합니다. 이것은 대부분의 LED에 상당히 밝은 빛을 제공합니다. 외부 LED가 연결된 Arduino UNO 보드는 Fig. 2.
추가 저항으로 여러 개의 LED를 만드는 것이 좋습니다. 그들은 조명 효과의 자동화를 만드는 데 그다지 유용하지 않지만 보드 출력의 전압 레벨을 빠르게 확인하고 디버깅 중인 프로그램에 따라 변경 사항을 모니터링하는 데 유용합니다. D13이 아닌 D12에 연결된 LED를 제어하려면 이 경우 프로그램 텍스트에서 13 x 12의 모든 숫자를 수정하면 충분합니다. 그래서 그것을 바꾸는 것은 어렵지 않습니다. 그러나 프로그램의 양이 증가함에 따라 상황은 근본적으로 바뀝니다. 세 개의 숫자를 대체하는 것과 긴 프로그램의 서로 다른 위치에서 수십 개의 동일한 숫자를 대체하는 것은 완전히 다른 일입니다. 또한 어딘가에서 이 숫자가 완전히 다른 것을 의미하므로 변경할 필요가 없다는 것이 밝혀질 수 있습니다. 이러한 변경을 더 쉽게 하기 위해 프로그램 시작 부분에서 변수를 선언하고 원하는 출력 수에 해당하는 값을 할당합니다. 정수 LEDPIN = 12; 또한 출력 번호 13이 발생할 때마다 이 변수의 이름으로 대체합니다. 이제 LED 연결을 다시 변경해야 하는 경우 LEDPIN 변수 설명에서 숫자 하나만 변경하면 충분합니다. 수정된 프로그램은 표에 나와 있습니다. 2. Arduino 보드의 마이크로컨트롤러 메모리에 로드되어야 합니다. 이렇게 하려면 IDE의 기본 메뉴에서 "파일→로드"를 선택합니다. 편집 창에 입력한 프로그램이 미리 파일로 저장되어 있지 않은 경우 IDE에서 저장할 파일 이름을 지정하라는 메시지가 표시됩니다. 일정 시간이 지나면 Arduino IDE가 프로그램을 마이크로컨트롤러가 이해할 수 있는 기계 코드로 변환하는 데 필요한 "Rx" 및 "Tx" LED가 보드에서 깜박이기 시작하여 직렬 인터페이스를 통한 메시지 수신 및 전송 신호를 보냅니다. 마이크로 컨트롤러. 표 2
모든 것이 올바르게 완료되면 올바른 로딩에 대한 보고서가 프로그램 창 하단에 나타납니다. 로드된 프로그램이 차지하는 사용 가능한 32KB의 마이크로 컨트롤러 프로그램 메모리 양과 변수를 수용하는 데 필요한 RAM 양에 대한 정보를 표시합니다. 핀 D12에 연결된 LED가 2초 간격으로 깜박이기 시작합니다. 8개의 LED 라인을 D12-D3 Arduino 핀(그림 3)에 연결하고 표에 표시된 프로그램을 로드하면. 500, 보드에 설치된 D13에 연결된 LED와 각 LED가 XNUMXms 동안 교대로 켜집니다. 이 프로그램은 다른 숫자의 출력이 있는 setup() 함수 행에서 필요한 횟수만큼 단순히 반복하고 출력을 위해 설정하고 loop() 함수 - 일시 중지하고 끄는 다음 LED를 포함하는 일련의 라인. for 루프 문은 프로그램을 단축하는 데 도움이 되었습니다.
표 3
for 키워드 뒤의 괄호는 루프 변수의 초기 값 - LEDPIN=8, 루프 본문 실행 조건 - LEDPIN<14, 각 본문 실행 후 루프 변수로 수행되는 작업 - LEDPIN++를 나타냅니다. 변수의 값이 XNUMX씩 증가한다는 것입니다. 필요한 경우 for 루프의 매개변수를 쉽게 변경할 수 있습니다. 연산자 괄호 안의 루프 본문은 조건을 따릅니다. 첫 번째 경우(setup() 함수에서)는 8에서 13까지의 LEDPIN 값으로 XNUMX번 실행되는 단일 라인으로 구성됩니다. 두 번째 경우(loop() 함수에서) 루프는 문은 변수의 동일한 값을 가진 세 줄의 시퀀스를 지정합니다. 어떤 시스템이든 외부 장치를 제어하는 것 외에도 다양한 센서로부터 정보를 수신해야 합니다. 그것들이 없으면 가장 복잡한 로봇도 외부 조건에 따라 동작을 변경할 수 없는 시계 장난감에 불과할 것입니다. 5V의 공급 전압과 Arduino UNO에서 정확히 마이크로 컨트롤러의 디지털 입력은 +3V 이상의 논리적으로 높은(논리 단위에 해당) 전압으로 인식되고 다음과 같이 보장됩니다. 논리적으로 낮음(논리적 1,5에 해당) - +XNUMXV 미만의 전압 중간 값(입력이 어디에도 연결되지 않은 경우 포함)은 마이크로 컨트롤러 인스턴스, 공급 전압에 따라 예측할 수 없고 혼란스럽게 변화하는 결과를 제공합니다. 온도 및 기타 요인. 따라서 디지털 입력은 항상 알려진 높거나 낮은 논리 레벨의 전압을 갖는 것이 바람직합니다. 가장 간단한 센서는 고정되지 않은 일반 버튼이며 그림과 같이 연결됩니다. 4 회로를 Arduino 보드의 외부 핀 중 하나(이 경우 D7)에 연결합니다. SB1 버튼을 놓으면 마이크로 컨트롤러 입력의 전압 레벨이 낮아지고 (저항 R1이 제공) 누르면 높아집니다. 버튼과 저항을 위치에서 변경하면 (그림 5) 레벨도 위치를 변경합니다. 이제 저항 R1은 버튼을 놓으면 높은 수준을 제공하고 버튼을 누르면 낮은 수준을 설정합니다.
저항 R1의 저항은 버튼을 누를 때 흐르는 전류가 전원에서 소비되어 장치의 효율을 감소시키기 때문에 너무 작아서는 안됩니다. 데스크톱 컴퓨터 또는 주 전원 공급 장치의 전원인 경우 이는 그다지 중요하지 않지만 Arduino 배터리 버전을 사용하면 저항 R1의 낮은 저항으로 인해 장치의 가능한 배터리 수명이 크게 단축됩니다. 마이크로 컨트롤러에는 저항 R1의 기능을 수행하는 내부 저항이 있습니다. 기본적으로 비활성화되어 있습니다. 그러나 예를 들어 내부 저항을 D2 입력에 연결하려면 setup() 함수에 라인을 추가하는 것으로 충분합니다. 핀모드(2, INPUT_PULLUP); 표에 주어진 예를 사용하여 디지털 입력을 고려하십시오. D4핀에 연결된 버튼을 누르면 13번핀에 연결된 LED가 꺼지는 7가지 프로그램. 조건 연산자를 기반으로 함 if (상태) { /*조건이 충족되면 동작*/ } 그렇지 않으면 { /*조건이 충족되지 않았을 때의 동작*/ } 표 4
지정된 조건의 충족 여부에 따라 동작을 선택하는 역할을 합니다. 조건이 충족되지 않아 아무것도 할 필요가 없다면 else {...} 프래그먼트를 생략할 수 있습니다. 조건문을 사용하면 프로그램이 유연해집니다. 외부 센서의 상태에 따라 프로그램의 순서와 마이크로컨트롤러가 장착된 장치의 동작을 변경합니다. 실제로 버튼의 상태를 확인하는 것은 논리 연산자에 의해 수행됩니다. 디지털 읽기(BUT) = 높음 이 경우 버튼이 연결된 BUT 핀의 상태를 읽는 기능에서 반환한 값을 논리상수 HIGH와 비교하여 같으면 TRUE(참), 그렇지 않으면 - FALSE (거짓). 동등성 테스트 연산은 한 행에 두 개의 등호로 표시됩니다. 그리고 하나의 등호는 변수에 값을 할당하는 연산을 나타냅니다. 혼동하지 마십시오. 찾기 어려운 버그가 발생합니다. 방금 고려한 프로그램의 예를 사용하면 지연() 함수의 부정확한 사용이 어떤 결과를 초래하는지 쉽게 알 수 있습니다. 프로그램의 끝에서 두 번째 줄에 있는 delay( 10000) 함수를 "주석 해제"(이전 두 실선 제거)하면 loop() 함수 본문을 실행할 때마다 프로그램이 10초 동안 대기한 후 계속 진행합니다. 일하다. 당연히 이 시간 동안의 모든 버튼 누름은 무시됩니다. 직렬 인터페이스를 통해 개인용 컴퓨터와 통신하는 Arduino의 기능은 매우 유용합니다. 프로그램을 마이크로 컨트롤러에 다운로드하는 것뿐만 아니라 실행 중 양방향 정보 교환에도 사용할 수 있습니다. 이 인터페이스를 통해 아두이노는 수집된 정보를 복잡한 처리나 저장을 위해 컴퓨터로 전송하고 여기에서 명령과 초기 데이터를 받을 수 있습니다. 두 개의 마이크로 컨트롤러 장치도 이러한 방식으로 상호 작용할 수 있습니다. 마이크로 컨트롤러의 직렬 포트는 보드 D0, D1의 디지털 핀을 사용하므로 직렬 포트를 통한 통신을 구성하여 사용할 때 다른 용도로 사용할 수 없습니다. 예를 들어 표에 표시된 프로그램을 고려하십시오. 5, 출력 D12의 상태에 대한 정보를 컴퓨터로 보냅니다. 레벨이 높으면 프로그램은 기호 코드 H를 컴퓨터에 보내고 낮으면 기호 코드 L을 보냅니다. 컴퓨터의 COM 포트와 함께 작동할 수 있는 모든 프로그램은 이 정보를 받을 수 있습니다. Arduino IDE에는 컴퓨터가 Arduino 보드에서 받은 텍스트 메시지를 표시하고 컴퓨터 키보드에서 사용자가 입력한 메시지를 보낼 수 있는 내장형 직렬 포트 모니터가 있습니다. 표 5
setup() 함수의 Serial.begin(9600) 행은 마이크로컨트롤러의 직렬 포트를 초기화하고 전송 속도를 9600 전송으로 설정합니다. 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 또는 115200 Baud와 같은 다른 표준 전송 속도를 설정할 수도 있습니다. 이 경우 마이크로컨트롤러에 설정된 속도는 정보를 교환해야 하는 컴퓨터나 다른 장치의 COM 포트가 구성된 속도와 일치해야 합니다. 신뢰할 수 있는 정보 수신이 보장되는 허용 속도는 Arduino를 컴퓨터에 연결하는 케이블의 길이에 따라 다릅니다. 예를 들어, 1,8m 길이의 표준 USB 케이블을 사용하면 컴퓨터는 115200baud의 속도에서도 Arduino로부터 정보를 수신합니다. 그리고 이 케이블에 4800미터 연장 케이블을 추가하면 허용 속도가 XNUMX보로 떨어집니다. Seri-al.print() 함수는 시리얼 포트로 정보를 보내고 Send 값을 보낼 변수명이나 전송할 문자열을 괄호 안에 표시한다. 변수 이름과 구별하기 위해 문자열을 따옴표로 묶습니다. 이 Serial.println() 함수가 수정되었습니다. 괄호로 묶인 정보(있는 경우)를 전달한 후 캐리지 리턴 및 줄 바꿈 문자로 이를 보완한다는 점이 다릅니다. 주어진 문자열에서 새 줄과 문자 조합을 시작합니다. 위의 프로그램을 사용하면 입력으로 구성된 마이크로컨트롤러 출력에 외부 신호가 가해지지 않는 경우 그 상태가 작동 중에 임의로 변경될 수 있음을 쉽게 확인할 수 있습니다. 마이크로 컨트롤러가 낮은 논리 수준으로 인식하지 않고 높은 수준으로 인식하기 시작하는 전압의 실제 값을 결정할 수도 있습니다. 다음으로 직렬 포트를 통해 컴퓨터로부터 받은 명령에 따라 보드의 LED를 켜고 끄는 프로그램(표 6)을 고려하십시오. 정보는 직렬 포트를 통해 바이트 단위로 전송된다는 점을 염두에 두어야 합니다. 마이크로컨트롤러의 프로세서와 독립적으로 작동하는 직렬 포트 수신기는 이러한 바이트를 수신하여 64바이트 버퍼에 저장합니다. 6 표.
프로그램이 버퍼에 수신된 바이트가 있는지 확인하기 위해 해당 번호를 반환하는 Serial.available() 함수가 있습니다. 그렇다면 Serial을 사용하는 프로그램입니다. read()는 버퍼에서 바이트를 읽고 그 값(받은 문자 코드)을 C char 변수에 할당합니다. 다음으로 조건문은 코드와 패턴을 비교하여 일치하면 LED를 켜거나 끕니다. 정보를 수신하는 데 사용된 것과 동일한 직렬 포트 모니터를 사용하여 명령을 보낼 수 있습니다. 창 상단(그림 6)에는 전송된 문자를 입력하는 줄이 있습니다. 키보드에서 기호나 순서를 입력한 후 "제출" 화면 버튼을 누릅니다. Arduino 보드에서 "Rx" LED가 잠시 깜박이면서 마이크로컨트롤러가 정보를 수신했음을 나타냅니다. 물론 코드의 수동 전송은 쉽지만 최선의 관리 방법과는 거리가 멀다. 일반적으로 이를 위해 특별한 컴퓨터 제어 프로그램이 작성됩니다.
따라서 Arduino 마이크로 컨트롤러 보드를 사용하면 여러 가지 간단한 전자 장치를 비교적 쉽게 만들 수 있습니다. 디지털 입력-출력으로 제한하면 자동 조명 효과, 가장 간단한 도난 경보기, 디지털 센서가 있는 다양한 매개 변수의 미터가 될 수 있습니다. 또한 장치가 컴퓨터와 상호 작용하도록 만드는 것이 쉽습니다. 당연히 Arduino의 기능은 이 기사에 설명된 기능에 국한되지 않습니다. 이 보드는 나중에 설명할 아날로그 신호로도 작동할 수 있습니다. 기사에서 언급한 Arduino용 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/diginout.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 저자: D. Lekomtsev
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