programación con Arduino
La programación de Arduino es la programación de un microcontrolador. Esto era algo más de los ingenieros electrónicos, pero Arduino lo ha extendido a todo el público. Arduino ha socializado la tecnología.
Programar Arduino consiste en traducir a líneas de código las tareas automatizadas que queremos hacer leyendo de los sensores y en función de las condiciones del entorno programar la interacción con el mundo exterior mediante unos actuadores.
Arduino proporciona un entorno de programación sencillo y potente para programar, pero además incluye las herramientas necesarias para compilar el programa y “quemar” el programa ya compilado en la memoria flash del microcontrolador. Además el IDE nos ofrece un sistema de gestión de librerías y placas muy práctico. Como IDE es un software sencillo que carece de funciones avanzadas típicas de otros IDEs, pero suficiente para programar.
Estructura de un sketch
Un programa de Arduino se denomina sketch o proyecto y tiene la extensión .ino. Importante: para que funcione el sketch, el nombre del fichero debe estar en un directorio con el mismo nombre que el sketch.
No es necesario que un sketch esté en un único fichero, pero si es imprescindible que todos los ficheros estén dentro del mismo directorio que el fichero principal.
La estructura básica de un sketch de Arduino es bastante simple y se compone de al menos dos partes. Estas dos partes son obligatorios y encierran bloques que contienen declaraciones, estamentos o instrucciones.
- setup()
- loop()
Adicionalmente se puede incluir una introducción con los comentarios que describen el programa y la declaración de las variables y llamadas a librerías.
Lenguaje de programación arduino
El lenguaje de programación de Arduino es C++. No es un C++ puro sino que es una adaptación que proveniente de avr-libc que provee de una librería de C de alta calidad para usar con GCC (compilador de C y C++) en los microcontroladores AVR de Atmel y muchas utilidades específicas para las MCU AVR de Atmel como avrdude: https://learn.sparkfun.com/tutorials/pocket-avr-programmer-hookup-guide/using-avrdude
Las herramientas necesarias para programar los microcontroladores AVR de Atmel son avr-binutils, avr-gcc y avr-libc y ya están incluidas en el IDE de Arduino, pero cuando compilamos y cargamos un sketch estamos usando estas herramientas.
Aunque se hable de que hay un lenguaje propio de programación de Arduino, no es cierto, la programación se hace en C++ pero Arduino ofrece una api o core que facilitan la programación de los pines de entrada y salida y de los puertos de comunicación, así como otras librerías para operaciones específicas. El propio IDE ya incluye estas librerías de forma automática y no es necesario declararlas expresamente.
Cuando compilamos y cargamos el programa en Arduino esto es lo que ocurre:
Además todo esto no solo es válido para las placas Arduino, sino para muchas otras placas y microcontroladores que usando el mismo lenguaje de programación tenemos soporte para compilarlo y transferir el código binario a la memoria flash del microcontrolador.
Un ejemplo de uso de funciones AVR que no dispone el entorno de Arduino es cuando queremos hacer delays muy pequeños. La función delayMircoseconds() puede hacer el delay más pequeño con el lenguaje de Arduino que es de 2 microsegundos.
Para delays menores es necesario usar ensamblador y en concreto la función ‘nop’ (no operation. Cada llamada a ‘nop’ ejecuta un ciclo de reloj que para 16 MHz es un retraso de 62,5 ns.
1 2 | __asm__("nop\n\t"); __asm__("nop\n\t""nop\n\t""nop\n\t""nop\n\t"); |
Otra característica propia de la programación de microcontroladores en C++ son el acceso a los elementos de HW mediante la lectura y escritura en los registros del microcontrolador.
Los registros son unas zonas concretas de la memoria RAM accesibles directamente desde la CPU o desde otros elementos del microcontrolador que permite hacer operaciones directas.
Librerías
Las librerías son trozos de código hechos por terceros que usamos en nuestro sketch. Esto nos facilita mucho la programación y hace que nuestro programa sea más sencillo de hacer y de entender. En este curso no veremos como hacer o modificar una librería pero en este curso debemos ser capaces de buscar una librería, instalarla, aprender a usar cualquier librería y usarla en un sketch.
Las librerías normalmente incluyen los siguientes archivos comprimidos en un archivo ZIP o dentro de un directorio. Estas siempre contienen:
- Un archivo .cpp (código de C++)
- Un archivo .h o encabezado de C, que contiene las propiedades y métodos o funciones de la librería.
- Un archivo Keywords.txt, que contiene las palabras clave que se resaltan en el IDE (opcional).
- Muy posiblemente la librería incluye un archivo readme con información adicional de lo que hace y con instrucciones de como usarla.
- Directorio denominado examples con varios sketchs de ejemplo que nos ayudará a entender cómo usar la librería (opcional).
La instalación de librerías se puede hacer directamente desde el gestor de librerías o manualmente.
Ejemplo de programacion
