Arduino-uno en pratique (eBook)

1 LE MODULE ARDUINO-UNO

Le module Arduino-UNO s'articule autour d'un microcontrôleur ATmel®. Celui qui nous intéresse : l'Arduino-UNO R3 (pour version 3) utilise un Atmega 328P au format DIL étroit à 28 broches pour l'unité centrale et un autre en composant de surface (CMS) pour le convertisseur USB. Vous l'avez certainement compris, l'interface de programmation USB est intégrée au module. Aucun frais supplémentaire à envisager de ce côté, un simple câble suffit. Du côté technique, il est possible de l’alimenter directement par le port USB, ou par une source externe comprise entre 7 et 12 volts. Les modules Arduino présentent le grand intérêt d’être développés en « open-source ». Pour rester simple, sachez que les schémas, les programmes et tout ce qui les concerne est en libre téléchargement sous licence « Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 ». Lorsque vous achetez un Arduino, vous ne payez que les composants et le travail, tout le développement est offert. Vous pouvez ainsi réaliser son propre module en reprenant le schéma. Rien ne vous empêche, si vous en avez les compétences, de l’améliorer auprès de cette communauté participative.

1.2 - CARACTÉRISTIQUES

La figure 1.1 montre les différents composants et l’organisation du module Arduino-UNO R3 avec la fonction de chaque broche. Ce module comporte trois types de mémoires (Flash, Ram et EEprom) et une vitesse d’horloge de 16MHz. Nous disposons de 20 lignes d'entrée / sortie dont 6 dédiées au convertisseur analogique / numérique sur 10 bits. Six des vingt lignes peuvent sortir un signal PWM (ou MLI en français) à destination de servomoteurs, par exemple. L'Arduino gère plusieurs protocoles de communication : Sériel, SPI et I2C. Le langage de programmation, proche du « C », est relativement facile à utiliser du fait de librairies, ou bibliothèques, additionnelles pour chaque composant spécifique. Celles-ci sont fournies gratuitement, même lorsqu'elles ne sont pas déjà intégrées au logiciel de programmation « Arduino ».

Le programme chargé en mémoire n’est pas interprété mais compilé, ce qui explique sa vitesse d’exécution. Un mini programme : le « bootloader », préprogrammé dans l’ATmega permet la communication entre l’Arduino-UNO et le logiciel de l’ordinateur auquel il est relié pour charger la mémoire flash.

1.3 - LE SCHÉMA

Pour information, la figure 1.2 donne le schéma du module Arduino-UNO R3. Dans la partie supérieure, vous pouvez distinguer l'embase d'alimentation et les régulateurs de +5V et de +3,3V. La section gauche montre le circuit de programmation avec l'embase USB, l'ATMEGA 16U2-MU et son quartz de 16MHz. Les leds jaune (yellow) marquées TX et RX visualisent l'activité de la communication. A gauche, l'ATMEGA328P-PU représente le microcontrôleur de l'Arduino-UNO qui nous intéresse réellement, celui que nous allons programmer pour nos applications. Notez qu'il est également cadencé par un quartz de 16MHz. A sa droite et légèrement au dessus, vous trouvez les connecteurs donnant accès aux lignes d'entrée / sortie (IOL et IOH), aux entrées analogiques (AD), aux tensions et broches de service (POWER). Le connecteur ICSP1 permet de reprogrammer le microcontrôleur dédié à la communication USB et ICSP sert à loger le « bootloader » dans l'ATMEGA328P-PU. Ces deux derniers connecteurs ne seront pas mis à contribution dans ce livre, leur mise en œuvre sortant du cadre de cet ouvrage.

A l’évidence, nous n’interviendrons pas au sein de ce module mais il est toujours bon de connaître les base du fonctionnent d'un circuit avant de l'utiliser.

1.4 - LE LANGAGE DE L’ARDUINO

L’Arduino se programme en « C » ou un langage très proche avec des conventions d’écriture inhérentes à celui-ci. Ceux d'entre vous habitués au « BASIC » n'éprouveront pas de grandes difficultés à migrer vers ce langage après quelques expérimentations.

Ne soyez pas déroutés, Les concepteurs de l'Arduino ont décidé d'employer des termes particuliers pour certaines dénominations. Par exemple, un programme se nomme un « sketch » ou croquis en français. Un croquis n’est pas téléchargé ou chargé en mémoire, mais « téléversé ». Il faut accepter ces bizarreries !

Le fichier d'un croquis se termine par l'extension « .ino » et doit se trouver dans un répertoire (dossier) portant le même nom. La communauté française s’intéressant à ces modules est très active, certains se sont chargés de traduire toutes les documentations et références se rapportant à ce module. Les liens Internet se trouvent aisément avec un moteur de recherches. Nous ne pouvons pas décrire l’intégralité des instructions et fonctions de ce langage, notre magazine ressemblerait à un volumineux dictionnaire. Vous trouverez d'autres ouvrages et des sites Internet consacrés à ce sujet. Voyons simplement certaines particularités et conventions d’écriture différenciant le langage « C » du « BASIC » des PICAXE, CUBLOC, etc.

Les lignes de code doivent obligatoirement se terminer par un point virgule « ; ». Plusieurs instructions peuvent prendre place sur une seule ligne, elles doivent être séparées par le point virgule « ; ». Les espaces n'ont aucune incidence, vous pouvez en utiliser pour une meilleure lisibilité.

• Le signe égal « = » est employé uniquement pour attribuer une valeur à une variable ou à une constante.
• Il doit être doublé « == » dans les conditions de test. Voici un exemple pour illustrer les deux situations : if (A == B) {B = 0 ;}. Cette ligne de code se comprend ainsi : « si la valeur de A est égale à la celle de B, alors la variable B prend la valeur 0 ».
• Dans un test « if … » le terme then n’existe pas. Les lignes d’instructions à exécuter sont comprises entre deux accolades « { …… } », si elles tiennent sur plusieurs lignes.
• Des librairies, ou bibliothèques, de fonctions additionnelles servent à travailler avec un composant ou un protocole spécifique. (LiquidCrystal.h ou Wire.h par exemple). Il suffit de les insérer au début du programme avec la directive « include » de cette manière : #include <LiquidCrystal.h>.
• Un programme Arduino comporte impérativement une procédure d’initialisation nommée « void setup() { …….. } » lue une seule fois, et une boucle principale « void loop() { …….. } » exécutée perpétuellement, du début à la fin. L’emploi de fonctions ou procédures personnelles du type : « void ma_fonction() { …….. } » facilite l’édition d’un programme et évite l’emploi de nombreux « goto », non recommandés et peu usités en « C ».
• Hormis ces points particuliers, le reste est assez similaire au « BASIC », tant pour les déclarations que pour le corps du programme.

1.5 - LE LOGICIEL ARDUINO

Il est totalement gratuit et proposé en libre téléchargement sur le site Internet de l'Arduino : http://arduino.cc/en/Main/Software. Téléchargez et installez la dernière version qui convient à la configuration de votre ordinateur (Windows®, Linux® ou Mac®). L’archive, une fois décompressée, comprend le logiciel, les drivers (pilotes pour le module Arduino), les exemples et les...