Komunikacja z komputerem

Komunikacja na linii komputer‑Arduino odbywa się z wykorzystaniem protokołu UART. Jest to praktycznie ten sam interfejs komunikacyjny co RS232 opracowany przez firmę Gordon Bell, z tą różnicą, że RS232 pracuje przy napięciach od -15 V do 15 V, a UART wykorzystuje napięcia od 0 V do 5 V. UART jest protokołem szeregowym. Działa na zasadzie wysyłania ciągu bitów, które składane są w pojedyncze ramki informacji. Ramka protokołu UART składa się z:

• bitu startu,

• od 5 do 8 bitów danych,

• bitu parzystości (opcjonalnego),

• bitu stopu o wartości 1, 1,5 lub 2 bitów.

RMHOOE1RGHZAK

Na ilustracji przedstawiono ramkę protokołu UART. Składa się z dwóch równoległych linii przecinających się w różnych miejscach tak, że tworzą pięciokąty na brzegach i sześciokąty foremne w środku. Od lewej Bit startu, w pięciokącie 0 LBS, w siedmiu sześciokątach kolejno wpisano: 1, 2, 3, 4, 5 ,6, 7 (MSB), pod ostatnim pięciokątem tekst: Bit Parzystości (opcjonalny). Na końcu pod górną linią tekst: Bit stopu. Pod sześciokątem z cyfrą 2 tekst: Bit.

Dodatkowo piny cyfrowe 0 oraz 1 na płytce Arduino Uno są oznaczone jako RX oraz TX. Dzięki tym właśnie wyprowadzeniom możemy komunikować się za pośrednictwem protokołu UART z innymi urządzeniami.

Wysyłanie informacji z płytki do komputera

Aby wysyłać informacje z płytki Arduino do komputera, musimy określić w szkicu prędkość transmisji. Służy do tego polecenie Serial.begin(prędkość).

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

void loop() {

}

Ustawiliśmy prędkość 9600 bodówbodbodów (baudów). Wystarcza ona do komunikowania się z komputerem. Pamiętajmy, aby tę samą prędkość ustawić w Monitorze portu szeregowego. Klikamy Monitor portu szeregowego w Arduino IDE.

RPCERQDRHVBMH

Zrzut ekranu przedstawiający środowisko Arduino 1.8.12. Znajduję się na nim menu opcji, poniżej sześć ikon, a pod nimi fragment programu z zakładką z nazwą dokumentu: sketch_mar18a. Po lewej stronie paska z ikonami znajduję się ikona opisana: Monitor portu szeregowego.

Następnie na dole okna ustawiamy prędkość równą 9600.

R9SH1R6853KAL

Zrzut ekranu przedstawiający okno COM3. Na górze znajduje się długi pasek, po którego prawej stronie jest przycisk Wyślij. Poniżej znajduje się pusty obszar, pod którym umieszczono po lewej dwa pola wyboru: Autostart – zaznaczona oraz pokaż znacznik czasu; po prawej dwa rozwijane menu z wybranymi opcjami: Nowa linia, 9600 baund. Obok nich przycisk Wyczyść okno. Strzałka wskazuje świecące na niebiesko pole 9600 baund.

Po wgraniu szkicu i włączeniu Monitora portu szeregowego nic na ekranie się nie pojawia. Dodajmy instrukcję wyświetlającą napis Witaj świecie.

void setup() {
	Serial.begin(9600);
	Serial.println("Witaj świecie");
}

void loop() {

}

R1BJRMRPEPKE5

Zrzut ekranu przedstawiający okno COM3. Na górze znajduje się długi pasek, po którego prawej stronie jest przycisk Wyślij. Poniżej znajduje się biały obszar z tekstem: Witaj świecie. Pod nim umieszczono po lewej dwa pola wyboru: Autostart – zaznaczona oraz pokaż znacznik czasu; po prawej dwa rozwijane menu z wybranymi opcjami: Nowa linia, 9600 baund. Obok nich przycisk Wyczyść okno.

Pierwsza symulacja

1

Krok 1 - Przygotowanie środowiska

Krok 1 - Przygotowanie środowiska

Przejdźmy teraz do symulatora układów Tinkercad.

Znajdź na liście moduł Arduino Uno, kliknij na niego i przenieś na środek okna.

R1SX587OVVNGA

Na zrzucie ekranu przedstawione jest środowisko Tinkercad. Ponad obszarem roboczym znajduję się tytuł: 0929 Arduino – pierwszy układ elektroniczny - Serial. W obszarze roboczym znajduje się płytka Arduino. Obok niej okno Arduino Uno 3, gdzie znajduje się pole Nazwa z wpisaną wartością 1. Po prawej okno z kompletami.

Krok 2 - Kodowanie

Krok 2 - Kodowanie

Teraz klikamy na przycisk Kod, z listy wybieramy Tekst, potwierdzamy chęć zmiany widoku i usuwamy zawartość, a następnie przechodzimy do pisania kodu.

R7KOL4J9A9PR2

Na zrzucie ekranu przedstawione jest środowisko Tinkercad Ponad obszarem roboczym znajduję się tytuł: 0929 Arduino – pierwszy układ elektroniczny - Serial. W obszarze roboczym znajduje się płytka Arduino. Po prawej stronie znajduje się pole Tekst oraz przyciski: : Kod – w kolorze niebieskim, Uruchom symulację, Eksportuj oraz Udostępnij. Pole Tekst zawiera kod: 1. void setup() { 2. Serial.begin(9600); 3. Serial.println(‘’Witaj świecie’’); 4. } 5. 6. void loop() { 7. 8. }.

Krok 3 - Uruchamianie

Krok 3 - Uruchamianie

Aby uruchomić Monitor portu szeregowego, należy kliknąć na belkę z napisem: Konsola szeregowa.

Sprawdźmy, czy nasza komunikacja zadziała. Uruchamiamy symulację.

R1SHF7TTRVPPZ

Na zrzucie ekranu przedstawione jest środowisko Tinkercad Ponad obszarem roboczym znajduję się tytuł: 0929 Arduino – pierwszy układ elektroniczny - Serial. W obszarze roboczym znajduje się płytka Arduino. Po prawej stronie znajduje się pole Tekst z kodem: 1. void setup() { 2. Serial.begin(9600); 3. Serial.println(‘’Witaj świecie’’); 4. } 5. 6. void loop() { 7. 8. }. Poniżej znajduje się Konsola szeregowa, w której wyświetla się tekst: Witaj Åwiecie. Pod nią puste pole, nieaktywny przycisk Wyślij, przycisk Wyczyść oraz przycisk z rysunkiem łamanych linii.

Ważne!

Niestety środowisko Tinkercad ma problemy z polskimi znakami. Jeśli kogoś razi to bardzo w oczy możemy w kodzie usunąć polskie znaki diakrytyczne.

Ważne!

Zmiana kodu możliwa jest tylko wtedy, gdy symulacja jest wyłączona.

W celu usunięcia informacji wyświetlanych w Konsoli, należy nacisnąć przycisk Wyczyść.

Sterowanie płytką Arduino z komputera

Teraz napiszmy program, który za pomocą komendy wydanej w Monitorze portu szeregowego włączy lub wyłączy diodę.

Aby program działał prawidłowo, zbudujmy odpowiedni układ. Jest on bardzo podobny do tego skonstruowanego wcześniej. Różni się tylko tym, że dioda jest podpięta do pinu 9. zamiast 13., tak aby pokazać, że możemy sterować każdym pinem cyfrowym.

RUCCJNNMK4JPV

Ilustracja przedstawiająca płytkę Arudino oraz sześćdziesięciowierszową płytkę stykową. Z pinu Arduino podpisanego 9 poprowadzono czerwony przewód, którego drugi koniec umieszczono na płytce stykowej w otworze J31. Ze złącza GND na Arduino poprowadzono czarny przewód, którego drugi koniec umieszczono na płytce stykowej w otworze J36. Na płytce stykowej znajduje się rezystor oraz czerwona dioda LED. Rezystor posiada kolejno oznaczenia: czerwony, czerwony, brązowy, złoty. Pierwsza nóżka rezystora wpięta jest w otworze I31, a druga w otworze I35. Pierwsza noga diody LED wpięta jest w otworze G35, a druga w otworze G36.

W funkcji setup() ustawiamy pin numer 9 jako pin wyjściowy. Następnie inicjujemy transmisję szeregową i ustawiamy jej prędkość.

void setup() {
	pinMode(9, OUTPUT);
	Serial.begin(9600);
}

Używając instrukcji warunkowej if sprawdzamy, czy została wysłana do płytki jakaś informacja. Jeżeli tak było, odczytujemy ją za pomocą deklaracji Serial.read(); i zapisujemy w zmiennej typu char o nazwie znak.

char znak;

void loop() {
	if (Serial.available() > 0) {
		znak = Serial.read();
		
		if (znak == '1') {
			digitalWrite(9, HIGH);
		} else if (znak == '2') {
			digitalWrite(9, LOW);
		}
	}
}

Założyliśmy, że liczba 1 będzie włączać diodę LED podpiętą do pinu 9., natomiast liczba 2 będzie tę diodę wyłączać.

Korzystamy znowu z instrukcji warunkowej if i tym razem sprawdzamy, co znajduje się w zmiennej znak. Informacja pobrana z portu szeregowego jest znakiem 1 lub 2. Jeżeli jest to znak 1, to ustawiamy stan pinu 9. na wysoki; natomiast jeżeli jest to liczba 2, ustawiamy stan pinu 9. na niski. Wgrywamy szkic do płytki Arduino i sprawdzamy czy działa prawidłowo.

Poniżej prezentujemy pełen program.

char znak;

void setup() {
	pinMode(9, OUTPUT);
	Serial.begin(9600);
}

void loop() {
	if (Serial.available() > 0) {
		znak = Serial.read();
		
		if (znak == '1') {
			digitalWrite(9, HIGH);
		} else if (znak == '2') {
			digitalWrite(9, LOW);
		}
	}
}

Po wgraniu szkicu otwieramy Monitor portu szeregowego i wpisujemy znak 1. Aby ta instrukcja (znak) została wysłana do Arduino, wciskamy [Enter] lub klikamy przycisk Wyślij.

Słownik