Отчёт по практике Arduino. Отчет. Программирование микроконтроллеров в среде Arduino

• Название: Программирование микроконтроллеров в среде Arduino
• Анкор: Отчёт по практике Arduino
• Дата: 14.05.2022
• Размер: 2.74 Mb.
• Имя файла: Отчет.docx
• Тип: Отчет; #528283
• страница: 2 из 4

2. Какой результат работы устройства будет получен, если свет от светодиода будет падать на фоторезистор?

Ответ: светодиод начнет мигать.

3. Если все же фоторезистор установлен между аналоговым входом иземлей (как сказано в первом вопросе), то каким образом нужно изменитьпрограмму, чтобы устройство работало верно?

Ответ: изменитьстрочку: intlightness = 1023 - analogRead(LDR_PIN);


4. Допустим, у нас есть код if (условие) {действие;}В каких случаях будет выполнено действие?

Ответ: действие будет выполнено, если условие является истинным.


5. При каких значениях y выражение x+y>0 будет истинным, еслиx>0?

Ответ: у> -x


6. Обязательно ли указывать, какие инструкции выполнять, если условие в операторе if ложно?

Ответ: если условие всегда ложно, то достаточно написать код из ветки else.


7. Чем отличается оператор == от оператора =?

Ответ: первый логическое равно, второй присвоение.

8. Если используется конструкцияif (условие) действие1;else действие2;может ли быть ситуация, когда ни одно из действий не выполнится?Почему?

Ответ: нет так как логическое условие может быть истиной или ложью.

Вывод: Сегодня я научилсяуправлять включением светодиода, подключенного к платеArduino, в зависимости от уровня освещенности фоторезистора и порога,заданного потенциометром

Упражнение №6. Пульсар

Цель: программное управление яркостью свечения светодиодной шкалы, подключенного к плате Arduino через транзистор.

На рисунке 6.1 представлена схема электрическая принципиальная.



Рисунок 6.1 – Схема электрическая принципиальная

На рисунке 6.2 представлена схема, собранная в программной среде SimulIDE.



Рисунок 6.2 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

1. Изменена программа так, чтобы яркость шкалы росла только до половины от максимальной.

#defineCONTROL_PIN 9

int brightness = 0;

voidsetup() {pinMode(CONTROL_PIN, OUTPUT);}

voidloop()

{ brightness = (brightness + 1) % 128;

analogWrite(CONTROL_PIN, brightness);

delay(10);}

Листинг 6.2 – Листинг программы

2. Изменена программа так, чтобы шкала становилась максимально яркой в три раза быстрее, без изменения функции delay().

#defineCONTROL_PIN 9

int brightness = 0;

voidsetup() {pinMode(CONTROL_PIN, OUTPUT);}

voidloop()

{ brightness = (brightness + 3) % 256;

analogWrite(CONTROL_PIN, brightness);

delay(10);}

Листинг 6.3 – Листинг программы

3. Изменена программа так, чтобы такой же результат был получен без использования операции %.

#defineCONTROL_PIN 9

int brightness = 0;

voidsetup() {pinMode(CONTROL_PIN, OUTPUT);}

voidloop()

{ brightness = (brightness<256) ? (brightness + 1) : 0;

analogWrite(CONTROL_PIN, brightness);

delay(10);}

Листинг 6.4 – Листинг программы

Ответы на вопросы:


1. Почему у светодиодной шкалы на 10 сегментов 20 ножек?

Ответ: потому что это 10 анодов и 10 катодов


2. Зачем в схеме биполярный транзистор? Какой он проводимости?

Ответ: Без транзистора такое количество светодиодов будет потреблять больше тока, чем 40 мА, которые может себе позволить цифровой порт платы, на который установлен БТ, для управления большим током с помощью малого.


3. За счет чего увеличивается яркость шкалы?

Ответ: за счет использования ШИМ на 9 пине.


4. Почему после достижения значения 255 переменная brightnessобнуляется?

Ответ: analogWrite принимает значение в диапазоне от 0 до 255, поэтому мы получаем остаток от деления на 256.

Вывод: Я освоил программное управление яркостью свечения светодиодной шкалы, подключенного к плате Arduino через транзистор

Упражнение №7. Бегущий огонек

Цель: организация эффекта «бегущий огонь» на светодиодной шкале,подключенной к плате Arduino.

На рисунке 7.1 представлена схема электрическая принципиальная.



Рисунок 7.1 – Схема электрическая принципиальная

На рисунке 7.2 представлена схема, собранная в программной среде SimulIDE.



Рисунок 7.2 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

1. Код изменён так, чтобы светодиоды переключались раз в секунду.

#defineFIRST_LED_PIN 2

#defineLAST_LED_PIN 11

voidsetup()

{for (int pin = FIRST_LED_PIN; pin <= LAST_LED_PIN; pin++)

pinMode(pin, OUTPUT);}

voidloop()

{ unsignedint ms = millis();

int pin = FIRST_LED_PIN + (ms / 1000) % 10;

digitalWrite(pin, HIGH); delay(10);

digitalWrite(pin, LOW);}

Листинг 7.2 – Листинг программы

2. Без выключения портов сделано так, чтобы огонек бежал только по средним четырем делениям шкалы.

#defineFIRST_LED_PIN 2

#defineLAST_LED_PIN 11

voidsetup(){

for (int pin = FIRST_LED_PIN; pin <= LAST_LED_PIN; pin++)pinMode(pin, OUTPUT);}

voidloop()

{ unsignedint ms = millis();

int pin = (ms / 120) % 4 + 5;

digitalWrite(pin, HIGH);

delay(10);

digitalWrite(pin, LOW);}

Листинг 7.3 – Листинг программы

3. Программа изменена: вместо intpin = FIRST_LED_PIN + (ms / 120) % 10 перемещением огонька управляет цикл for.

#defineFIRST_LED_PIN 2

#defineLAST_LED_PIN 11

voidsetup()

{ for (int pin = FIRST_LED_PIN; pin <= LAST_LED_PIN; pin++)

pinMode(pin, OUTPUT);}

voidloop()

{ for (int pin = 2; pin<12; pin++)

{ digitalWrite(pin, HIGH);

delay(120);

digitalWrite(pin, LOW); }}

Листинг 7.4 – Листинг программы

4. Неменяяместамипровода, изменена программатак, чтобы огонек бегал в обратном направлении.

#defineFIRST_LED_PIN 2

#defineLAST_LED_PIN 11

voidsetup(){

for (int pin = FIRST_LED_PIN; pin <= LAST_LED_PIN; pin++) pinMode(pin, OUTPUT);}

voidloop()

{ unsignedint ms = millis();

int pin = LAST_LED_PIN - (ms / 120) % 10;

digitalWrite(pin, HIGH);

delay(10);

digitalWrite(pin, LOW);}

Листинг 7.5 – Листинг программы

Ответы на вопросы:


1. Почему в данном упражнении светодиодная шкала подключается безиспользования транзистора?

Ответ: потому что здесь для каждого светодиода мы используем собственный пин.


2. Если бы светодиоды были бы подключены только к портам 5, 6, 7, 8и 9, что нужно было бы изменить в программе?

Ответ: #defineFIRST_LED_PIN 5

#defineLAST_LED_PIN 9


3. С помощью какой другой инструкции можно выполнить действие,эквивалентное ++pin?

Ответ: pin = pin + 1


4. В чем разница между переменными типов int и unsigned int?

Ответ: они имеют одинаковую размерность, но разный диапазон, так как второй тип является беззнаковым.


5. Что возвращает функция millis()?

Ответ: время в миллисекундах, прошедшее с момента включения микроконтроллера


6. Как в данном упражнении вычисляется номер порта, на которомнужно включить светодиод?

Ответ: int pin = FIRST_LED_PIN + (ms / 120) % 10;

Вывод: Произведенаорганизация эффекта «бегущий огонь» на светодиодной шкале,подключенной к плате Arduino

Упражнение №8. Мерзкое пианино

Цель: управление частотой пьезодинамика в зависимости от нажатойкнопки.



Рисунок 8.1 – Схема электрическая принципиальная



Рисунок 8.2 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

1. Пианино звучит в диапазоне от 2 кГц до 5 кГц.

#defineBUZZER_PIN 13

#defineFIRST_KEY_PIN 7

#defineKEY_COUNT 3

voidsetup(){pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);}

voidloop(){for (int i = 0; i
int keyPin = i + FIRST_KEY_PIN;

boolean keyUp = digitalRead(keyPin);

if(!keyUp) {int frequency = 2000 + i * 1500;

tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);

}}}

Листинг 8.2 – Листингпрограммы

2. Добавлено еще 2 кнопки и изменена программатак, чтобы можно было извлечь 5 различных нот.

#defineBUZZER_PIN 13

#defineFIRST_KEY_PIN 7

#defineKEY_COUNT 5

voidsetup(){pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);}

voidloop(){

for (int i = 0; i
int keyPin = i + FIRST_KEY_PIN;

boolean keyUp = digitalRead(keyPin);

if(!keyUp) {

int frequency = 2000 + i * 500;

tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);

}}}

Листинг 8.3 – Листингпрограммы



Рисунок 8.3 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

3. Подключены кнопки по схеме с подтягивающим к земле резистором.



Рисунок 8.4 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

#defineBUZZER_PIN 13

#defineFIRST_KEY_PIN 7

#defineKEY_COUNT5

voidsetup(){pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);}

voidloop()

{ for (int i = 0; i
int keyPin = i + FIRST_KEY_PIN;

boolean keyUp = digitalRead(keyPin);

if (keyUp) {

int frequency = 2000 + i * 500;

tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);}}}

Листинг 8.3 – Листингпрограммы

Ответы на вопросы:


1. Почему порты, к которым подключены кнопки, не настраивались какINPUT, но устройство работает?

Ответ: потому что, они по умолчанию INPUTдля digitalRead.


2. Каким образом удалось избежать написания отдельного кода длячтения каждой кнопки?

Ответ: благодаря использованию цикла, который «проходит» по всем кнопкам от FIRST_KEY_PIN до KEY_COUNT


3. Почему разные «ноты», издаваемые пьезодинамиком, звучат с разной громкостью?

Ответ: у нот разные частоты, а чем выше частота, тем громче она звучит.


4. С какой целью в этом упражнении используется оператор логического отрицания !?

Ответ: Поскольку мы собрали схему с подтягивающим резистором, при нажатии кнопки мы будем получать на соответствующем порте 0.

Вывод: Теперь я умею реализовыватьуправление частотой пьезодинамика в зависимости от нажатойкнопки.

Упражнение №9. Миксер

Цель: создать модель миксера с двумя скоростями работы на основеплаты Arduino.



Рисунок 9.1 – Схема электрическая принципиальная



Рисунок 9.2 – Схема, собранная в программной среде TinkerCAD
#defineMOTOR_PIN 9

#defineFIRST_BUTTON_PIN 5

#defineBUTTON_COUNT 3

#defineSPEED_STEP (255 / (BUTTON_COUNT - 1))
voidsetup()

{

pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);

for (int i = 0; i
pinMode(i + FIRST_BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

}
voidloop()

{

for (int i = 0; i
if (digitalRead(i + FIRST_BUTTON_PIN))

continue;

int speed = i * SPEED_STEP;

analogWrite(MOTOR_PIN, speed);

}

}

Листинг 9.1 – Листингпрограммы

1. Внесено единственное изменение в программу, после которого максимальная скорость вращения мотора составит половину от возможной.

#defineMOTOR_PIN 9

#defineFIRST_BUTTON_PIN 5

#defineBUTTON_COUNT 3

#defineSPEED_STEP (127 / (BUTTON_COUNT - 1))
voidsetup()

{

pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);

for (int i = 0; i
pinMode(i + FIRST_BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

}
voidloop()

{

for (int i = 0; i < BUTTON_COUNT; ++i) {

if (digitalRead(i + FIRST_BUTTON_PIN))

continue;

int speed = i * SPEED_STEP;

analogWrite(MOTOR_PIN, speed);

}

}

Листинг 9.2 – Листингпрограммы
2. Переписана программа без использования инструкции continue.

#defineMOTOR_PIN 9

#defineFIRST_BUTTON_PIN 5

#defineBUTTON_COUNT 3

#defineSPEED_STEP(127 / (BUTTON_COUNT - 1))

voidsetup()

{ pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);

for (int i = 0; i
pinMode(i + FIRST_BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

}
voidloop()

{ for (int i = 0; i
if(!digitalRead(i + FIRST_BUTTON_PIN))

{

int speed = i * SPEED_STEP;

analogWrite(MOTOR_PIN, speed);

}

}

}

Листинг 9.3 – Листингпрограммы

3. Добавлена в схему еще одну кнопка, у миксера теперь три режима.



Рисунок 9.3 – Схема, собранная в программной среде TinkerCad
#defineMOTOR_PIN 9

#defineFIRST_BUTTON_PIN 4

#defineBUTTON_COUNT 4

#defineSPEED_STEP (255 / (BUTTON_COUNT - 1))

voidsetup()

{

pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);

for (int i = 0; i
pinMode(i + FIRST_BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

}
voidloop()

{

for (int i = 0; i
if (digitalRead(i + FIRST_BUTTON_PIN))

continue;

int speed = i * SPEED_STEP;

analogWrite(MOTOR_PIN, speed);

}

}

Листинг 9.4 – Листингпрограммы


1. Зачем в схеме использован диод?

Ответ: Защитный диод в цепи транзистора нужен для того, чтобы ток обратного направления, который начнет создавать двигатель, вращаясь поинерции, не вывел транзистор из строя.


2. Почему использован полевой MOSFET-транзистор, а не биполярный?

Ответ: полевые транзисторы обладают высоким входным сопротивлением по постоянному току, и даже управление на высокой частоте не приводит к значительным затратам энергии.


3. Почему между портом Arduino и затвором транзистора не установлен резистор?

Ответ: потому что использован режим работы портов: INPUT_PULLUP


4. Как работает инструкция continue, использованная в цикле for?

Ответ: continue – оператор безусловного перехода к следующей итерации цикла for.

Вывод:Создана модель миксера с двумя скоростями работы на основеплаты Arduino.

Упражнение №10. Кнопочныйпереключатель

Цель: программная реализация триггера с предотвращением эффекта«дребезга контактов» кнопки, подключенной к плате Arduino.



Рисунок 10.1 – Схема электрическая принципиальная



Рисунок 10.2 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

1. 
   Код изменён: светодиод переключается толькопосле отпускания кнопки.
   

#defineBUTTON_PIN 3

#defineLED_PIN 13

boolean buttonWasUp = true;

boolean ledEnabled = false;

voidsetup()

{ pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);}

voidloop()

{ boolean buttonIsUp = digitalRead(BUTTON_PIN);

if(!buttonWasUp&& buttonIsUp) {delay(10);

buttonIsUp = digitalRead(BUTTON_PIN);

if (buttonIsUp)

{ledEnabled = !ledEnabled;

digitalWrite(LED_PIN, ledEnabled);}}

buttonWasUp = buttonIsUp;}

Листинг 10.2 – Листинг программы

2. В схему добавлена еще одна кнопка, чтобы светодиод зажигается только при нажатии обеих кнопок.



Рисунок 10.3 – Схема, собранная в программной среде SimulIDE

#define BUTTON_PIN3

#define BUTTON_PIN25

#define LED_PIN13

boolean buttonWasUp = true; boolean button2WasUp = true;

boolean ledEnabled = false; boolean button1 = false; boolean button2 = false;

void setup() { pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

pinMode(BUTTON_PIN2, INPUT_PULLUP); }

void loop() { boolean buttonIsUp = digitalRead(BUTTON_PIN);

boolean button2IsUp = digitalRead(BUTTON_PIN2);

if (buttonWasUp && !buttonIsUp) { delay(10);

buttonIsUp = digitalRead(BUTTON_PIN);

if (!buttonIsUp) button1 = !button1; }

if (button2WasUp && !button2IsUp) { delay(10);

button2IsUp = digitalRead(BUTTON_PIN2);

if (!button2IsUp) button2 = !button2; }

if ((button1 * button2) ==1) {

ledEnabled = true;

digitalWrite(LED_PIN, ledEnabled);

}

else ledEnabled = false;

digitalWrite(LED_PIN, ledEnabled);

buttonWasUp = buttonIsUp;

button2WasUp = button2IsUp;

}

Листинг 10.3 – Листингпрограммы

Ответы на вопросы: