Void loop что это
Arduino — основы программирования
После ознакомления с основными элементами Arduino, а также написания программы «Hello World!» пришло время для знакомства с языком программирования.
Структура языка основана главным образом на C/C++, поэтому те, кто ранее программировал на этом языке, не будут испытывать затруднений при освоении программирования Arduino. Остальные должны освоить основную информацию о командах управления, типах данных и функциях.
Большая часть информации, содержащейся здесь, будет совместима с любым курсом C/C++, с учетом различий в типах данных, а также несколько конкретных инструкций, касающихся программирования портов ввода/вывода.
Внимание: Рекомендуется ознакомиться (хотя бы бегло) с курсом C++, а именно с системой счисления, алгоритмами, записи кода…
Основы основ
Несколько формальных вещей, то есть таких, о которых все знают, но иногда забывают…
В Arduino IDE, как в C/C++, необходимо помнить о регистрах символов. Ключевые слова, такие как if, for всегда записываются в нижнем регистре. Каждая инструкция заканчивается на «;». Точка с запятой сообщает компилятору, какую часть интерпретировать как инструкцию.
Скобки <..>используются для обозначения программных блоков. Мы используем их для ограничения тела функции (см. ниже), циклов и условных операторов.
Хорошей практикой является добавление комментариев к содержимому программы, это помогает легко понять код. Однострочные комментарии начинаются с // (двойная косая черта). Многострочные комментарии начинаются с /* и заканчиваются на */
Если мы хотим подключить в нашу программу какую-либо библиотеку, мы используем команду include. Вот примеры подключения библиотек:
Функции в Arduino
Функция (подпрограмма) является отдельной частью программы, выполняющая некоторые операции. Функции используются для упрощения основной программы и улучшения читаемости кода. Полезно использовать функции, поскольку мы можем легко использовать их во многих своих проектах.
Стандартный курс программирования содержит информацию о функциях, которые приведем в следующих статьях. В случае с Arduino функции будут обсуждаться в начале, потому что даже простейшая программа должна иметь две специальные функции. Это уже упоминалось в предыдущих статьях, но здесь мы систематизируем эту информацию.
Объявление функции
Схема объявления функции выглядит следующим образом:
тип — это имя любого доступного типа данных на данном языке программирования. Список типов, доступных при программировании Arduino приведем в отдельной статье.
После исполнения, функция вернет значение объявленного типа. В случае, если функция не принимает никакого возвращаемого значения, то тип данных будет «void».
имя_функции позволяет ее однозначно идентифицировать. Для того чтобы вызвать (запустить) функцию, мы даем ей имя.
параметр — параметр вызова функции. Параметры не обязательны, но зачастую они бывают полезны. Если мы напишем функцию, у которой нет аргументов, мы оставляем круглые скобки пустыми.
Внутри скобок «<…>» содержится собственно тело функции или инструкция, которые мы хотим выполнить. Описание конкретных инструкций укажем в отдельной статье.
Все функции, возвращающие значение, заканчиваются оператором return, за которым следует возвращаемое значение. Только функции, объявленные нулевым указателем («void»), не содержат оператор return. Необходимо знать, что оператор return завершает выполнение функции независимо от местоположения.
Ниже приведены некоторые примеры деклараций функций.
Как вы можете видеть на примерах, объявление функции может принимать различные формы в зависимости от ваших потребностей.
Настоятельно рекомендуем вам изучить и применять функции при написании собственных программ. Со временем, у каждого программиста набирается собственная библиотека функций «на все случаи жизни», которая позволяет облегчить и ускорить процесс написания новых программ.
Теперь, когда мы знаем, как можно написать свою собственную функцию, необходимо научиться ее использовать.
Вызов функции
Все функции мы записываем в один файл/программу. Существует конечно более элегантное решение, но мы постараемся описать его в следующий раз.
Объявив функцию, мы можем использовать ее в других функциях с соответствующим именем и любыми требуемыми параметрами. Ниже приведены примеры вызова функций, которые мы привели выше:
Как вы можете видеть в примерах, вызов функции выполняется путем указания его имени и требуемого количества параметров. Важно всегда вызывать функцию в соответствии с ее объявлением.
Если функция f1() объявлена без параметров, то при ее вызове нельзя указывать никакие параметры, т.е. вызов функции f1(0) будет неверным.
Функция plus(int a, int b) требует ровно двух параметров, поэтому вызов с одним или тремя параметрами невозможно.
Вызов y=plus(1,5) приведет к выполнению функции «plus» с параметрами «1» и «5» и сохранить возвращаемое значение в переменную «y».
Функции setup() и loop().
Обладая знаниями об объявлении и вызове функций, мы можем перейти к системным функциям Arduino: setup() и loop(). Arduino IDE в обязательном порядке необходимо объявлять эти две функции.
setup () — это функция, которая вызывается автоматически при включении питания или нажатии кнопки RESET.
В соответствии с ее именем она используется для установки начальных значений переменных, деклараций входов и выходов системы, которые обычно задаются в начальных параметрах. Благодаря своей специфике эта функция не возвращает значения и не вызывается с параметрами. Правильная декларация функции setup() представлена ниже:
loop () — это функция, которая вызывается в бесконечном цикле. Данная функция также не возвращает значения и не вызывается с параметрами. Ниже показано правильное объявление функции loop():
Как вы видите, объявление функции loop () идентично объявлению функции setup (). Различие состоит в выполнении этих функций микроконтроллером.
Теперь мы проанализируем следующий псевдокод:
В функции setup () есть две инструкции: первая включает светодиод led1, подключенный к плате (например, контакт 13), а вторая выключает светодиод led1.
Функция loop () имеет идентичные инструкции для включения и выключения светодиода led2, подключенного к плате (например, контакт 12).
В результате запуска программы светодиод led1 мигнет один раз, в то время как led2 будет загораться и гаснуть до тех пор, пока включено питание Arduino.
Нажатие кнопки RESET приведет к тому, что led1 снова мигнет один раз, а led2 снова начнет постоянно мигать.
Функции arduino void loop () и void setup ()
Функции void loop () и void setup () – именно с них начинается знакомство с программированием под arduino у большинства начинающих. В этой статье мы узнаем, для чего нужны эти функции, что можно, а что нельзя в них писать, а также попробуем найти решение таких проблем как ‘redefinision of void setup’, часто возникающих у новичков в проектах arduino.
Как запускается программа на Arduino
Когда мы подключаем плату Arduino к питанию, то внутри него начинается весьма бурная деятельность встроенных микропрограмм. Микроконтроллер сконфигурирован так, что при запуске системы управление получает программа-загрузчик. Первое, что делает загрузчик – проверяет в течение 1-2 секунд, не начнется ли от пользователя отправка новой программы. Если процесс перепрограммирования начат, то скетч загружается в память и управление отдается ему. Если новых программ нет, то загрузчик выполняет ранее сохраненную программу.
Начав выполнение программы, Arduino выполняет ряд рутинных операций по инициализации и настройке среды окружения и только затем приступает к выполнению того самого кода, который содержится в наших с вами скетчах. Таким образом, ардуино избавляет нас от необходимости помнить все детали архитектуры микропроцессора и сконцентрироваться на стоящей перед нами задаче (это не значит, что мы не должны понимать, что же происходит за кадром, но об этом поговорим в отдельной статье).
Для иллюстрации сказанного приведем фрагмент исходников Arduino, в которых и производится вызов наших функций (файл main.cpp):
Функция main() – это настоящая точка входа в программу, именно она вызывается первой. Как мы видим, в ней вызываются методы инициализации параметров и среды окружения, а затем и наши void setup() и, уже в цикле – void loop();
По идее, мы можем реализовать другую логику запуска и сделать внутри основного метода несколько функций loop, реализуя многопоточность. Но в данной статье мы не будем этого делать. Более подробно о возможности реализации многопоточности можно прочитать в этой замечательной статье.
Для чего нужна функция void setup()
Загрузив программу, Arduino дает нашему коду возможность поучаствовать в инициализации системы. Для этого мы должны указать микроконтроллеру команды, которые он выполнит в момент загрузки и потом забудет про них (т.е. эти команды выполнятся только один раз при старте системы). И именно с этой целью в нашей с вами программе мы должны выделить блок, в котором будут храниться эти команды. void setup(), а верней пространство внутри фигурных скобок этой функции, и является таким местом внутри Arduino скетча.
Синтаксис void setup()
Синтаксис функции setup очень прост:
// тут располагаются команды подпрограммы
В этом примере слово setup – это название функции. Нужно писать именно так, именно в таком регистре. Слово перед названием описывает тип возвращаемых данных. В данном случае никаких данных подпрограмма не возвращает, поэтому мы должны указать слово void. Все команды должны размещаться внутри фигурных скобок <>.
Не забывайте ставить фигурные скобки! Потеря хотя бы одной скобки сразу сделает всю программу непонятной для ардуино. Но и лишние скобки тоже не ставьте – это так же приведет к ошибке.
Примеры void setup()
Чаще всего внутри void setup указываются следующие инструкции:
Если говорить об ошибке redefinision of void setup’, то она возникает в том случае, если мы подключаем модуль или скетч, в котором уже есть данная функция. Это и вызывает ошибку
Функция void loop()
Функция loop это то место, куда мы должны поместить команды, которые будут выполняться все время, пока включена плата Arduino. Начав выполнение с первой команды, микроконтроллер дойдет до конца и сразу же перепрыгнет в начало, чтобы повторить ту же последовательность. И так бесконечное число раз (до тех пор, пока на плату будет подан электричество). Наиболее уместный перевод английского слова loop в даном случае – это цикл (петля).
По своей сути, void loop – это главная функция, точка входа в нашу программу. Arduino повторяет вызов этой функции миллионы раз в секунду, таким образом, вы можете быть уверены, что
Пример void loop()
Так хорошо знакомый пример скетча проекта Blink (маячок). Если бы не функция delay(), мы бы никогда не заметили выключение светодиода, т.к. дойдя до конца, скетч начнет выполняться с первой строчки, в которой он сразу же включится.
Резюме
С помощью функций arduino void loop и void setup мы передаем микроконтроллеру инструкции нашего скетча. Все то, что содержится внутри блока setup выполнится один раз. Содержимое блока loop будет выполняться в цикле до тех пор, пока останется включенным Arduino-контроллер.
Структура программы на языке C++ для Arduino
Рассмотрим пример минимально возможной программы на C++ для Arduino, которая ничего не делает:
Разберёмся что здесь написано и почему это обязательно: почему нельзя обойтись просто пустым файлом.
Из чего состоит программа
Блоки бывают разных видов и какой из них когда будет исполняться зависит от внешних условий. В примере минимальной программы вы можете видеть 2 блока. В этом примере блоки называются определением функции. Функция — это просто блок кода с заданным именем, которым кто-то затем может пользоваться из-вне.
Классика жанра: мигающий светодиод
Давайте теперь дополним нашу программу так, чтобы происходило хоть что-то. На Arduino, к 13-му пину подключён светодиод. Им можно управлять, чем мы и займёмся.
Скомпилируйте, загрузите программу. Вы увидите, что каждую секунду светодиод на плате помигивает. Разберёмся почему этот код приводит к ежесекундному миганию.
Каждое выражение — это приказ процессору сделать нечто. Выражения в рамках одного блока исполняются одно за другим, строго по порядку без всяких пауз и переключений. То есть, если мы говорим об одном конкретном блоке кода, его можно читать сверху вниз, чтобы понять что делается.
Если пронумеровать выражения по порядку, как они исполняются, получится:
Результат от этого не изменится ни на йоту: после компиляции вы получите абсолютно эквивалентный бинарный файл.
Что делают выражения
Теперь давайте попробуем понять почему написанная программа приводит в итоге к миганию светодиода.
Как известно, пины Arduino могут работать и как выходы и как входы. Когда мы хотим чем-то управлять, то есть выдавать сигнал, нам нужно перевести управляющий пин в состояние работы на выход. В нашем примере мы управляем светодиодом на 13-м пине, поэтому 13-й пин перед использованием нужно сделать выходом.
Это делается выражением в функции setup :
Уточняющие значения, такие как 13 и OUTPUT называются аргументами функции. Совершенно не обязательно, что у всех функций должно быть по 2 аргумента. Сколько у функции аргументов зависит от сути функции, от того как её написал автор. Могут быть функции с одним аргументом, тремя, двадцатью; функции могут быть без аргументов вовсе. Тогда для их вызова круглые скобка открывается и тут же закрывается:
На самом деле, вы могли заметить, наши функции setup и loop также не принимают никакие аргументы. И загадочное «нечто» точно так же вызывает их с пустыми скобками в нужный момент.
Вернёмся к нашему коду. Итак, поскольку мы планируем вечно мигать светодиодом, управляющий пин должен один раз быть сделан выходом и затем мы не хотим вспоминать об этом. Для этого идеологически и предназначена функция setup : настроить плату как нужно, чтобы затем с ней работать.
Перейдём к функции loop :
Как только сон окончен, функция loop завершается. По факту завершения «нечто» тут же вызывает её ещё раз и всё происходит снова: светодиод поджигается, горит, гаснет, ждёт и т.д.
Если перевести написанное на русский, получится следующий алгоритм:
Функции void loop и void setup Ардуино
Функции void loop () и void setup () в Aduino IDE — это первое с чем сталкивается любой, кто начинает знакомство с языком программирования микроконтроллеров Ардуино. Разберем для чего нужны в скетче данные функции, что следует размещать внутри циклов. Данные правила относятся ко всем платам — от Arduino UNO до Arduino MEGA и перед изучением языка Aduino IDE, следует подробно изучить данные функции.
Процедуры void loop и void setup
Данные циклы должны быть в каждом скетче и вызываться только один раз, даже если один из циклов не используется. Дело в том, что при запуске микроконтроллера Arduino, начинают работать встроенные микропрограммы, которые первым делом проверяют не началась загрузка новой программы с компьютера. Если пользователь не начал прошивку, то контроллер начинает выполнять ранее загруженный скетч.
Использовать два раза void loop Arduino нельзя
Оба цикла вызываются встроенной функцией main() из файла main.cpp. При этом функция void setup () вызывается один раз, а и void loop() вызывается в цикле for бесконечное количество раз. Если в вашем скетче будет присутствовать более одного раза функция void setup() или void loop(), то при компиляции Aduino IDE выдаст ошибку: redefinition of ‘void setup()‘ или redefinition of ‘void loop()’, соответственно.
Описание void setup () в Arduino
Функция setup в Aduino IDE имеет следующую конструкцию:
Фигурные скобки указывают, где начало и конец цикла, поэтому все команды должны располагаться между ними. Если вы случайно удалите или поставите лишнюю фигурную скобку, то при компиляции скетча будет выходить ошибка. Процедура void setup вызывается один раз и ее используют для назначения режима работы пинов или команд, которые необходимо выполнить только в момент загрузки программы.
Пример использования основных процедур в Arduino IDE
Описание void loop () в Arduino
После выполнения цикла setup, программа переходит в цикл loop, который будет повторяться до тех пор, пока на плату подано питание. Если цикл содержит одну команду, то она будет выполняться тысячи раз в секунду. Если вы решите написать скетч для мигания светодиодом на Arduino, то необходимо добавлять в код задержку для выполнения программы, иначе мигания светодиода не будет заметно.
Функция loop в Aduino IDE имеет следующую конструкцию:
Таким образом, если вам необходимо при запуске программы включить один раз светодиод для индикации работы устройства на микроконтроллере Arduino Nano, то команду лучше написать в цикле void setup(). Если в программе необходимо выполнять какое-то действие постоянно, например, получать данные с ультразвукового дальномера HC-SR04, то команду следует располагать в цикле void loop ().
2. Структура программы
Загрузив любой тестовый скетч Вы сразу увидите, что там обязательно присутствуют 2 функции: setup() и loop(). 
Т.о. и в своей программе Вы должны объявить эти две основные функции.
Функция setup() запускается один раз, после каждого включения питания или сброса платы Arduino/Freeduino. Используйте её, чтобы инициализировать переменные, установить режимы работы цифровых портов, и т.д.
Функция loop() в бесконечном цикле последовательно раз за разом исполняет команды, которые описаны в ее теле. Т.е. после завершения функции снова произойдет ее вызов.
Разберем простой пример:
Константы – предопределенные значения. Они используются, чтобы делать программы более легкими для чтения.
Объявление констант (а так же базовых макросов и функций) можно посмотреть в файле
как видите, там же объявляются и наши функции:
Классифицируем константы в группах:
Уровни сигналов порта HIGH и LOW
При чтении или записи к цифровому порту применимо только два возможных значения – порт может быть установлен как HIGH (высокий уровень) или LOW (низкий уровень).
Уровень HIGH соответствует 5 вольтам на выходе. При чтении значения на цифровом порте, начиная с 3 вольт и выше (до напряжения питания), микропроцессор воспримет это напряжение как HIGH. Эта константа представлена целым числом 1.
Уровень LOW соответствует 0 вольтам на выходе порта. При чтении значения на цифровом порте, начиная с 2 вольт и меньше (до 0V), микропроцессор воспримет это напряжение как LOW. Эта константа представлена целым числом 0.
Таким образом, оба следующих вызова будут эквивалентны:
Согласитесь — первый вариант более нагляден.
Настройка цифровых портов на ввод (INPUT) и вывод (OUTPUT) сигналов
Цифровые порты могут использоваться на ввод или вывод сигналов.
Изменение порта с ввода на вывод производится при помощи функции pinMode().
Порты, сконфигурированные на ввод сигналов, имеют большое входное сопротивление, что позволяет подключать к ним источник сигнала, и порт не будет потреблять большой ток.
Порты, сконфигурированные на вывод сигналов, имеют малое выходное сопротивление. Это означает, что такие порты могут обеспечивать подключенные к ним элементы электроэнергией. В этом состоянии порты поддерживают положительное или отрицательное направление тока до 40 мА (миллиампер) на другие устройства или схемы. Это позволяет подключить к ним какую-либо нагрузку, например светодиод (через резистор, ограничивающий ток). Порты, сконфигурированные как выводы, могут быть повреждены, если их замкнуть накоротко на «землю» (общая шина питания), на источник питания +5 В, или подсоединить к мощной нагрузке с малым сопротивлением.