Archivi tag: C

Appunti di programmazione su Arduino: variabili

Una variabile è un modo per nominare e memorizzare un valore numerico per un successivo utilizzo da parte del programma.
Come suggerisce il loro nome, le variabili sono numeri che possono essere cambiati continuamente rispetto alle costanti il cui valore non cambia mai. Una variabile deve essere dichiarata ed eventualmente si assegna il valore che si vuole conservare.
Il codice che segue dichiara una variabile denominata inputVariable a cui poi viene assegnato il valore presente sul pin analogico di ingresso n. 2

int inputVariable = 0;         // si dichiara una variabile a cui
                               // è assegnato il valore 0
inputVariable = analogRead(2); // imposta la variabile al valore
                               // presente sul pin analogico 2

inputVariable è la variabile.
Nella prima riga viene dichiarato che inputVariable conterrà un int, dove int è l’abbreviazione di numero intero. La seconda riga imposta la variabile al valore presente sul pin analogico 2, ciò permetterà di rendere disponibile il valore del pin 2 in altre parti del codice.

Una volta che una variabile è stata assegnata, o ri-assegnata, è possibile leggerne il valore per vedere se soddisfa a determinate condizioni, oppure è possibile utilizzare direttamente il suo valore.

Nell’esempio che segue sono illustrati tre operazioni utili con le variabili: se la condizione “inputVariable inferiore a 100” risulta vera, viene assegnato a inputVariable il valore 100 e poi viene impostato un ritardo (delay) di valore pari alla quantità memorizzata in inputVariable che ora vale 100.

if (inputVariable < 100) // verifica se la viariabile è
                         // minore di 100
{
  inputVariable = 100;   // se vero viene assegnato 100
}
  delay(inputVariable);  // usa la variabile per
                         // impostare il ritardo

Nota: alle variabili bisognerebbe dare un nome descrittivo (che ne spiega il significato) in modo che il codice sia più leggibile. I nomi di variabili come tiltSensor o pushButton aiutano il programmatore e chiunque legga il codice, a capire cosa rappresentano le variabili. I nomi delle variabili, come var o value, non rendono leggibile il codice e le usiamo solo come esempio.
Ad una variabile possiamo assegnare una qualsiasi parola che non sia già una delle parole chiave nel linguaggio Arduino.

Dichiarazione delle variabili

Tutte le variabili devono essere dichiarate prima di poter essere utilizzate. Dichiarare una variabile significa:

  • definire il tipo del valore che può assumere: int, long, float, ecc…
  • assegnare un nome
  • e opzionalmente assegnargli un valore iniziale

queste operazioni vengono fatte una volta sola nel programma, ma il valore della variabile può essere modificato in qualsiasi momento usando l’aritmetica o utilizzando delle assegnazioni.

Nell’esempio che segue viene dichiarato che inputVariable è un int, (tipo intero) e che il suo valore iniziale è uguale a zero. Questo è chiamata assegnazione semplice.

int inputVariable = 0;

Una variabile può essere dichiarata in posizioni diverse all’interno di un programma e in funzione della posizione in cui viene definita determina quali parti del programma possono utilizzarla.

Visibilità (o portata o scope) di una variabile

Una variabile può essere dichiarata

  • all’inizio del programma prima di void setup();
  • a livello locale all’interno di funzioni;
  • e talvolta, all’interno di un blocco di istruzioni ad esempio all’interno di un ciclo

La posizione in cui viene dichiarata la variabile determina la sua visibilità all’interno del programma e la capacità, da parte di alcune parti del programma, di utilizzarla. Una variabile globale è una variabile che può essere vista e utilizzata da ogni funzione del programma e in ogni istruzione del programma.

Una variabile per essere globale deve essere dichiarata all’inizio del programma, prima della funzione setup().

Una variabile è detta locale quando è definita all’interno di una funzione o come parte di un ciclo, essa è visibile e può essere utilizzato solo all’interno della funzione in cui è stata dichiarata. E’ quindi possibile avere due o più variabili con lo stesso nome in diverse parti dello stesso programma che contengono valori diversi.
Garantire che solo una funzione ha accesso alle sue variabili semplifica il programma e riduce il rischio di errori di programmazione.

L’esempio che segue mostra come dichiarare diversi tipi di variabili e dimostra la visibilità di ogni variabile.

int value;   // 'value' è visibile da ogni funzione

void setup()
{
   // non è necessario nessun setup
}

void loop()
{
   for (int i=0; i=0; i<20;) // 'i' è visibile solamente all'interno del ciclo for
   {
     i++;
   }
   float f;                  // 'f' è visibile solo all'interno di loop
}

Per le lezioni precedenti consultare la sezione Appunti di programmazione che trovate nella pagina Arduino di questo sito.

Appunti di programmazione su Arduino: strutture

Incomincio questa nuova serie di lezioni per i miei studenti di 4′ che in questo anno scolastico incominceranno il corso di Arduino. Questi appunti non sono disgiunti dalle lezioni di base sull’utilizzo di Arduino (che trovate nella sezione Arduino di questo sito), ma sono da considerare come integrazione ampliando la parte dedicata alla pura programmazione.

Inolte ho deciso di incominciare questa nuova serie di lezioni perché sollecitato anche dalle mail di diversi utenti che mi hanno chiesto più volte dettagli sulla programmazione… e poi visto che devo insegnare programmazione in C, tanto vale usare il C usato in Arduino che mi permette di far percepire “fisicamente” il risultato della programmazione e quindi maggior gratificazione da parte dello studente. Ho constatato che la voglia di studiare aumenta se la programmazione ha effetto su una struttura fisica (led, motori, relè ecc….) si contestualizza sul pratico e lo studente comprende che ciò che fa a scuola serve (a molti ancora non è chiaro questo aspetto…)

Molto più difficile sarebbe se restassi sul virtuale e insegnassi il C facendo progetti che non hanno un riscontro sul mondo fisico… provare per credere dopo più di 20 anni di insegnamento ne sono convinto.

Fatta la premessa… lo scopo utilizzare, come indice degli argomenti da trattare, il libro di Brian W. Evans: Arduino programming notebook, che ricordo essere sotto licenza Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 License (che è la stessa di questo sito), per strutturare un nuovo libro on-line in cui aggiungere gli appunti del mio corso.  Cercherò di dare al tutto una struttura “scolastica” in modo da renderla più semplice per lo studente.

Il libro subirà variazioni e correzioni, quindi anche ad opera conclusa, nei mesi che seguiranno effettuerò variazioni ed integrazioni che evidenzierò con data e versione.

Se desiderate scaricare gratuitamente il libro di Brian W. Evans trovate il link al pdf nella sezione Arduino al paragrafo libri free.

Spero che queste lezioni possano servire e se durante l’esposizione trovate errori o incongruenze o avete suggerimenti non esitate a darmene comunicazione, pubblicherò volentieri i vostri contributi.

Grazie.

Strutture

La struttura base di un programma Arduino è abbastanza semplice e si sviluppa in almeno due parti.
Queste due parti, o funzioni, necessarie racchiudono parti di istruzioni.

void setup()
{
statements;
}

void loop()
{
statements;
}

Dove setup() indica il blocco di settaggio e loop() è il blocco che viene eseguito. Entrambe le sezioni sono necessarie per far si che un programma funzioni.

setup() è la prima funzione ad essere invocata verrà eseguita una volta sola e in essa vengono dichiarate le variabili usate nel programma, è usata per impostare il pinMode o inizializzare la comunicazione seriale.

La funzione loop() contiene il codice che deve essere eseguito ripetutamente, in essa vengono letti gli input, i segnali di output ecc…
Questa funzione è la parte principale di un programma Arduino (sketch), esegue la maggior parte del lavoro.

setup()
La funzione setup() è chiamata una volta sola quando il programma viene fatto funzionare. E’ usata per inizializzare il pinMode e la seriale e deve essere incluso in un programma, anche se non ci sono istruzioni da eseguire.

void setup()
{
	pinMode(pin, OUTPUT);	//inposta il 'pin' come output
}

loop()
Dopo che è stata eseguita la chiamata alla funzione setup(), la funzione loop() fa esattamente quello che suggerisce il suo nome, esegue ripetutamente un loop, permettendo al programma di modificare, rispondere e controllare la scheda Arduino.

void loop()
{
	digitalWrite(pin, HIGH); // imposta 'pin' ad on
	delay(1000);             // effettua una pausa di 1 secondo
	digitalWrite(pin, LOW);  // imposta 'pin' ad off
	delay(1000);             // effettua una pausa di 1 secondo
}

funzioni

Una funzione è un blocco di codice a cui è attribuito un nome, è da intendersi come un blocco di istruzioni che vengono eseguite quando viene invocata la funzione.

Delle funzioni void setup () e void loop () abbiamo già discusso, parleremo di altre funzioni più avanti.

Le funzioni personalizzate possono essere scritti per eseguire compiti ripetitivi e ridurre confusione in un programma. Quando si dichiara una funzione in primo luogo bisogna dichiarare il tipo della funzione, cioè il tipo di valore restituito dalla funzione, quindi se la funzione è di tipo ‘int’ (intero), vorrà dire che restituirà un valore intero.

type functionName(parameters)
{
statements;
}

La funzione di tipo intero: delayVal() è utilizzata per fissare un valore di ritardo in un programma che legge un valore da un potenziometro. Per prima cosa dichiariamo una variabile locale v di tipo intero, impostiamo v al valore restituito dalla funzione analogRead(pot), che può restituire un valore compreso tra 0 e 1023, dividiamo il valore ottenuto per 4 per ottenere un valore compreso tra 0 e 255 e infine restituiamo questo valore al programma principale (quello che ha invocato delayVal() ).

int delayVal()
{
  int v;               // varibile temporanea intera 'v'
  v = analogRead(pot); // lettura del valore del potenziometro
  v /= 4;              // conversione da 0-1023 a 0-255
  return v;            // restituisce il valore finale
}

{} Parentesi graffe

Le parentesi graffe (dette anche solamente “parentesi” o “parentesi graffe”) definiscono l’inizio e la fine di un blocco funzione e blocchi istruzione così come la funzione void loop() e le istruzioni for e if

type function()
{
  statements;
}

Una parentesi graffa aperta deve essere sempre seguita da una parentesi graffa chiusa. Questo è spesso indicato come bilanciamento delle parentesi. Parentesi non bilanciate possono creare diversi problemi al compilatore e talvolta possono essere difficili da rintracciare in un programma molto esteso.

L’ambiente Arduino include una funzione utile per controllare il bilanciamento delle parentesi graffe. E’ sufficiente selezionare una parentesi o fare click immediatamente dopo la parentesi affinchè venga evidenziata la parentesi logicamente corrispondente.

; punto e virgola

Il punto e virgola deve essere usato al termine di un’istruzione e separa gli elementi di un programma. Il punto e virgola è usato per separare elementi in un ciclo for.

int x = 13; // dichiara che la variabile ‘x’ è un intero

dimenticare un punto e virgola al termine di una riga produrrà un errore di compilazione. La rilevazione di un punto e virgola mancante non è sempre semplice da rilevare, alcune volte il compilatore potrebbe darvi dei messaggi di errore che possono sembrare illogici, in questo caso la prima cosa da fare è controllare la mancanza di un punto e virgola nei pressi della linea di codice dove il compilatore ha evidenziato l’anomalia.

/*…*/ blocco commenti

I blocchi commenti, o commenti multi-linea, sono aree di testo che sono ignorate dal programma e sono usate per una descrizione lunga del codice oppure commenti che aiutano la comprensione di parti del programma. Il bloccco commento incomincia con /* e termina con */ e può occupare più righe.

/* questo è un blocco commento chiuso
non dimenticare di chiudere il commento
anche i segni di blocco commento sono bilanciati
*/

poiché i commenti vengono ignorati dal programma, essi non occupano spazio di memoria, quindi è opportuno usarli frequentemente, abbondando il più possibile nello specificare le azioni dei vari blocchi del programma, agendo in questo modo sarà anche più semplice effettuare il debug del programma.

Nota: non è possibile annidare blocchi di commenti, cioè inserire un blocco commento all’interno di un altro blocco commento.

// commenti in singola linea
I commenti in singola linea incominciano con // e terminano con la successiva linea di codice. Come per il blocco commento, anche i commenti in singola linea sono ignorati dal programma e non occupano spazio di memoria.

// questo è un commento su una sola linea

I commenti su un’unica linea sono spesso usati dopo un’istruzione per fornire maggiori informazioni sull’azione che compie e per futura memoria.

Tutti gli appunti realizzati potete trovarli nalla sezione: Appunti di programmazione nella sezione Arduino di questo sito.

Programmazione in C – slide ed esercizi


Come annunciato in precedente post, in preparazione del corso di programmazione C per i miei allievi di 4′ e 5′ elettronici, sto raccogliendo una serie di risorse web che potrebbero essere di aiuto. Tra le più interessanti per contenuto e chiarezza espositiva vi segnalo le slide del corso del Prof. Fulvio Corno, Professore Associato al Politecnico di Torino. Vi allego inoltre gli esercizi del corso.

Risorse web per imparare a programmare in C

Mi è giunto pochi minuti fa un messaggio via facebook da parte di Eric G. che mi chiede informazioni su libri didattici per imparare a programmare C:

… sono un ex studente di un istituto professionale IPSIA di Gorizia. Complimenti per le nozioni del suo corso Arduino che ho trovato molto utili. Nel suo corso si parla di avere almeno una base di nozioni di programmazione, quando ero studente io ho seguito solo corsi di elettronica cablata con i C MOS e operazionali, il mondo Arduino mi affascina, ho acquistato le schede e ho fatto le varie prove con successo, ma vorrei imparare a costruirmi un programma da solo, ma mi mancano le basi. Quello che vorrei da lei è un consiglio su che libri scolastici (e i riferimenti per rintracciarli sul mercato) posso acquistare per imparare le basi della programmazione da autodidatta, sapendo che Arduino lavora con il C. La ringrazio fin da ora per il suo tempo e i suoi consigli. Saluti cordiali.

Gentile Eric grazie per avermi contattato, il tuo messaggio giunge proprio in un momento in cui mi accingo a preparare il corso di C per i miei studenti di 5′ e quindi di seguito ti segnalo una serie di link molto utili, che consiglierò ai miei studenti e da cui estrarrò alcune parti per strutturare il corso.

Alcune precisazioni su Arduino e la sua programmazione:

Gli sketch di Arduino sono in un C semplificato, con una sintassi un po’ diversa dall’ANSI C. Per essere precisi il linguaggio che si usa è una versione basata su Wiring che consente di rendere semplice la scrittura di programmi in C e C++. L’ambiente di sviluppo è basato su Processing.
Quando scrivi uno sketck in Arduino, nel momento in cui fai click sul pulsante di upload, il tuo sketch viene tradotto in linguaggio C, passato al compilatore avr-gcc che trasforma in linguaggio macchina comprensibile al microcontrollore posto sulla scheda Arduino.
In ogni caso se impari a programmare in C sarà sicuramente semplicissimo implementare gli sketch di Arduino.

Visto che il tuo interesse è Arduino potrebbe interessarti prima di ogni cosa l’ottimo libro gratuito: Arduino Programming Notebook ottimo per imparare a programmare Arduino nel linguaggio derivato (e simile) dal C.

Questa parte della prefazione del libro:

This notebook serves as a convenient, easy to use programming reference for the command structure and basic syntax of the Arduino microcontroller. To keep it simple, certain exclusions were made that make this a beginner’s reference best used as a secondary source alongside other websites, books, workshops, or classes. This decision has lead to a slight emphasis on using the Arduino for standalone purposes and, for example, excludes the more complex uses of arrays or advanced forms of serial communication.

Beginning with the basic structure of Arduino’s C derived programming language, this notebook continues on to describe the syntax of the most common elements of the language and illustrates their usage with examples and code fragments. This includes many functions of the core library followed by an appendix with sample schematics and starter programs. The overall format compliments O’Sullivan and Igoe’s Physical Computing where possible…

Per quanto riguarda la lista di manuali selezionati, questa è la lista:

Ringrazio mia sorella, Maria Grazia Maffucci, insegnante di informatica, per avermi segnalato parte della lista sopra indicata.

Studenti che sperimentano – macchina telecomandata tramite WiFi con Arduino

Sono estremamente contento quando da una lezione nascono idee e progetti portati avanti autonomamente dagli studenti e questo il caso del mio allievo di 4′, Fabio Del Rosso che attualmente sta seguendo con molto interesse il mio corso su Arduino. L’idea di Fabio è quella di sviluppare un sistema per pilotare da computer, mediante connessione WiFi modellini di automobili controllati da una scheda Arduino.
Oggi a lezione mi ha mostrato l’interfaccia realizzata in C che interagisce con Arduino e ne sono rimasto favorevolmente colpito.
Vi allego il breve filmato che mostra i primi esperimenti e per maggiori informazioni sul codice e relative domande vi invito a consultare il suo sito personale da poco on-line.

Complimenti Fabio!