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Les systèmes Embarqués (SE) 4- Arduino 1 2 Vous souhaitez créer votre premier

Les systèmes Embarqués (SE) 4- Arduino 1 2 Vous souhaitez créer votre premier robot à moindre coût ? De nombreux kits à base d’une carte Arduino sont disponibles sur le Net! Ce petit robot roulant à vocation pédagogique possède deux roues indépendantes motorisées et peut être équipé de multiples capteurs pour détecter des obstacles, suivre une ligne au sol, etc. Introduction Introduction ARDUINO: carte à microcontrôleur + outil de développement + communauté active. Le logiciel et le matériel sont open-source. 3 Introduction Une équipe de développeurs composée de Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti a imaginé un projet répondant au doux nom de Arduino et mettant en œuvre une petite carte électronique programmable et un logiciel multiplateforme, qui puisse être accessible à tout un chacun dans le but de créer facilement des systèmes électroniques. Étant donné qu’il y a des débutants parmi nous, commençons par voir un peu le vocabulaire commun propre au domaine de l’électronique et de l’informatique. Une carte électronique est un support plan, flexible ou rigide, généralement composé d’epoxy ou de fibre de verre. Elle possède des pistes électriques disposées sur une, deux ou plusieurs couches (en surface et/ou en interne) qui permettent la mise en relation électrique des composants électroniques. Chaque piste relie tel composant à tel autre, de façon à créer un système électronique qui fonctionne et qui réalise les opérations demandées. 4 5 Introduction LES SYSTÈMES EMBARQUÉS ARDUINO Les fondateurs de Arduino Présentation de Arduino par Massimo Banzi dans la conférence TED (Technology Entertainment Design) Arduino Pas cher! Environnement de programmation clair et simple. multiplateforme: tournes sous Windows, Macintosh, Linux. Nombreuses librairies disponibles avec diverses fonctions implémentées. Logiciel et matériel open source et extensible. Nombreux conseils, tutoriaux et exemples en ligne (forums, site perso …). Existence de « shield »: ce sont des cartes supplémentaires qui se connectent sur le module arduino pour augmenter les possibilités comme par exemple: afficheur graphique couleur, interface Ethernet, GPS, … Par sa simplicité d’utilisation, arduino est utilisé dans beaucoup d’applications comme l’électronique industrielle et embarquée, le modélisme, la domotique mais aussi dans des domaines différents comme l’art contemporain ou le spectacle! 6 7 Arduino Voici quelques exemples d’utilisation possible : Simuler le fonctionnement des portes logiques, Permettre l’utilisation de différents capteurs, Mettre en œuvre et faciliter la compréhension d’un réseau informatique, Se servir d’Arduino pour créer des maquettes animées montrant le fonctionnement des collisions entres les plaques de la croute terrestre, par exemple, Donner un exemple concret d’utilisation des matrices avec un clavier alphanumérique, Être la base pour des étudiants ayant un PEF à faire, … De plus, énormément de ressources et tutoriels (mais souvent en anglais) se trouvent sur internet, ce qui offre un autonomie particulière à l’apprenant. Types de carte Arduino 8 • Arduino UNO • Arduino UNO R3 • Arduino LEONARDO • Arduino DUE • Arduino pro • Arduino Mini et bien d’autres platines … • Arduino Mega 2560 • Arduino ADK Android Caractéristiques de la carte Arduino UNO (53 mm x 68 mm ) 9 Microcontrôleur ATmega328 Tension de fonctionnement 5V Tension d’alimentation (recommandée) 7-12V Tension d’alimentation (limites) 6-20V Broches E/S numériques 14 (dont 6 disposent d’une sortie PWM) Broches d’entrées analogiques 6 Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA Intensité maxi disponible par broche E/S (3.3V) 50 mA Mémoire Programme Flash 16 KB (ATmega168) or 32 KB (ATmega328) dont 2 KB sont utilisés par le bootloader Mémoire SRAM (mémoire volatile) 1 KB (ATmega168) ou 2 KB (ATmega328) Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 512 bytes (ATmega168) ou 1 KB (ATmega328) Vitesse d’horloge 16 MHz Caractéristiques de la carte Arduino MEGA (53 mm x 101 mm ) 10 Microcontrôleur ATmega2560 Tension de fonctionnement 5V Tension d’alimentation (recommandée) 7-12V Tension d’alimentation (limites) 6-20V Broches E/S numériques 54 (dont 15 disposent d'une sortie PWM) Broches d’entrées analogiques 16 Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA Intensité maxi disponible par broche E/S (3.3V) 50 mA Mémoire Programme Flash 256 KB dont 8 KB sont utilisés par le bootloader Mémoire SRAM (mémoire volatile) 8 KB Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 4 KB Vitesse d’horloge 16 MHz Caractéristiques de la carte Arduino DUE (53 mm x 101 mm ) 11 Microcontrôleur AT91SAM3X8E Tension de fonctionnement 3.3 V Tension d'alimentation (recommandée) 7-12V Tension d'alimentation (limites) 6-20V Broches E/S numériques 54 (dont 12 disposent d'une sortie PWM) Broches d'entrées analogiques 12 Intensité maxi disponible toutes broche I/O 130 mA Intensité maxi disponible par broche E/S (3.3V) 800 mA Mémoire Programme Flash 512 KB (application) Mémoire SRAM (mémoire volatile) 96 KB Vitesse d’horloge 84 Mhz Description la carte Arduino UNO 12 Entrées / sorties digital D0 – D13 Entrées Analogiques A0 – A5 Alimentation Entrée DC 7-12 v 2,1 mm Port USB de programmation et permet d’alimenter l’Arduino. Max 500ma SPI :Interface Série pour périphérique D10 : /SS D11 : MOSI D12 : MISO et D13 : SCLK. I2C : A4 (SDA), A5 (SCL) Carte Arduino UNO ATMEGA 328 13 Description la carte Arduino MEGA 14 Entrées / sorties digital D0 – D13 Entrées Analogiques A0 – A11 Alimentation Entrée DC 7-12 v 2,1 mm Port USB de programmation et permet d’alimenter l’Arduino. Max 500ma SPI :Interface Série pour périphérique D10 : /SS D11 : MOSI D12 : MISO et D13 : SCLK. I2C : A20 (SDA), A21 (SCL) Entrées / sorties digital D22 – D53 ISP : In-System Programmer (reprogrammation de l’Arduino) Les Shields Arduino 15 Il existe de nombreux shields que l’on traduit parfois dans les documentations par « boucliers » (extension). Un « shield » Arduino est une petite carte qui se connecte sur une carte Arduino pour augmenter ses fonctionnalités. Quelques exemples de shields: • Afficheur graphique • Ethernet et carte SD • GPS • Carte de prototypage • …. Exemples de shield 16 7-Segment Shield.mp4 GSM Shield.mp4 Développement d’un projet Le développent sur Arduino est très simple: • On code l’application: le langage Arduino est basé sur les langages C/C++, avec des fonctions et des librairies spécifiques à Arduino (gestion des E/S), • On relie la carte Arduino au PC et on transfert le programme sur la carte, • On peut utiliser le circuit! Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application java multiplateformes, servant d’éditeur de code et compilateur, et qui peut transférer le firmware au travers de la liaison. 17 18 Ardublock Il existe différents outils qui puissent être utilisé avec Arduino. Ardublock est un outil qui se greffe au logiciel Arduino et qui permet de programmer avec des blocs. Chaque bloc est une instruction. On peut aisément faire des programmes avec cet outil et mêmes des plutôt complexes. Cela permet par exemple de se concentrer sur ce que l’on doit faire avec Arduino et non se concentrer sur Arduino pour ensuite ce que l’on doit comprendre avec. 19 Logiciel de la carte Arduino Le logiciel va vous permettre de programmer la carte Arduino, par la prise USB, De créer des sketchs. Le logiciel gratuit est disponible à cette adresse: En français : www.mon-club- elec.fr/mes_telechargements/arduino -0018-fr.zip Page officielle (En Anglais) : v 023 http://arduino.cc/en/Main/Software 20 Logiciel de la carte Arduino 21 22 Programmation Arduino Deux fonctions sont importantes : setup() est appelée une seule fois lorsque le programme commence. Donc, dans cette fonction que l’on va écrire le code qui n’a besoin d’être exécuté une seule fois. qui permet d’initialiser le programme. On appelle cette fonction : "fonction d’initialisation". Une fois que l’on a initialisé le programme il faut ensuite créer son "cœur", autrement dit le programme en lui même. Dans la fonction loop() où l’on va écrire le contenu du programme. Il faut savoir que cette fonction est appelée en permanence, c’est-à-dire qu’elle est exécutée une fois, puis lorsque son exécution est terminée, on la ré-exécute encore et encore. On parle de boucle infinie. Setup (){ …. } loop () { … } 23 Programmation Arduino Coloration syntaxique: En orange, apparaissent les mots-clés reconnus par le langage Arduino comme des fonctions existantes. En bleu, apparaissent les mots-clés reconnus par le langage Arduino comme des constantes. En gris, apparaissent les commentaires qui ne seront pas exécutés dans le programme. L’on peut déclarer un commentaire de deux manières différentes : • Dans une ligne de code, tout ce qui se trouve après « // » sera un commentaire. • L’on peut encadrer des commentaires sur plusieurs lignes entre « /* … */ ». 24 Type Quel nombre il stocke ? Valeurs maximales du nombre stocké Nombre sur X bits Nombre d'octets int entier -32 768 à +32 767 16 bits 2 octets long entier -2 147 483 648 à +2 147 483 647 32 bits 4 octets char entier -128 à +127 8 bits 1 octets float décimale -3.4 x 10^{38}à +3.4 x 10^{38} 32 bits 4 octets double uploads/Geographie/ 4-arduino-pdf.pdf