Как сделать цикл в ардуино

Циклы в Ардуино for и while

Циклы for, while и do while в Arduino ► рассмотрим, как работают циклы в Ардуино, как правильно использовать операторы в скетчах и каких ошибок избегать.

Рассмотрим, как работают операторы циклов for, while и do while в Arduino IDE, как правильно использовать циклы в скетчах и каких ошибок следует избегать. На простых примерах продемонстрируем, как можно остановить цикл или перейти из одного цикла в другой. Для того, чтобы разобраться в правильности написания циклов, прежде всего, следует изучить виды и свойства алгоритмов в робототехнике.

Как работают циклы в Arduino IDE

Любой цикл в C++ и языке программирования Ардуино представляет собой действие, которое повторяется множество или бесконечное количество раз. Ни одна программа для микроконтроллера Ардуино не обходится без цикла, например, void loop вызывается в бесконечном цикле. Операторы циклов бывают трех видов: for, while и do while — остановимся на каждом операторе, рассмотрим, как они работают на примерах.

Принцип работы for и while можно объяснить на следующих простых примерах. Цикл for выполняется конечное количество раз (указывается в условии оператора) его используют, когда в программе, например, требуется несколько раз моргнуть светодиодом. Цикл while может выполняться бесконечно, например, когда светодиод на Ардуино будет мигать до тех пор, пока не изменятся данные с датчика.
Пример, демонстрирующий разницу между for и while

Описание цикла for в Ардуино с примером

Конструкция for в Arduino задается следующим образом:

Цикл for используется для повторения определенных команд, заключенных в фигурных скобках. Данный цикл подходит для выполнения любых повторяющихся действий.
При инициализации создается переменная и присваивается начальное значение.
В условии записывается значение переменной при которой будет выполняться цикл.
В изменении указывается, как будет изменяться переменная при каждом шаге цикла.

В примере скетча задана переменная с начальным значением i=0, в условии указано, что цикл будет выполняться до тех пор, пока переменная не станет равна или больше пяти i Описание работы программы Arduino с циклами for и while

Описание цикла while Ардуино с примером

Конструкция while в Arduino задается следующим образом:

Цикл while будет выполняться непрерывно и бесконечно, пока условие в круглых скобках является истиной. Выход из цикла будет достигнут, когда изменится переменная в условии while, поэтому что-то должно изменять ее значение. Изменение переменной может происходить в программном коде внутри цикла или при считывания значений с любого датчика, например, с ультразвукового дальномера HC-SR04 .

При использовании функции while, переменную необходимо создавать до начала цикла. В примере скетча светодиод моргнет пять раз, прежде чем закончится цикл. Если не изменять переменную внутри фигурных скобок i++, то цикл будет повторяться бесконечно. Второй способ сделать выход из цикла while Arduino Uno, это считывать данные с датчика и использовать условный оператор if для изменения переменной.

Еще один цикл, который можно использовать в Arduino IDE — это цикл с постусловием do … while. При использовании данной конструкции команды в цикле выполнятся минимум один раз, вне зависимости от условия, так как условие проверяется уже после выполнения тела цикла. В следующем примере кода, светодиод включится независимо от показаний датчика и только потом выполнится проверка постусловия.

Циклы void loop и void setup в скетче Ардуино

Как выйти из цикла while или for

В том случае, если необходимо выйти из тела цикла, независимо от обозначенных условий, используется оператор break или goto. Оператор break позволяет выйти из цикла и программа продолжит выполнение следующих команд. Оператор goto позволяет не только выйти из цикла, но и продолжить выполнение программы с нужного места по метке, например, можно перейти в другой цикл в Arduino.

Циклы FOR и WHILE в Arduino

Циклы с использованием операторов for и while являются одной из важнейших конструкций языка C++, лежащего в основе Ардуино. Они встречаются абсолютно в каждом скечте, даже если вы не подозреваете об этом. В этой статье мы познакомимся поближе с циклами, узнаем, в чем отличие for от while, как можно упростить написание программы с их помощью и каких ошибок следует избегать.

Цикл WHILE и бесконечный цикл в Ардуино

Если вы пока еще начинающий программист и хотите понять, что вообще такое цикл и зачем он нужен – посмотрите следующий раздел этой статьи с подробным описанием.

Оператор WHILE используется в C++ и Ардуино для организации повтора одних и тех команд произвольное количества раз. По сравнению с FOR цикл WHILE выглядит проще, он обычно используется там, где нам не нужен подсчет числа итераций в переменной, а просто требуется повторять код, пока что-то не изменится, не наступит какие-то событие.

Синтаксис WHILE

В качестве условий может использоваться любая конструкция языка, возвращающая логическое значение. Условиями могут быть операции сравнения, функции, константы, переменные. Как и при любых других логических операциях в Ардуино любое значение, кроме нуля будет восприниматься как истина (true), ноль – ложь (false).

Обратите внимание, что оператор while может использоваться без выделения блока фигурными скобками, в этом случае повторяться будет первая команда, встреченная после цикла. Крайне не рекомендуется использовать while без фигурных скобок, т.к. в этом случае можно очень легко допустить ошибку. Пример:

В данном случае надпись будет выводиться в бесконечном цикле без пауз, потому что команда delay(1000) повторяться не будет. Вы можете потратить много времени, выявляя такие ошибки – гораздо проще использовать фигурную скобку.

Пример использования цикла while

Чаще всего while используется для ожидания какого-либо события. Например, готовности объекта Serial к работе.

Пример ожидания прихода символа от внешних устройств по UART:

В данном случае мы будем считывать значения до тех пор, пока Serial.available() будет возвращать не нулевое значение. Как только все данные в буфере закончатся, цикл остановится.

Цикл FOR в Ардуино

В цикле FOR у нас есть возможность не только задать граничный условия, но и сразу определить переменную для счетчика, указать, как будет изменяться его значения на каждой итерации.

Синтаксис цикла FOR

Здесь конструкция будет немного сложнее:
for( ; ; )<

>

Самый простой пример:

Мы сразу создали переменную, инициализировали ее, указали, что в конце каждого цикла значение счетчика нужно увеличивать на единицу. И все – теперь можно использовать переменную внутри цикла.

Читать еще:  Как снять блокировку с варочной панели bosch

Шаг переменной может быть иным. Вот примеры:

  • for(int i=0; i 0; i–) // Идем обратно – от 10 до 1

Цикл do while

В некоторых случаях нам нужно организовать цикл таким образом, чтобы инструкции блока выполнялись хотя бы один раз, а затем уже осуществлялась проверка. Для таких алгоритмов можно использовать конструкцию do while. Пример:

Никаких сложностей этот вариант цикла не представляет – мы просто перенесли блок с условиями вниз, поэтому все содержимое внутри фигурных скобок после оператора do выполнится до первой проверки.

Операторы continue и break

Бывают ситуации, когда вам нужно экстренно прервать выполнение цикла внутри блока цикла, не дожидаясь до перехода к блоку проверки условий. Для этого можно использовать оператор break:

Если мы просто хотим остановить ход выполнения текущей итерации, но не выйти из цикла, а перейти к блоку проверки условий, то должны использовать оператор continue:

Операторы continue и break могут использоваться со всеми вариантами циклов FOR и WHILE.

Вложенные циклы в Ардуино

Любые варианты циклов можно спокойно совмещать друг с другом, делая вложенные конструкции. Переменные, определенные в блоке «вышележащего» цикла будут доступны во внутреннем. Самый часто встречаемый пример такого рода циклов – обход двумерных массивов. В следующем примере мы используем двойной цикл: первый будет перебирать строчки (переменная i), второй, вложенный – столбцы (переменная j) массива, который мы определили в переменно arr.

Подробнее о циклах

Если вы никогда не работали с циклами, давайте слегка погрузимся в мир теории и разберемся, что такое циклы и зачем нам нужны эти загадочные конструкции языка.

Зачем нужен цикл

На самом деле, главная задача цикла – повторить одни и те же конструкции языка несколько раз. Такая потребность возникает практически в каждой программе и уж точно без цикла не обходится ни один скетч Ардуино – функция loop() тоже вызывается в бесконечном цикле.

Давайте рассмотрим следующий пример. Вам нужно подать питание одновременно на 5 светодиодов, подключенных к плате Arduino с 5 по 9 пины. Самым очевидным вариантом для этого будет размещение пяти инструкций подряд:

Опустим пока вопрос рискованности такого действия, ведь одновременное включение такого числа светодиодов создает повышенную нагрузку на схему питания платы. Главное для нас сейчас то, что мы создали пять строк кода, каждая из которых отличается от других всего лишь на одну цифру. Такой подход имеет следующие недостатки:

  • При любом изменении придется вносить правки одновременно во множество строк. Например, если нам понадобится переключить светодиоды на пины со 2 по 6 или не включить, а выключить напряжение, то придется сделать 5 изменений в коде. А если инструкций и изменений будет больше?
  • Объемный код с большим количеством однотипных инструкций неудобно и неприятно читать. Пять одинаковых строчек – не сильно страшно. Но привычка к грязному коду со временем приведет к десяткам и сотням лишних страниц в листинге, что повергнет в уныние и вас, и ваших коллег.
  • В процессе «копипастинга» почти одинаковых инструкций можно легко совершить ошибку, например, забыв поменять номер пинов: digitalWrite(5, HIGH); digitalWrite(5, HIGH);
  • Вы с легкостью провалите собеседование в любую нормальную софтверную компанию, показав интервьюеру такой код.

Исходя из всего этого, можно сделать вывод, что повторное многократное использование одних и тех же строк почти всегда нужно избегать и заменять циклами. Более того, во многих ситуациях без циклов не обойтись в принципе, их ничем заменить не получится. Вы не сможете изменить количество повторений кода в момент выполнения программы. Например, вам нужно обработать каждый элемент массива данных, поступившего от внешних устройств. Вы никогда не предугадаете, сколько будет данных, сколько раз повторить обработку и поэтому не сможете вставить нужное количество инструкций в момент написания статьи.

И тут нам на помощь приходят циклы.

Правила синтаксиса

Цикл в Ардуино – это специальный программный блок, который в момент выполнения программы будет вызываться определенное количество раз. В рамках этого блока мы описываем и сами команды, которые будут вызываться и правила, по которым контроллер будет определять, сколько раз их нужно вызвать.

В нашем описанном выше примере мы могли бы сказать контроллеру следующее:

Повтори команду digitalWrite 5 раз

В идеальном мире с роботами-программистами этого бы, наверное, хватило, но так как мы разговариваем с компьютером на языке C++, нам нужно перевести эту фразу на этот язык:

Повтори команду – нужно использовать специальные инструкции, говорящие контроллеру, что сейчас начинается что-то интересное с циклами while или for

digitalWrite – оставляем как есть, но пишем один раз и заключаем в фигурные скобки. Как быть с номерами пинов – чуть ниже.

5 раз – использовать для этого счетчик, который будет увеличиваться при каждом повторении. В начале (или конце) блока можно сравнивать значение этого счетчика с предельным значением (в данном случае 5) с помощью операции сравнения.

Давайте посмотрим на пример такой «переведенной» команды цикла с инструкцией while:

Тем, кто заметил в приведенном коде ошибку, ставим пятерку и пишем блок цикла по-другому:

Такого же результата можно добиться с использованием цикла FOR:

Как видим, в данном случае мы сразу помещаем все необходимые операции со счетчиком в одну инструкцию FOR – это гораздо удобнее, если вам нужно подсчитывать нужное количество.

Подробную информацию о правилах использования циклов вы можете получить в соответствующих разделах этой статьи.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели очень важные конструкции языка Ардуино: циклы FOR и WHILE. Вы сможете встретить эти операторы практически в любом более-менее сложном скетче, потому что без циклов многие операции над данными были бы невозможны. Ничего сложного в синтаксисе циклов нет – вы без труда к ним привыкните и сможете активно использовать в своих проектах.

Выпуск 6. Условные операторы и циклы. Основы Arduino для начинающих

Привет начинающим ардуинщикам! 🙂

Прошу прощения за возникшую задержку в выпусках — болело горло и не мог записывать видео. Сегодня мы разберемся с такими понятиями как условные операторы и циклы, поговорим о том, как ими пользоваться и разберем несколько примеров их применения.

Предыдущие выпуски вы найдете здесь: 0,1,2,3,4,5

Предлагаю начать наш разговор с условных операторов, или, как их еще называют, операторов выбора. Данные операторы всегда имеют какое-то условие, и это условие в процессе работы проверяется на истину или ложь.

Читать еще:  Как сделать конверт распечатать

Если условие верно, то есть истинно, то выполняется специально указанный для этого случая фрагмент кода. Если же условие не верно, то есть ложно, то выполняется либо другая специально указанная часть кода, либо не выполняется ничего и работа микроконтроллера продолжается дальше по коду.

Если взять за пример человека, то мы с вами каждый день выполняем огромное множество подобных условий на подсознательном уровне, не замечая этого. Допустим, вы решили попить чаю и пришли на кухню что бы поставить чайник. Перед тем, как его включить или зажечь газ, вы проверяете, есть ли в чайнике вода. Если воды достаточно, то можно включать чайник, если нет, то необходимо её долить. Как раз условием в данном случае и является проверка вашего чайника на достаточное количество воды. И при истинности либо ложности этого условия вы выполняете определенные действия. Тоже самое делает и микроконтроллер, если вы задаете ему какое-то условие. Например, в прошлом выпуске мы рассматривали условие нажатия кнопки и зажигали в зависимости от этого светодиод.

Такой условный оператор носит название if, что в переводе означает «если». И частично его конструкция вам уже должна быть знакома – это непосредственное указание оператора, затем необходимое условие в круглых скобках и какой-либо код, выполняющийся при истинности этого условия. Но, в случаях, когда важно учитывать не только истинность, но и ложность, то есть не выполнение заданного вами условия, после фигурных скобок пишется слово else, что в переводе означает «иначе», и ставятся такие же фигурные скобки, только уже код в них будет выполняться при ложности заданного условия.

Например, к нашему прошлому коду можно добавить условие, что при нулевом сигнале, то есть отпущенной кнопке, подать на пин 13 постоянный сигнал высокого уровня. И тогда, если кнопка не нажата, наш светодиод будет постоянно гореть, а при нажатии, мигать с указанной частотой.

Так как микроконтроллер работает с числами и различными значениями, то в условии мы можем проверять не только абсолютное равенство двух значений, но так же делать различные выводы о том, больше ли это значение чем заданное, больше или равно, меньше, меньше или равно либо просто не равно.

Согласитесь, оператор if очень прост и удобен в использовании, но здесь стоит оговориться, ведь удобно с ним работать, только если нам необходимо проверить какое-либо одно условие. А что если их будет несколько? Представьте, что вам дали задание, например, разложить научные статьи по году их публикации, и вы, проверяя год каждой статьи, кладете их в соответствующую папку.

Но как этот процесс будет выглядеть с точки зрения алгоритма для микроконтроллера и оператора if? Давайте запишем. Очевидно, что вам потребуется сделать такое количество алгоритмов, какое количество годов будет у ваших статей. Ведь каждый раз мы должны проверить год на соответствие и в случае совпадения, положить документ в папку, либо же отправить его на проверку другому алгоритму.

Такой каскад из условий со стороны микроконтроллера не создаст для него никаких проблем, но с точки зрения восприятия человеком такого большого количества однотипных условных операторов – это крайне неудобно.

И здесь нам на помощь приходит еще один оператор выбора, имеющий название switch, что в переводе означает коммутатор или переключатель. Его удобство заключается в том, что нам не нужно теперь создавать каждый раз новое условие, чтобы проверить одно и тоже значение, а всего лишь необходимо указать в круглых скобках оператора переменную, которая будет принимать это значение, а сам оператор осуществит поиск из возможных вариантов нужного нам значения, и выполнит соответствующий ему код.

Что бы стало понятно, вернемся к нашей задаче распределения статей. В качестве постоянно изменяющейся переменной мы можем указать оператору значение года публикации статьи, а в возможных вариантах существующие года публикации. И, таким образом, получив очередное значение года, оператор выберет необходимый год из вариантов и выполнит действия, указанные в пределах от оператора case до оператора break, а затем выйдет из оператора switch. Break в нашем случае переводится как выход, а case — это возможный случай или вариант. Если же необходимый год в списке не найдется, то в конце оператора возможно указание значения ключевого слова default, то есть по умолчанию, и в таком случае мы не просто выйдем из оператора, а сначала выполним код, указанный после default.

Объясняя принцип работы этого оператора, я упомянул такое слово как переменная, которой присваивалось какое-то значение года публикации. Переменной называется область памяти микроконтроллера, имеющая определенное имя. В переменные можно сохранять какие-либо значения и использовать эти значения в дальнейшем. В зависимости от типа переменной, она может хранить числа или символы, а так же быть или не быть знаковой, то есть отрицательной. Чтобы не затягивать статью, я советую вам изучить какие бывают переменные и их типы по этой ссылке или любой другой из поиска.

В дальнейшем, научившись сообщать микроконтроллеру различные данные и значения, мы обязательно опробуем оператор switch в действии, ну а пока вам важно изучить и понять логику его работы.

Итак, подводя итог, можно сказать, что существует два условных оператора, или оператора выбора – это if и switch. Оператор if больше подходит для одиночных проверок условия, а switch подойдет для случаев с большим количеством возможных вариантов и одним проверяемым значением.

Идем дальше. Теперь у нас на очереди операторы циклов. Любой цикл представляет собой повторяющееся несколько раз действие. Операторы циклов бывают трех видов: for, while и do while — давайте остановимся поподробнее на каждом из них.

Оператор цикла while.

Представим себе простую ситуацию: вы стоите на остановке и ждете автобус под номером 25. В данный момент вы задаетесь условием проверки каждого номера автобуса на совпадение с цифрой 25. Если номер не подходит, то вы продолжаете стоять и ждать нужный — именно так и действует цикл while, который проверяет условие, указанное в его круглых скобках.

Цикл while переводится как «пока» и до тех пор, пока его условие выполняется, он бесконечно долго выполняет код, указанный в его фигурных скобках. Например, на каком-либо этапе работы микроконтроллера, нам важно получить сигнал с какого-нибудь пина Arduino, и, пока сигнала нет, программа не должна ничего выполнять. Как раз в этом случае нам и поможет while, если в условии мы укажем считывание пина и его проверку на равенство нулю.

Читать еще:  Как снять крышку с кондиционера

Важно еще раз отметить, что while будет выполняться до тех пор, пока условие будет истинным, и как только оно станет ложным, при очередной проверке условия произойдет выход из цикла.

Оператор цикла do while.

Оператор цикла do while называется оператором цикла с постусловием и работает практически по тому же принципу, но с одной лишь разницей: сперва происходит выполнение тела цикла, а уже затем проверка условия. Этот цикл используется, когда необходимо хотя-бы один раз выполнить код, указанный в фигурных скобках независимо от истинности или ложности условия, указанного ниже. В случае с обычным циклом while при изначально ложном условии микроконтроллер переходит сразу же к выполнению кода, написанного после фигурных скобок цикла и, таким образом, минует код, указанный в теле цикла.

Прошу обратить ваше внимание на синтаксис оператора do while – возможно, кто-то уже заметил, что после условия в круглых скобках ставится точка с запятой, поскольку тело цикла уже было описано в фигурных скобках выше.

Оператор цикла for.

И, наконец, нам осталось познакомиться с еще одним, не менее важным оператором цикла под названием for. Давайте вернемся к нашей остановке и автобусу. Допустим, что мы дождались нужный нам автобус, зашли внутрь и теперь нам необходимо заплатить за проезд. Билет стоит 22 рубля, рассчитываться мы будем наличными, поэтому достаем кошелек и начинаем отсчитывать монетки, пока не достигнем нужной нам суммы. Как только нужная сумма будет набрана — можно расплачиваться за проезд. Как вы могли догадаться, цикл for действует по тому же принципу: в условии мы указываем действие, которое выполнится в начале цикла, затем само условие работы и действие, выполняемое в конце каждого прохода цикла.

Давайте возьмем конкретный пример для микроконтроллера и посмотрим, как работает этот цикл. Не за горами наступление нового года, поэтому предлагаю сделать с помощью нашей Arduino упрощенную гирлянду. Подключим со 2-го по 11-й пин 10 светодиодов и напишем цикл их включения.

Если описывать алгоритм работы словесно, то у нас получится следующая последовательность: сперва назначаем переменную, которая будет отвечать за номер пина, и затем говорим микроконтроллеру, что нужно изменять эту переменную от 2 до 11 с небольшой задержкой, последовательно подавая высокий потенциал на каждый пин. В итоге мы получим поочередное зажигание всех светодиодов по нарастающей.

Теперь опишем это с помощью программы.

Сперва укажем имя оператора – for. Затем, в открывающейся скобке, указываем действие в начале цикла — в нашем случае это инициализация переменной pin и присваивание ей значения 2, так как ко второму пину подключен первый светодиод. Кстати, если мы не укажем чему изначально равна переменная pin, то компилятор по умолчанию присвоит ей нулевое значение. Затем ставим точку с запятой и указываем условие, при котором цикл должен выполняться — в нашем случае это работа цикла пока переменная pin меньше или равна 11. После чего мы снова ставим точку с запятой и указываем шаг увеличения или уменьшения значения pin. Запись pin++ означает увеличение переменной pin на единицу, такая операция носит название инкремент и равносильна записи pin = pin+1. А запись pin—наоборот, уменьшит значение pin на один, эта операция называется декрементом.

После указания циклу, что ему делать перед каждым новым проходом, ставится закрывающая скобка – обратите внимание, точка с запятой здесь не нужна. Затем по традиции мы открываем фигурные скобки и пишем знакомые нам строки: digitalWrite(pin, HIGH); и delay(100);

Прошу не забывать, что функция задержки рассматривается нами как простейшая, и через несколько выпусков мы поговорим о том, как ее можно заменить, чтобы не замораживать работу микроконтроллера. Данный пример ориентирован на понимание работы алгоритма, поэтому на этапе обучения мы можем себе позволить такие допущения.

На этом наш код готов. Как он работает? Опишем по пунктам:

1. Объявление переменной pin и присваивание ей значения 2

2. Проверка условия, что 2 меньше или равно 11

3. Выполнение тела цикла: зажигаем светодиод на 2-м пине и ждем 100 мс.

4. Инкремент переменной pin, теперь она будет содержать в себе цифру 3, то есть 3-й пин

5. Снова проверяем условие, что 3 меньше или равно 11

6. И выполняем подачу высокого потенциала на пин 3 с задержкой

Аналогично зажигаются остальные светодиоды. Когда значение pin будет равно 12, условие 12 меньше или равно 11 не выполнится, и будет осуществлен выход из цикла. Таким образом, мы зажжем последовательно все 10 светодиодов.

Загрузив наш код в микроконтроллер, мы увидим, что нам придется постоянно нажимать кнопку сброса, что бы погасить все светодиоды и зажечь их вновь. Если мы можем сделать цикл, который будет последовательно зажигать светодиоды, то, что нам мешает сделать такой же цикл, который будет эти светодиоды последовательно гасить? Давайте добавим еще один цикл в наш код, только теперь в теле цикла мы будем не подавать высокий потенциал на выход, а наоборот, снимать его. Исправляем HIGH на LOW, снова компилируем код и загружаем его..

После загрузки наши светодиоды будут постоянно включаться и выключаться, что выглядит гораздо интереснее 🙂 Код примера, а так же схему подключения, вы найдете здесь — это ссылка на проект в симуляторе circuits, в нем можно сразу же посмотреть на работу кода.

В качестве домашнего задания попробуйте настроить циклы таким образом, что бы светодиоды загорались не со 2-го по 11-й, а, наоборот, с 11-го по 2-й. Подумайте, как можно включать светодиоды не подряд, а через один, или через два, а так же запускать работу кода по нажатию кнопки, как мы это делали в прошлом видео. Обязательно напишите о своих успехах и возникших вопросах в комментарии.

Ну а на этом я прощаюсь с вами до следующего выпуска, в котором мы поговорим о логических операциях и их применении. Надеюсь, что сегодня вы узнали для себя что-то новое, спасибо, что дочитали до конца, успехов и добра вам! 🙂

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector