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YOUNSI A. ROBOT SUIVEUR DE LIGNE 1/ 14

La carte ARDUINO UNO

Figure 1 : prsentation de la carte utilise pour le projet ROBOT SUIVEUR DE LIGNE

I. Prsentation gnrale de lARDUINO ............................................................................................................................... 2 A. La partie logicielle ......................................................................................................................................................... 3 B. La partie matrielle....................................................................................................................................................... 3

1. Alimentation : ............................................................................................................................................................. 4 2. Mmoire ........................................................................................................................................................................ 4 3. Entres et sorties ...................................................................................................................................................... 4 4. Communication .......................................................................................................................................................... 5 5. Programmation .......................................................................................................................................................... 5 6. Reset automatique par Software ........................................................................................................................ 5 7. Protection de surintensit USB ........................................................................................................................... 5 8. Dimensions .................................................................................................................................................................. 5 9. Schma structurel ..................................................................................................................................................... 6

II. Prsentation de lEspace de dveloppement Intgr (EDI) Arduino .................................................................. 7 A. Description de linterface ........................................................................................................................................... 7 B. Description de la structure dun programme .................................................................................................... 8

1. Description gnrale des parties ........................................................................................................................ 8 2. Description dtaille des parties ........................................................................................................................ 9

a. Dfinition des variables et constantes ......................................................................................................... 9 b. Fonction principale : void setup() .................................................................................................... 10 c. Fonction boucle : void loop() ............................................................................................................... 10

C. Compilation et programmation de lARDUINO .............................................................................................. 10 1. Ecriture de lalgorithme ...................................................................................................................................... 10 2. Ecriture du programme ....................................................................................................................................... 10 3. Compilation du programme .............................................................................................................................. 11 4. Slection de la cible et du port srie .............................................................................................................. 11 5. Transfert du programme vers la carte ARDUINO ..................................................................................... 12

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DOSSIER La carte ARDUINO

I. Prsentation gnrale de lARDUINO

Le systme Arduino est une carte lectronique base autour dun microcontrleur et de composants minimum pour raliser des fonctions plus ou moins volues bas cot. Elle possde une interface usb pour la programmer. Cest une plateforme open-source qui est base sur une simple carte microcontrleur (de la famille AVR), et un logiciel, vritable environnement de dveloppement intgr, pour crire, compiler et transfrer le programme vers la carte microcontrleur.

Arduino peut tre utilis pour dvelopper des applications

matrielles industrielles lgres ou des objets interactifs (cration artistiques par exemple), et peut recevoir en entres une trs grande varit de capteurs. Arduino peut aussi controler une grande varit dactionneurs (lumires, moteurs ou toutes autres sorties matriels). Les projets Arduino peuvent tre autonomes, ou communiquer avec des logiciels sur un ordinateur (Flash, Processing ou MaxMSP). Les cartes lectroniques peuvent tre fabriques manuellement ou bien tre achetes prassembles ; le logiciel de dveloppement open-source est tlchargeable gratuitement.

Synthse des caractristiques

Microcontrleur Atmega328

Tension de fonctionnement 5V

Tension dalimentation (recommande)

7-12V

Tension dalimentation (limites) 6-20V

Broches E/S numriques 14 (dont 6 disposent dune sortie PWM)

Broches dentres analogiques 6 (utilisables en broches E/S numriques)

Intensit maxi disponible par broche E/S (5V)

40 mA (ATTENTION : 200mA cumul pour lensemble des broches E/S)

Intensit maxi disponible pour la sortie 3.3V

50 mA

Intensit maxi disponible pour la sortie 5V

Fonction de lalimentation utilise 500 mA max si port USB utilis seul

Mmoire Programme Flash 32 KB (Atmega328) dont 0.5 KB sont utiliss par le bootloader

Mmoire SRAM (mmoire volatile) 2 KB (Atmega328)

Mmoire EEPROM (mmoire non volatile)

1 KB (Atmega328)

Vitesse dhorloge 16 MHz

Figure 2 : carte ARDUINO UNO

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Quest-ce quun microcontrleur ?

Figure 3 : schma simplifi du contenu type dun microcontrleur.

Un microcontrleur est un circuit intgr qui rassemble les lments essentiels dun ordinateur : processeur, mmoires (mmoire morte pour le programme, mmoire vive pour les donnes), units priphriques et interfaces dentres-sorties. Les microcontrleurs se caractrisent par un plus haut degr dintgration, une plus faible consommation lectrique (quelques milliwatts en fonctionnement, quelques nanowatts en veille), une vitesse de fonctionnement plus faible (quelques mgahertz quelques centaines de mgahertz) et un cot rduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utiliss dans les ordinateurs personnels.

A. La partie logicielle

Le logiciel de programmation des modules Arduino est une application Java, libre et multi-plateformes, servant dditeur de code et de compilateur, et qui peut transfrer le firmware et le programme au travers de la liaison srie (RS232, Bluetooth ou USB selon le module). Il est galement possible de se passer de linterface Arduino , et de compiler les programmes en ligne de commande.

Le langage de programmation utilis est le C++, compil avec avr-g++, et li la bibliothque de dveloppement Arduino, permettant lutilisation de la carte et de ses entres/sorties. La mise en place de ce langage standard rend ais le dveloppement de programmes sur les plates-formes Arduino, toute personne maitrisant le C ou le C++.

B. La partie matrielle

Un module Arduino est gnralement construit autour dun microcontroleur ATMEL AVR (Atmega328 ou Atmega2560 pour les versions rcentes, Atmega168 ou Atmega8 pour les plus anciennes), et de composants complmentaires qui facilitent la programmation et linterfaage avec dautres circuits. Chaque module possde au moins un rgulateur linaire 5V et un oscillateur quartz 16 MHz (ou un rsonateur cramique dans certains modles). Le microcontrleur est pr-programm avec un boot loader de faon ce quun programmateur ddi ne soit pas ncessaire.

Les modules sont programms au travers une connexion srie RS-232, mais les connexions permettant cette programmation diffrent selon les modles. Les premiers Arduino possdaient un port srie, puis lUSB est apparu sur les modles Diecimila, tandis que certains modules destins une utilisation portable se sont affranchis de linterface de programmation, relocalise sur un module USB-srie ddi (sous forme de carte ou de cble).

LArduino utilise la plupart des entres/sorties du microcontrleur pour linterfaage avec les autres circuits. Le modle Diecimila par exemple, possde 14 entres/sorties numriques, dont 6 peuvent produire des signaux PWM, et 6 entres analogiques. Les connexions sont tablies au travers de connecteurs femelle HE14 situs sur le dessus de la carte, les modules dextension venant sempiler sur lArduino. Plusieurs sortes dextensions sont disponibles dans le commerce.

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1. Alimentation :

La carte Arduino UNO peut tre alimente par lUSB ou par une alimentation externe. La source est slectionne automatiquement. La tension dalimentation extrieure (hors USB) peut venir soit dun adaptateur AC-DC ou de piles. Ladaptateur peut tre connect grce un jack de 2.1mm positif au centre. Le raccordement vers un bloc de piles peut utiliser les bornes Gnd et Vin du connecteur dalimentation (POWER). La carte peut fonctionner laide dune tension extrieure de 7 12 volts. Les broches (pins) dalimentation sont les suivantes :

VIN. La tension dentre positive lorsque la carte Arduino est utilise avec une source de tension externe ( distinguer du 5V de la connexion USB ou autre source 5V rgule). Vous pouvez alimenter la carte laide de cette broche, ou, si lalimentation est fournie par le jack dalimentation, accder la tension dalimentation sur cette broche.

5V. La tension rgule utilise pour faire fonctionner le microcontrleur et les autres composants de la carte (pour info : les circuits lectroniques numriques ncessitent une tension dalimentation parfaitement stable dite tension rgule obtenue laide dun composant appel un rgulateur et qui est intgr la carte Arduino). Le 5V rgul fourni par cette broche peut donc provenir soit de la tension dalimentation VIN via le rgulateur de la carte, ou bien de la connexion USB (qui fournit du 5V rgul) ou de tout autre source dalimentation rgule.

3V3. Une alimentation de 3.3V fournie par le circuit intgr FTDI (circuit intgr faisant ladaptation du signal entre le port USB de votre ordinateur et le port srie de lAtmega) de la carte est disponible : ceci est intressant pour certains circuits externes ncessitant cette tension au lieu du 5V). Lintensit maximale disponible sur cette broche est de 50mA

GND. Broche de masse (ou 0V).

2. Mmoire

L Atmega328 a 32 KB de mmoire (dont 0.5 KB pour le bootloader). Il a galement 2 KB de SRAM et 1 KB de mmoire non volatile EPROM (qui peut tre crite et lue grce la librairie EEPROM).

3. Entres et sorties

Chacune des 14 broches numriques de la Uno peut tre utilise en entre (input) ou en sortie (output), en utilisant les fonctions pinMode(), digitalWrite(), et digitalRead().

Elles fonctionnent en logique TTL (0V-5V) ; chacune pouvant fournir (source) ou recevoir un courant maximal de 40 mA et dispose si besoin est dune rsistance interne de pull-up. En outre, certaines broches ont des fonctions spcialises :

Serial : broche 0 (RX) et broche1 (TX). Permet de recevoir (RX) et de transmettre (TX) des donnes sries TTL. Ces broches sont raccordes leurs homologues sur le chip Atmega8U2 spcialis dans la conversion USB-to-TTL srie. Interruptions externes 2 et 3. Ces broches peuvent tre configures pour dclencher une interruption sur une valeur LOW, sur un front montant ou descendant, ou encore sur le changement de valeur. (voir la fonction attachInterrupt() pour des dtails). PWM : 3, 5, 6, 9, 10, and 11. Output 8-bit de PWM avec la fonction analogWrite(). SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ces broches fournissent le support de communication SPI en utilisant la library spcialise LED : 13. Il y a une LED connecte la broche numrique 13.

La carte Uno a 6 broches dentre analogiques, A0 A5, chacune avec 10 bits de rsolution (1024 valeurs diffrentes). Par dfaut les mesures sont effectues de la masse 5V (valeur de rfrence), mais il est possible de spcifier la valeur de rfrence en utilisant la broche VREF et la fonction analogReference().

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En outre, certaines broches ont des fonctions spcialises : I2C : 4 (SDA) and 5 (SCL). Permettent le support du bus I2C (TWI) en utilisant le library Wire.

Autres broches sur la carte : AREF. Tension de rfrence dj mentionne. Reset. Permet au niveau bas (LOW de faire un reset du contrleur. Elle est utilise typiquement pour monter un bouton reset aux cartes additionnelles (shields) bloquant celui de la carte principale.

4. Communication

La carte Arduino Uno a de nombreuses possibilits de communications avec lextrieur. LAtmega328 possde une communication srie UART TTL (5V), grce aux broches numriques 0 (RX) et 1 (TX).

Un contrleur Atmega8U2 sur la carte, gre cette communication srie vers lUSB et apparat comme un port de communication virtuel pour le logiciel sur lordinateur.

Le firmware de l8U2 utilise le protocole USB, et aucun driver externe nest ncessaire. Windows a cependant besoin dun fichier .inf, linstallation. Le logiciel Arduino possde un logiciel

srie (Telnet) intgr permettant lenvoi et la rception de texte. Les DELs RX et TX sur la carte clignoteront pour indiquer la transmission de donnes vers lordinateur.

Une librairie SoftwareSerial permet la transmission de donnes srie partie de chacune des broches numriques du Uno.

LAtmega328 supporte le bus I2C (TWI) et le protocole de communication synchrone matre-esclave SPI. Le logiciel Arduino inclut un ensemble de fonctions pour mettre en uvre lun ou lautre.

5. Programmation

La carte Arduino Uno peut tre programme directement avec lArduino software . LAtmega328 sur la carte Uno est pr programm avec un bootloader qui permet de charger le code dune nouvelle application sans utiliser un programmateur hardware externe. Il communique avec un ordinateur en utilisant le protocole STK500 dATMEL.

Mais vous pouvez programmer le contrleur de la carte en utilisant le port ICSP (In-Circuit Serial Programming).

Le code source du firmware du contrleur auxiliaire Atmega8U2 est disponible.

6. Reset automatique par Software

Il est possible deffectuer un reset via le logiciel ARDIONO. En effet, la ligne DTR sur lAtmega8U2 est connecte la ligne Reset de lAtmega328 travers une capacit. Lorsque cette ligne est amene ltat logique 0, un signal Reset est envoy au contrleur.

7. Protection de surintensit USB

La carte Arduino Uno possde une protection par fusible pour le port USB si un courant de plus de 500mA est demand. La dconnexion durera tant que la source de consommation excessive naura pas cess.

8. Dimensions

Les longueur et largeur maximales du PCB sont de 6,9 et 5,3 cm respectivement.

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9. Schma structurel

Figure 4 : schma structurel de l'ARDUINO UNO

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II. Prsentation de lEspace de dveloppement Intgr (EDI) Arduino

A. Description de linterface

Le logiciel Arduino a pour fonctions principales :

de pouvoir crire et compiler des programmes pour la carte Arduino de se connecter avec la carte Arduino pour y transfrer les programmes de communiquer avec la carte Arduino

Cet espace de dveloppement intgr (EDI) ddi au langage Arduino et la programmation des

cartes Arduino comporte :

une BARRE DE MENUS comme pour tout logiciel une interface graphique (GUI), une BARRE DE BOUTONS qui donne un accs direct aux fonctions essentielles du logiciel et fait

toute sa simplicit d'utilisation, un EDITEUR ( coloration

syntaxique) pour crire le code de vos programme, avec onglets de navigation,

une ZONE DE MESSAGES qui affiche indique l'tat des actions en cours,

une CONSOLE TEXTE qui affiche les messages concernant le rsultat de la compilation du programme

un TERMINAL SERIE (fentre spare) qui permet d'afficher des messages textes reus de la carte Arduino et d'envoyer des caractres vers la carte Arduino. Cette fonctionnalit permet une

mise au point facilite des programmes, permettant d'afficher sur l'ordinateur l'tat de variables, de rsultats de calculs ou de conversions analogique-numrique : un lment essentiel pour amliorer, tester et corriger ses programmes.

Figure 5 : prsentation des lments de l'ARDUINO software

Figure 6 : module TERMINAL SERIE

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B. Description de la structure dun programme

1. Description gnrale des parties

Un programme utilisateur Arduino est une suite dinstructions lmentaires sous forme textuelle, ligne par ligne. La carte lit puis effectue les instructions les unes aprs les autres, dans lordre dfini par les lignes de code, comme mors dune programmation classique. Cette structure se dcompose en trois parties :

Description des constantes et variables du programme Fonction principale : configuration des entres/sorties et lments configurer (cette partie

ne sera excute quune seule fois) dans le partie VOID SETUP() Fonction boucle : description du fonctionnement gnral du programme (gestion des

interactions entre les entres/sorties) dans la partie VOID LOOP()

Figure 7 : fentre graphique de l'EDI

Remarque : Il est possible dajouter des commentaires au programme. Pour cela on peut procder de deux manire :

- la fin de la ligne en ajoutant // - en encadrant les commentaires entre /* et */

1re partie

2me partie

3me partie

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2. Description dtaille des parties

a. Dfinition des variables et constantes

Dans cette partie, on dclare des lments utiliss tout au long du programme : les constantes (statiques) et les variables (dynamiques). Ce sont des emplacements mmoire utiliss pour stocker des donnes (des valeurs) utilisables dans la suite du programme.

Variable : Une variable peut aussi bien reprsenter envoyes

tape de calcul numro physique de ces entres ou sorties. Une variable nest donc pas exclusivement un paramtre variant dans le programme. On la dclare de la faon suivante :

TYPE_DE_LA_DONNEE NOM_DE_LA_DONNEE

Exemple : int led Constante : Une constante est une variable dont la valeur est inchangeable lors de l'excution d'un

programme. On la dclare de la faon suivante :

CONST TYPE_DE_LA_DONNEE NOM_DE_LA_DONNEE

Exemple : const int led

Les diffrents types de donnes: En programmation informatique, un type de donne, ou simplement type, dfinit les valeurs que

peut prendre une donne, ainsi que les oprateurs qui peuvent lui tre appliqus.

NOM DU TYPE VALEUR MIN/MAX TAILLE EN MEMOIRE

VALEURS BINAIRES

boolean 0/1 1 octet

VALEURS NUMERIQUES ENTIERES SIGNEES

int -32 768 / +32 767 2 octets

long -2 147 483 648 / +2 147 483 647 4 octets

VALEURS NUMERIQUES ENTIERES NON SIGNEES

byte 0 / +255 1 octet

unsigned int 0 / +65535 2 octets

word 0 / +65535 2 octets

unsigned long 0/ +4 294 967 295 4 octets

VALEURS NUMERIQUES A VIRGULE

float -3.4028235E+38 / +3.4028235E+38 4 octets

double -3.4028235E+38 / +3.4028235E+38 4 octets

CARACTERES

char -128 / +127 (ASCII) 1 octet

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b. Fonction principale : void setup()

Cette fonction nest excute quune seule fois au dmarrage du programme. Elle permet la configuration des entres et sorties de la carte. Les broches numriques de lArduino peuvent aussi bien tre configures en entres quen sorties. Ici on a configur LED_Pin_13 en sortie.

pinMode (nom, tat) est une des quatre fonctions relatives aux entres et sorties numriques que nous verrons plus bas.

void setup()

{

ici se trouve la configuration des entres et des sorties

}

c. Fonction boucle : void loop()

Cette fonction loop() (boucle en anglais) fait exactement ce que son nom suggre et s'excute en boucle sans fin, permettant votre programme de s'excuter. Dans cette boucle, on dfinit les oprations .

La fonction loop() est obligatoire, mme vide, dans tout programme.

void loop()

{

ici se trouve la description gnrale du programme en boucle

}

C. Compilation et programmation de lARDUINO

Lcriture dun programme se droule en plusieurs tapes.

1. Ecriture de lalgorithme

Lalgorithme est une mthode pour rsoudre un problme. L'algorithme est un moyen pour le programmeur de prsenter son approche du problme d'autres personnes. En effet, un algorithme est lnonc dans un langage bien dfini d'une suite d'oprations permettant de rpondre au problme donn. Un algorithme doit donc tre comprhensible mme par un non-informaticien.

Avant dcrire un programme, il est donc ncessaire davoir un algorithme.

2. Ecriture du programme

La rdaction du programme se fait bien sur directement en rapport avec lalgorithme ci-dessus. Il faut absolument penser mettre des commentaires comprhensifs par le non programmateur. Dtaill le programme et le partitionner en bloc logiques.

La rdaction du programme se fait dans la partie raye ci-dessous :

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3. Compilation du programme

Dans cette partie, on vrifie si le code contient des erreurs de syntaxes. En cas danomalie de compilation, le compilateur renseigne sur le type derreur et la ligne o elle se trouve.

Pour lancer la compilation, il faut appuyer sur . A ce moment-l, le bouton devient jaune et la zone de message affiche Compiling indiquant que la compilation est en cours.

Si la compilation se droule sans erreur, le message Done compilling apparat, suivi de la taille du programme.

Un compilateur est un programme informatique qui traduit un langage (appel le langage source)

en un autre (le langage cible), gnralement dans le but de crer un fichier excutable. Un compilateur sert le plus souvent traduire un code source crit dans un langage de

programmation en un autre langage, habituellement un langage d'assemblage ou un langage machine. Le programme en langage machine produit par un compilateur est appel code objet.

4. Slection de la cible et du port srie

Avant de transfrer le programme vers la carte Arduino, il faut, si ce n'est dj fait, slectionner la bonne carte Arduino (la bonne cible) depuis le menu Tools>Board (Outils>Carte).

La carte doit videmment tre connecte l'ordinateur via un cble USB.

Vous devez galement slectionner le bon port srie depuis le menu Tools > Serial Port (Outils >

Port Srie).

Remarque : Selon le systme dexploitation le nom du port srie peut diffrer :

Sous Mac, slectionner le port /dev/tty.usbserial-1B1 (pour une carte USB) Sous Windows, slectionner le port COM1, COM2 (pour une carte srie) ou COM4 ou suprieur

(pour une carte USB) Sous Linux, slectionner le port /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1 ou quivalent.

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5. Transfert du programme vers la carte ARDUINO

Une fois que vous avez slectionn le bon port srie et la bonne carte Arduino, cliquez sur le bouton

UPLOAD (Transfert vers la carte) dans la barre d'outils, ou bien slectionner le menu File>Upload to I/O board (Fichier > Transfrer vers la carte).

Sur la plupart des cartes, vous devez voir les LEDs des lignes RX et TX clignoter rapidement, tmoignant que le programme est bien transfr. Durant le transfert, le bouton devient jaune et le logiciel Arduino affiche un message indiquant que le transfert est en cours.

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Sources

SUR INTERNET: http://www.arduino.cc/ http://www.mon-club-elec.fr/ http://fr.wikipedia.org/wiki/Arduino

BIBLIOGRAPHIE:

Christian Tavernier, Arduino Matriser sa programmation et ses cartes dinterface (shields), Paris, 2011, DUNOD

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Annexes

Erreurs de syntaxes les plus courantes :

En phase d'criture et de mise au point de votre code, rptez rgulirement les compilations comme indiqu ici afin de dtecter les erreurs et corrigez-les ds qu'elles apparaissent. Les erreurs sont parfois subtiles retrouver. Les plus frquentes en pratique :

oubli d'une accolade de fermeture ou d'ouverture oubli d'un ; de fin de ligne, ajout d'un ; aprs une instruction #include ou #define utilisation du signe = au lieu du signe == dans une condition If ou une boucle while utilisation d'une variable non dclare, etc... Si vous ne savez pas d'o vient votre erreur, utiliser des // avant les lignes suspectes, et

recompiler. Avec de l'exprience, vous aurez de moins en moins de messages d'erreur

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1_Dossier ARDUINO.pdf