Блочный код Arduino: мигаем светодиодом, блоки и C++ рядом

С блочным кодом Arduino первая программа почти всегда одна и та же: мигать светодиодом. В этой статье мы проделаем это от начала до конца. Подключим светодиод к пину 9 через резистор 220 Ω, по одному прочитаем блоки проекта «Мигание светодиодом» в BlueGrays и рядом увидим, в какую строку кода на C++, загружаемого в плату, превращается каждый блок. А ещё ты попробуешь поменять всего одно число, 100 в блоке «ждать 100 мс», и так управлять скоростью мигания светодиода.

Одним светодиодом мы не ограничимся. Шаг за шагом та же логика вырастет в программы, которые поочерёдно мигают двумя светодиодами, работают как светофор и вспыхивают как полицейская мигалка. Потом ты увидишь ту же идею на ESP32 и на Raspberry Pi Pico с MicroPython. В конце — таблица ошибок, которые почти каждый новичок хоть раз совершает. Все проекты из этой статьи в BlueGrays бесплатны вместе с блоками и кодом, а все проекты с блоками по платформам собраны на странице «Блочный код».

Что понадобится?

Схема: подключаем светодиод к пину 9

У светодиода две ножки, и направление важно. Длинная ножка — это анод (+), а короткая — катод (-); со стороны катода у пластикового корпуса есть плоский срез. Ток течёт только от анода к катоду, поэтому если вставить светодиод наоборот, ничего не произойдёт. Соедини пин 9 Arduino с одним концом резистора 220 Ω, а другой конец резистора — с длинной ножкой светодиода. Затем выведи короткую ножку на GND. Резистор ограничивает ток: если из 5 V вычесть примерно 2 V, которые нужны красному светодиоду, на резисторе останется 3 V, а 3 V / 220 Ω — это около 14 mA. Для светодиода это комфортно, а для пина Arduino безопасно. Значение для светодиода своего цвета можно проверить в калькуляторе резистора для светодиода. Как работает светодиод, рассказано в статье что такое светодиод, а как ряды макетной платы соединены внутри — в статье что такое макетная плата.

Первая программа в блоках: «Мигание светодиодом»

Когда схема готова, посмотрим на программу. Открой в BlueGrays проект «Мигание светодиодом» и включи в разделе кода переключатель Показать блоками: появятся блоки, как на изображении ниже. Всего блоков семь, и они делятся на две большие группы: вверху настройка (один раз), под ней повторять всегда. Блоки отображаются на языке приложения, поэтому по-русски блок читается как «записать HIGH в пин», по-английски — «write HIGH to pin», а по-турецки — «numaralı pine YÜKSEK yaz».

Блоки внутри группы настройка (один раз) выполняются только один раз: при включении платы или нажатии кнопки сброса. Здесь всего один блок: «настроить пин 9 как OUTPUT». Цифровые пины Arduino могут быть входами или выходами. Раз мы управляем светодиодом, мы говорим плате: «Через этот пин я буду подавать напряжение наружу». Группа повторять всегда начинается после окончания настройки и снова и снова выполняется сверху вниз, пока плата включена. Её четыре блока включают светодиод, ждут 100 миллисекунд, выключают его и ждут ещё 100 миллисекунд. После последнего блока программа возвращается наверх, и светодиод снова загорается. То, что мы называем миганием, — это просто повторение этих четырёх шагов пять раз в секунду.

Блок → строка C++: во что превращается каждый блок?

1// Led Yakma (proje 1): D9'daki LED 100 ms yanar, 100 ms söner
2// LED Blink (project 1): the LED on D9 is on for 100 ms, off for 100 ms
3void setup() {
4  pinMode(9,OUTPUT);     // LED pini çıkış / LED pin as output
5}
6
7void loop() {
8  digitalWrite(9,HIGH);  // LED'i yak / turn the LED on
9  delay(100);            // 100 ms bekle (1000 ms = 1 s) / wait 100 ms (1000 ms = 1 s)
10  digitalWrite(9,LOW);   // LED'i söndür / turn the LED off
11  delay(100);            // 100 ms bekle / wait 100 ms
12}
13

Положи таблицу рядом с кодом, и станет видно, что блоки берут на себя. Форма групп «настройка» и «повторять всегда» соответствует фигурным скобкам функций void setup() и void loop(): от того, в какой группе стоит блок, зависит, внутри какой пары скобок будет записана его строка. В блоках не нужно думать о точке с запятой в конце каждой команды, о заглавных и строчных буквах (pinMode, digitalWrite) или о скобках. Но когда начинаешь править код в Arduino IDE вручную, всё это становится важным: одной пропущенной точки с запятой достаточно для ошибки компиляции. В этом и есть настоящая польза блоков: сначала ты выстраиваешь логику программы, а потом учишься тому, как та же логика записывается в коде.

Что будет, если изменить «ждать 100 мс»?

Время ожидания задаётся в миллисекундах (мс), и 1000 мс — это одна секунда. Оба блока ожидания в проекте стоят на 100 мс, поэтому светодиод 0,1 секунды горит и 0,1 секунды не горит. Один полный цикл занимает 200 мс, то есть светодиод мигает пять раз в секунду. Увеличь число в обоих блоках, и светодиод замедлится; уменьши — и он ускорится. Ниже определённого порога глаз уже не различает отдельные вспышки, и кажется, что светодиод горит постоянно. В таблице показано, что ты увидишь, если изменить оба ожидания:

Расширяем программу: два светодиода, светофор, полицейская мигалка

Если ты умеешь мигать одним светодиодом, для управления несколькими ничего нового не нужно: те же три блока просто повторяются с другими пинами. В проекте «Два светодиода мигают поочерёдно» в настройке выходами делаются два пина: 8 и 9. Внутри «повторять всегда» идут «записать HIGH в пин 8» и «записать LOW в пин 9», затем «ждать 200 мс». Потом записывается обратное, и программа снова ждёт 200 мс. Хитрость в том, что два блока записи выполняются друг за другом без ожидания между ними, поэтому кажется, что светодиоды меняются местами в один и тот же момент. Блок ожидания определяет, сколько длится каждое состояние.

Проект «Светофор» переносит ту же идею на три светодиода: красный на D2, жёлтый на D3, зелёный на D4. Группа «повторять всегда» состоит из четырёх фаз, и каждая следует одному шаблону: по одному блоку «записать HIGH» или «записать LOW» для каждого из трёх светодиодов, затем один блок ожидания. Блоки записи решают, какой светодиод горит, а блок ожидания — как долго. Больше блоков не значит сложнее, просто программа длиннее. Версию ближе к настоящему перекрёстку, с кнопкой для пешеходов, ищи в статье Светофор на Arduino.

1// Trafik Lambası (proje 3) / Traffic Light (project 3)
2void setup() {
3  pinMode(2,OUTPUT);    // Kırmızı / Red
4  pinMode(3,OUTPUT);    // Sarı / Yellow
5  pinMode(4,OUTPUT);    // Yeşil / Green
6}
7
8void loop() {
9  // Kırmızı yanar, 2 s bekle / Red on, wait 2 s
10  digitalWrite(2,HIGH);
11  digitalWrite(3,LOW);
12  digitalWrite(4,LOW);
13  delay(2000);
14  // Sarı yanar, 0,3 s bekle / Yellow on, wait 0.3 s
15  digitalWrite(2,LOW);
16  digitalWrite(3,HIGH);
17  digitalWrite(4,LOW);
18  delay(300);
19  // Yeşil yanar, 2 s bekle / Green on, wait 2 s
20  digitalWrite(2,LOW);
21  digitalWrite(3,LOW);
22  digitalWrite(4,HIGH);
23  delay(2000);
24  // Sarı yanar, sonra başa (kırmızıya) dön / Yellow on, then back to red
25  digitalWrite(2,LOW);
26  digitalWrite(3,HIGH);
27  digitalWrite(4,LOW);
28  delay(300);
29}
30

Проект «Полицейская мигалка» знакомит с двумя новыми видами блоков. Первый — группа глобальные переменные (в начале) с блоком «объявить целое (int) delayTime = 60» внутри. В коде это строка int delayTime = 60;, и она даёт времени вспышки имя. Поскольку в блоках ожидания стоит delayTime, а не число, для изменения скорости достаточно поправить одно число 60, а не четыре отдельных блока. Второй — зелёный блок «повторить 3 раза»: он выполняет четыре блока внутри себя три раза и в C++ становится циклом for(int i=0;i<3;i++).

Посчитаем: при каждой вспышке красный светодиод 60 мс горит и 60 мс не горит, так что одна вспышка длится 120 мс. Три вспышки — это 360 мс, и столько же у синего светодиода. Полный цикл занимает около 0,7 секунды. Поставь delayTime равным 30, и огни будут мигать вдвое быстрее; поставь 120 — и они замедлятся. Переменные и циклы — тема 4-й части серии, где мы подробно разбираем их в статье «повторять всегда», блоки счёта и массивы. Проект «Бегущий огонь», в котором огонёк бежит по ряду светодиодов, — следующий шаг на том же пути.

Та же идея на ESP32 и Raspberry Pi Pico

На ESP32 блоки почти такие же, как на Arduino, потому что ESP32 тоже программируют на C++ в Arduino IDE. В проекте «Мигание светодиодом на ESP32» светодиод подключён к GPIO 5, а блоки ожидания стоят на 500 мс. Строки кода тоже те же: pinMode(5, OUTPUT); digitalWrite(5, HIGH); delay(500);. Отличаются только номер пина, то, что пины ESP32 выдают 3,3 V, и выбор платы ESP32 в Arduino IDE. Всё, что ты изучишь на Uno, напрямую переносится на ESP32.

В проектах на Raspberry Pi Pico блоки превращаются в код на MicroPython, а названия блоков немного меняются. В проекте «Внешний светодиод на Raspberry Pi Pico» светодиод подключён к GP14. Блок «пин led : GP LED_PIN , OUTPUT» соответствует led = Pin(LED_PIN, Pin.OUT), «включить (on) пин led» — led.on(), «ждать 0.5 с» — time.sleep(0.5), а «повторять всегда» — циклу while True:. Обрати внимание: в MicroPython ожидание задаётся в секундах, а не в миллисекундах; delay(500) из Arduino превращается в time.sleep(0.5). Если хочется попробовать вообще без проводов, проект «Мигание встроенным светодиодом Raspberry Pi Pico» зажигает светодиод на GP25 прямо на плате; на Pico W к встроенному светодиоду обращаются по имени «LED», а не GP25.

1# Pico harici LED (proje 8163), seri port satırları çıkarıldı
2# Pico external LED (project 8163), serial print lines removed
3from machine import Pin
4import time
5
6LED_PIN = 14                    # GP14, herhangi bir boş GPIO / any free GPIO
7led = Pin(LED_PIN, Pin.OUT)     # pini çıkış yap / set the pin as output
8
9while True:                     # sürekli tekrarla / loop forever
10    led.on()                    # LED'i yak / turn the LED on
11    time.sleep(0.5)             # 0,5 saniye bekle / wait 0.5 s
12    led.off()                   # LED'i söndür / turn the LED off
13    time.sleep(0.5)
14

Частые ошибки и как их исправить

Пошагово в приложении: от блоков к плате

1. Открой в BlueGrays проект Мигание светодиодом: в списке проектов у него есть метка «Блоки». Можно также включить фильтр «Проекты с блоками», чтобы в списке остались только проекты с блоками.
2. Следуя схеме подключения, установи на макетную плату светодиод, резистор 220 Ω и два провода.
3. В разделе кода включи переключатель Показать блоками. Вместо кода появятся блоки; нажми на изображение, чтобы открыть его на весь экран.
4. Перейди на вкладку Разбор блоков. Программа объясняется шаг за шагом, и на каждом шаге видны только его блоки и то, что они делают.
5. Выключи переключатель, чтобы вернуться к настоящему коду, скопируй его и вставь в Arduino IDE. Блоки не загружаются в плату напрямую: в неё всегда попадает именно этот код.
6. В Arduino IDE выбери плату Arduino Uno и нужный порт, затем нажми «Загрузка» (Upload). Если IDE ещё не установлена, статья Установка Arduino IDE проведёт тебя по шагам.
7. Когда светодиод замигает, замени обе строки delay(100) на delay(1000), загрузи код снова и посмотри на разницу своими глазами.

В этой статье светодиод мигает всё время в одном ритме, а программа никак не слушает внешний мир. Следующий шаг — научить плату принимать решения: 3-я часть серии, кнопка и блок «если», рассказывает о программе, которая зажигает светодиод при нажатии кнопки, и о том, как блок «если» превращается в if/else на C++.

В приложении BlueGrays можно посмотреть проекты «Мигание светодиодом», «Два светодиода мигают поочерёдно», «Светофор», «Полицейская мигалка» и проекты со светодиодами для ESP32 и Pico вместе со схемами подключения и кодом, переключиться на блочную версию той же программы через Показать блоками и прочитать, что делает каждый шаг, на вкладке Разбор блоков.