От блоков к Arduino C++: шпаргалка с MicroPython

Самый быстрый путь от блочного кода к Arduino C++ — держать рядом таблицу на одну страницу, где видно, в какую строку настоящего кода превращается каждый блок. Короткий ответ: блоки — не новый язык, а наглядная форма строк Arduino C++. Блок «настроить пин 13 как OUTPUT» — это строка pinMode(13, OUTPUT);, блок «ждать 1000 мс» — delay(1000);, а блок «если … то» — конструкция if. В таблице ниже рядом стоят настоящие подписи блоков из приложения BlueGrays, их код на Arduino C++ и код на MicroPython для Raspberry Pi Pico.

Эта страница — не урок, а справочный лист. Таблицу можно распечатать, положить у стола и сверяться с ней, глядя на блоки проекта: какая строка соответствует какому блоку. После таблицы идут самые частые ошибки при переходе, метод из четырёх шагов, чтобы оставить блоки позади, и одна и та же программа в виде блоков, на C++ и на MicroPython. Пример компилируется в Arduino IDE и запускается на Pico через Thonny.

Перед чтением таблицы: четыре различия между тремя формами

Блоки, C++ и MicroPython выражают одну и ту же идею, но правила записи у них разные. Именно на этих четырёх различиях спотыкаются чаще всего. Первое — структура: программа на Arduino C++ состоит из двух частей, setup() и loop(), а в блоках они выглядят как «настройка (один раз)» и «повторять всегда». В MicroPython отдельной настройки нет: файл выполняется один раз сверху вниз, а повторяющаяся часть пишется внутри цикла while True:. Второе — типы: в C++ у каждой переменной указан тип (int, float, bool), в блоках это вариант «объявить целое (int)», а в Python тип вообще не пишется.

Третье различие — диапазоны чисел. На Arduino Uno аналоговое чтение даёт 0–1023, а PWM — 0–255; на ESP32 аналоговое чтение доходит до 0–4095; на Pico MicroPython выдаёт и показания, и заполнение PWM в диапазоне 0–65535. Поэтому порог нельзя просто перенести с одной платы на другую. Четвёртое различие — единица времени: delay() принимает миллисекунды, а time.sleep() — секунды. Полсекунды — это delay(500) в C++ и time.sleep(0.5) в MicroPython. Если держать в голове эти четыре правила, большинство строк таблицы встанут на место сами собой.

• Числа в таблице — примеры: там, где в блоке стоит 13, в твоём проекте может быть 7, и число в строке кода меняется вместе с ним.
• Пины в столбце MicroPython — это номера GP на Pico (GP14, GP15, GP26). Они не обязаны совпадать с номерами пинов Uno; сверяйся со схемой.
• Строки с пометкой «Блока для Pico нет» означают, что в проектах на Pico этот блок не используется; код MicroPython, делающий то же самое, всё равно приведён.
• ESP32 тоже программируется на Arduino C++, так что столбец C++ подходит и для неё; отличаются только аналоговый диапазон и некоторые номера пинов.

Таблица соответствия: блоки, Arduino C++ и MicroPython

Таблица разбита на 12 групп: структура программы, пины, время, условия, циклы, переменные, математика, последовательный порт, аналог и PWM, звук, сервопривод и датчик. Текст в столбце «Блок» — это подписи, напечатанные на блоках в приложении, а «…» и «?» обозначают гнездо, куда вставляется другой блок. Если в строке больше одного блока, они разделены точкой.

Некоторые строки на первый взгляд выглядят один в один, но требуют внимания. В «считать с i от 0 до 5» число 5 входит в диапазон, и цикл выполняется 6 раз; поэтому в C++ пишут <= вместо <, а в Python нужен range(0, 6), потому что range не включает своё конечное число. Блок деления — тоже ловушка: при делении двух целых чисел C++ отбрасывает дробную часть, и 7 / 2 даёт 3, а Python даёт 3.5. Чтобы получить целочисленное деление, как в C++, в Python используют //. Функция map() за блоком «преобразовать x» в MicroPython не встроена; в примере ниже то же вычисление делает функция arduino_map() из двух строк.

Как вложенные блоки превращаются в код?

Знать отдельные блоки мало; настоящий навык — превращать вложенные блоки в одну строку. Для этого различай две формы. Блоки, которые стоят друг под другом и имеют выступ на краю, — это команды, и каждая из них становится строкой кода. Овальные или заострённые блоки, которые вставляются в гнездо другого блока, — это значения; в коде они стоят внутри скобок, справа от знака равенства или внутри условия. Строки ниже взяты из бесплатного проекта «Настройка частоты зуммера»: четыре кнопки включают и выключают звук, повышают и понижают его частоту, а она удерживается в пределах от 50 до 5000 Hz.

Пока читаешь эту таблицу, выработай одну привычку: сначала переводи самый внутренний блок, а потом двигайся наружу. В «установить frequency в (ограничить frequency снизу 50 сверху 5000)» самая внутренняя часть — constrain(frequency, 50, 5000), а внешний блок «установить» оборачивает её в frequency = …. Блок-значение не может быть отдельной строкой: если поставить после него точку с запятой и оставить так, компилятор может и не возразить, но результат никуда не сохранится.

Частые ошибки при переходе от блоков к коду

Блочный редактор не даёт совершить большинство этих ошибок: форма деталей не позволяет им встать не на своё место. В коде этой защиты нет, поэтому в первые недели почти все сталкиваются с ошибками ниже. Сообщения об ошибках приходят на английском, но шаблонов у них немного, и после пары встреч их уже узнаёшь.

Как оставить блоки позади: метод из 4 шагов

Пытаться перейти за один раз утомительно. Четыре шага ниже ведут от чтения к письму маленькими шагами. На каждый шаг хватит одного-двух проектов; к следующему шагу можно переходить, когда текущий получается без взгляда в таблицу.

1. Читай параллельно. Открой блоки и код проекта одновременно и пальцем сопоставь каждый блок с его строкой в коде. На этом шаге держи таблицу рядом. Цель: каждую строку кода связать с блоком.
2. Спрячь блоки и угадай. Сначала посмотри на блоки, потом выключи блочный вид и, не глядя в код, напиши на бумаге C++ для этих блоков. Затем сравни с настоящим кодом. Попробуй и наоборот: прочитай код и угадай блоки.
3. Измени значение в коде. Перенеси код на компьютер и измени всего одно число: увеличь паузу со 100 до 500 или порог с 400 до 600. Загрузи код в плату и посмотри на разницу своими глазами. Если появилась ошибка компиляции, вернись к таблице ошибок выше.
4. Напиши новую строку. Добавь строку, которой нет в блоках: Serial.println(), который выводит значение в монитор порта, второй светодиод или if, который работает с кнопкой. Теперь это уже не перевод блоков, а прямое написание кода.

Для каждого шага в серии есть подходящий урок. Для первого шага хорошо начать с таблицы «блок — строка» в статье мигание светодиодом на блоках. Для работы с условиями и циклами на втором и третьем шагах смотри блок «если» и циклы и переменные. Если впереди переход на MicroPython на Pico, в статье от блоков к MicroPython разобрана и установка Thonny. Чтобы растянуть переход на несколько недель в классе, 8-недельный план по робототехнике и программированию даёт готовый порядок.

Блоки и код рядом в приложении BlueGrays

Чаще всего эта таблица пригодится, когда переходишь туда-обратно между блоками и кодом настоящего проекта. В приложении BlueGrays блочный вид есть у более чем 100 проектов; в более чем 30 бесплатных проектах блоки тоже открыты, а в проектах Premium блоки открываются с Premium. Блоки нужны для чтения: в приложении их нельзя редактировать, и в плату они не загружаются. В плату всегда идёт настоящий код; его берут кнопкой Копировать или Копировать ссылку, чтобы открыть на компьютере, и вставляют в Arduino IDE, а для Pico — в Thonny.

• Показать блоками: включи этот переключатель рядом с исходным кодом на странице проекта, и та же программа появится в виде картинки из блоков на языке приложения. Нажми на картинку, чтобы открыть её на весь экран; выключая и включая переключатель, как раз и отрабатываешь первый и второй шаги.
• Разбор блоков: при включённом блочном виде вкладка «Разбор кода» получает это название. Программа делится на шаги, у каждого — своя часть и пояснение. Задание «Твоя очередь» в конце — готовое упражнение для четвёртого шага.
• Справочник по коду: каждая из 36 карточек в разделе «Учёба» (18 по Arduino C++, 18 по MicroPython) показывает свой пример тремя способами на вкладках Блоки, Arduino и MicroPython. Если нужна какая-то строка таблицы подробнее, открой соответствующую карточку.
• Проекты с блоками: этот вариант в «Фильтре» в разделе «Обзор › Проекты» показывает только проекты с блочным видом, и выбрать проект для перехода становится проще.

Как устроен справочник по коду, мы рассказали в статье о справочнике по коду, а разделы «Разбор кода» и «Твоя очередь» — в руководстве по разбору кода. Если нужно объяснение каждой команды по отдельности, рядом с этой таблицей хорошо работает список команд Arduino.

Одна программа в трёх видах: ночник, который тускнеет при свете

Чтобы увидеть таблицу в деле, соберём небольшую программу. LDR измеряет освещённость; пока в комнате светло, светодиод выключен, а по мере того как темнеет, он постепенно разгорается. Программа использует блоки переменной, аналогового чтения, условия, преобразования, PWM, последовательного порта и ожидания, так что больше половины таблицы встречается в одном примере. Идея основана на бесплатном проекте «Ночник на LDR»; там светодиод просто включается или выключается, а здесь PWM делает его тусклее. Подключение LDR можно посмотреть и на схеме проекта «Измерение освещённости с LDR».

Сначала блочная версия. С подписями из приложения программа состоит из блоков ниже; каждый пункт соответствует одной или нескольким строкам кода C++, который идёт следом:

1. глобальные переменные (в начале): объявить целое (int) lightValue = 0 и объявить целое (int) brightness = 0
2. настройка (один раз): запустить порт на 9600 бод, затем настроить пин 9 как OUTPUT
3. повторять всегда: установить lightValue в (аналоговое чтение A0)
4. если (lightValue < 400) то: установить brightness в (преобразовать lightValue : 0 – 400 → 255 – 0); иначе: установить brightness в 0
5. записать PWM brightness в пин 9
6. вывести в порт «Light: » без переноса, вывести в порт lightValue без переноса, вывести в порт « PWM: » без переноса, вывести в порт brightness новая строка
7. ждать 200 мс

1// ─────────────────────────────────────────
2//   BlueGrays · bluegrays.com
3//   Işığa göre kısılan gece lambası / Dimming night light
4// ─────────────────────────────────────────
5
6int lightValue = 0;   // LDR okuması / LDR reading (0-1023)
7int brightness = 0;   // LED parlaklığı / LED brightness (0-255)
8
9void setup() {
10  Serial.begin(9600);   // Seri port 9600 baud / Serial at 9600 baud
11  pinMode(9, OUTPUT);   // LED, PWM pini D9 / LED on PWM pin D9
12}
13
14void loop() {
15  lightValue = analogRead(A0);   // Az ışık = küçük değer / Little light = small value
16
17  if (lightValue < 400) {
18    // Karanlık arttıkça LED parlar / The darker it gets, the brighter the LED
19    brightness = map(lightValue, 0, 400, 255, 0);
20  } else {
21    brightness = 0;   // Oda aydınlık, LED kapalı / Room is bright, LED off
22  }
23
24  analogWrite(9, brightness);   // PWM 0-255 / PWM 0-255
25
26  Serial.print("Light: ");
27  Serial.print(lightValue);
28  Serial.print("  PWM: ");
29  Serial.println(brightness);
30
31  delay(200);   // 0,2 sn bekle / Wait 0.2 s
32}
33

1# ─────────────────────────────────────────
2#   BlueGrays · bluegrays.com
3#   Işığa göre kısılan gece lambası / Dimming night light
4# ─────────────────────────────────────────
5from machine import Pin, ADC, PWM
6import time
7
8ldr = ADC(26)                # GP26 = ADC0 / GP26 = ADC0
9led = PWM(Pin(15))           # LED, GP15 / LED on GP15
10led.freq(1000)               # PWM frekansı 1000 Hz / PWM frequency 1000 Hz
11
12THRESHOLD = 25600            # Uno'daki 400'ün karşılığı / Same as 400 on the Uno
13
14
15def arduino_map(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
16    # Arduino map() ile aynı hesap / Same math as Arduino map()
17    return (x - in_min) * (out_max - out_min) // (in_max - in_min) + out_min
18
19
20while True:
21    light_value = ldr.read_u16()          # 0-65535 / 0-65535
22
23    if light_value < THRESHOLD:
24        # Karanlık arttıkça LED parlar / The darker it gets, the brighter the LED
25        brightness = arduino_map(light_value, 0, THRESHOLD, 65535, 0)
26    else:
27        brightness = 0                    # Oda aydınlık, LED kapalı / Room is bright, LED off
28
29    led.duty_u16(brightness)              # PWM 0-65535 / PWM 0-65535
30
31    print("Light:", light_value, " PWM:", brightness)
32
33    time.sleep(0.2)                       # 0,2 sn bekle / Wait 0.2 s
34

Сравни две программы построчно, и все различия из таблицы станут видны. setup() из C++ в Python превращается в строки перед while True, а Serial.begin() исчезает. Вместо analogRead(A0) появляется ADC(26).read_u16(), и диапазон растёт с 0–1023 до 0–65535; поэтому порог равен 25600, а не 400. Вместо analogWrite(9, …) сначала создаётся объект PWM, и яркость задаётся через duty_u16() от 0 до 65535. Поскольку map() не встроена, пишется функция arduino_map(); целочисленное деление // внутри неё соответствует целочисленному делению в C++. Один print() заменяет четыре отдельных вызова Serial.print(), а delay(200) превращается в time.sleep(0.2).

Переход от блочного кода к Arduino C++ — это не столько заучивание нового, сколько узнавание письменной формы уже знакомых блоков. Держи эту таблицу рядом, в каждом проекте сначала читай блоки и код параллельно, а потом спрячь блоки и напиши код без подсказок. Чтобы увидеть эти строки в настоящих проектах, открой в приложении BlueGrays проект с блочным видом и переключайся между двумя формами одной программы с помощью Показать блоками.