arduino-pour-bien-commencer-en-electronique-et-en-programmation

Arduino pour bien
commencer en
électronique et en
programmation
Par Astalaseven ,
Eskimon
et olyte
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Licence Creative Commons BY-NC-SA 2.0
Dernière mise à jour le 4/08/2012

Sommaire
2Sommaire ...........................................................................................................................................
4Lire aussi ............................................................................................................................................
6 Arduino pour bien commencer en électronique et en programmation ................................................
6Plan du cours ....................................................................................................................................................................
6Apprentissage des bases ............................................................................................................................................................................................
7Notions en robotique et en domotique ........................................................................................................................................................................
7Les écrans LCD ...........................................................................................................................................................................................................
7Interface Homme-Machine ..........................................................................................................................................................................................
7Internet ........................................................................................................................................................................................................................
7Les annexes ................................................................................................................................................................................................................
7Objectif du cours ...............................................................................................................................................................
9Partie 1 : [Théorie] Découverte de l'Arduino .......................................................................................
9Présentation ......................................................................................................................................................................
9Présentation d'Arduino ................................................................................................................................................................................................
9Qu'est ce que c'est ? ...................................................................................................................................................................................................
9Les bonnes raisons de choisir Arduino .......................................................................................................................................................................
10Les outils Arduino ......................................................................................................................................................................................................
12Acheter une carte ......................................................................................................................................................................................................
14Listes d'achat ............................................................................................................................................................................................................
19Liste Globale ! ...........................................................................................................................................................................................................
21Les revendeurs ..........................................................................................................................................................................................................
21Les kits ......................................................................................................................................................................................................................
21Quelques bases élémentaires .........................................................................................................................................
22L'électronique ............................................................................................................................................................................................................
22Le courant électrique .................................................................................................................................................................................................
23Tension ......................................................................................................................................................................................................................
24La masse ...................................................................................................................................................................................................................
25La résistance .............................................................................................................................................................................................................
26Un outil formidable : la BreadBoard ..........................................................................................................................................................................
27La programmation .....................................................................................................................................................................................................
27Qu'est-ce qu'un programme ......................................................................................................................................................................................
28La programmation en électronique ...........................................................................................................................................................................
30Les bases du comptage (2,10,16...) ..........................................................................................................................................................................
30Les bases du de comptage .......................................................................................................................................................................................
31Conversions ..............................................................................................................................................................................................................
34Le logiciel ........................................................................................................................................................................
34Installation .................................................................................................................................................................................................................
34Téléchargement ........................................................................................................................................................................................................
35Interface du logiciel ...................................................................................................................................................................................................
35Lancement du logiciel ...............................................................................................................................................................................................
36Présentation du logiciel .............................................................................................................................................................................................
37Approche et utilisation du logiciel ..............................................................................................................................................................................
37Le menu File .............................................................................................................................................................................................................
38Les boutons ...............................................................................................................................................................................................................
39Le matériel .......................................................................................................................................................................
40Présentation de la carte ............................................................................................................................................................................................
40Constitution de la carte .............................................................................................................................................................................................
41Installation .................................................................................................................................................................................................................
41Sous Windows ..........................................................................................................................................................................................................
42Tester son matériel ....................................................................................................................................................................................................
49Le langage Arduino (1/2) .................................................................................................................................................
50La syntaxe du langage ..............................................................................................................................................................................................
50Le code minimal ........................................................................................................................................................................................................
52Les variables .............................................................................................................................................................................................................
55Les opérations "simples" ...........................................................................................................................................................................................
57Quelques opérations bien pratiques .........................................................................................................................................................................
59L'opération de bascule (ou "inversion d'état") ...........................................................................................................................................................
59Les conditions ...........................................................................................................................................................................................................
60If...else .......................................................................................................................................................................................................................
62Les opérateurs logiques ............................................................................................................................................................................................
64Switch ........................................................................................................................................................................................................................
66La condition ternaire ou condensée ..........................................................................................................................................................................
67Le langage Arduino (2/2) .................................................................................................................................................
68Les boucles ...............................................................................................................................................................................................................
68La boucle while ..........................................................................................................................................................................................................
69La boucle do...while ...................................................................................................................................................................................................
71La boucle for ..............................................................................................................................................................................................................
72La boucle infinie ........................................................................................................................................................................................................
72Les fonctions .............................................................................................................................................................................................................
73Fabriquer une fonction ..............................................................................................................................................................................................
74Les fonctions vides ....................................................................................................................................................................................................
75Les fonctions "typées" ...............................................................................................................................................................................................
76Les fonctions avec paramètres .................................................................................................................................................................................
78Les tableaux ..............................................................................................................................................................................................................
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79Déclarer un tableau ...................................................................................................................................................................................................
79Accéder et modifier une case du tableau ..................................................................................................................................................................
80Initialiser un tableau ..................................................................................................................................................................................................
81Exemple de traitement ..............................................................................................................................................................................................
83Partie 2 : [Pratique] Gestion des entrées / sorties .............................................................................
84Notre premier programme ! .............................................................................................................................................
84La diode électroluminescente ...................................................................................................................................................................................
84DEL / LED ? ..............................................................................................................................................................................................................
85Fonctionnement ........................................................................................................................................................................................................
87Par quoi on commence ? ..........................................................................................................................................................................................
88Réalisation ................................................................................................................................................................................................................
89Créer un nouveau projet ............................................................................................................................................................................................
92Créer le programme : les bons outils ! ......................................................................................................................................................................
93La référence Arduino .................................................................................................................................................................................................
93Allumer notre LED .....................................................................................................................................................................................................
95Introduire le temps ...........................................................................................................................................................
96Comment faire ? ........................................................................................................................................................................................................
100Faire clignoter un groupe de LED ...........................................................................................................................................................................
105Réaliser un chenillard ..............................................................................................................................................................................................
108Fonction millis() .......................................................................................................................................................................................................
108Les limites de la fonction delay() .............................................................................................................................................................................
109Découvrons et utilisons millis() ................................................................................................................................................................................
111[TP] Feux de signalisation routière ................................................................................................................................
111Préparation ..............................................................................................................................................................................................................
112Énoncé de l'exercice ...............................................................................................................................................................................................
113Correction ! ..............................................................................................................................................................................................................
114La correction, enfin ! ................................................................................................................................................................................................
116Un simple bouton ...........................................................................................................................................................
117Qu'est-ce qu'un bouton ............................................................................................................................................................................................
117Mécanique du bouton ..............................................................................................................................................................................................
117L'électronique du bouton .........................................................................................................................................................................................
118Contrainte pour les montages .................................................................................................................................................................................
119Schéma résumé ......................................................................................................................................................................................................
120Récupérer l'appui du bouton ...................................................................................................................................................................................
120Montage de base .....................................................................................................................................................................................................
121Paramétrer la carte ..................................................................................................................................................................................................
122Récupérer l'état du bouton ......................................................................................................................................................................................
122Test simple ..............................................................................................................................................................................................................
124Interagir avec les LEDs ...........................................................................................................................................................................................
124Montage à faire .......................................................................................................................................................................................................
126Objectif : Barregraphe à LED ..................................................................................................................................................................................
126Correction ................................................................................................................................................................................................................
131Les interruptions matérielles ...................................................................................................................................................................................
131Principe ...................................................................................................................................................................................................................
132Mise en place ..........................................................................................................................................................................................................
132Mise en garde ..........................................................................................................................................................................................................
133Afficheurs 7 segments ...................................................................................................................................................
134Matériel ....................................................................................................................................................................................................................
134Première approche : côté électronique ...................................................................................................................................................................
134Un peu (beaucoup) d'électronique ..........................................................................................................................................................................
135Branchement "complet" de l'afficheur .....................................................................................................................................................................
138Afficher son premier chiffre ! ...................................................................................................................................................................................
138Schéma de connexion .............................................................................................................................................................................................
139Le programme .........................................................................................................................................................................................................
140Techniques d'affichage ............................................................................................................................................................................................
140Les décodeurs "4 bits -> 7 segments" .....................................................................................................................................................................
143L'affichage par alternance .......................................................................................................................................................................................
143Utilisation du décodeur BCD ...................................................................................................................................................................................
148Utiliser plusieurs afficheurs .....................................................................................................................................................................................
148Un peu d'électronique... ..........................................................................................................................................................................................
154...et de programmation ............................................................................................................................................................................................
156Contraintes des évènements ..................................................................................................................................................................................
158[TP] zParking .................................................................................................................................................................
159Consigne .................................................................................................................................................................................................................
160Correction ! ..............................................................................................................................................................................................................
160Montage ..................................................................................................................................................................................................................
162Programme .............................................................................................................................................................................................................
169Conclusion ..............................................................................................................................................................................................................
169Partie 3 : [Pratique] Communication par la liaison série ..................................................................
170Généralités ....................................................................................................................................................................
170Protocole de communication ...................................................................................................................................................................................
170Principe de la voie série ..........................................................................................................................................................................................
170Avant de commencer... ............................................................................................................................................................................................
171Fonctionnement de la communication série ............................................................................................................................................................
173Fonctionnement de la liaison série ..........................................................................................................................................................................
173Le connecteur série (ou sortie DB9) ........................................................................................................................................................................
175La gestion des erreurs .............................................................................................................................................................................................
175Désolé, je suis occupé... .........................................................................................................................................................................................
176Mode de fonctionnement .........................................................................................................................................................................................
177Arduino et la communication ...................................................................................................................................................................................
177Utiliser la liaison série avec Arduino ........................................................................................................................................................................
Sommaire 3/302
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178Différence entre Ordinateur et Arduino ....................................................................................................................................................................
178Les niveaux électriques ...........................................................................................................................................................................................
179Cas d'utilisation .......................................................................................................................................................................................................
179Envoyer/Recevoir des données ....................................................................................................................................
180Préparer la liaison série ..........................................................................................................................................................................................
180Du côté de l'ordinateur ............................................................................................................................................................................................
182Du côté du programme ...........................................................................................................................................................................................
183Envoyer des données ..............................................................................................................................................................................................
183Appréhender l'objet Serial .......................................................................................................................................................................................
185La fonction print() en détail ......................................................................................................................................................................................
190Exercice : Envoyer l'alphabet ..................................................................................................................................................................................
191Recevoir des données ............................................................................................................................................................................................
191Réception de données ............................................................................................................................................................................................
192Exemple de code complet .......................................................................................................................................................................................
193[Exercice] Attention à la casse ! ..............................................................................................................................................................................
193Consigne .................................................................................................................................................................................................................
193Correction ................................................................................................................................................................................................................
195[TP] Baignade interdite ..................................................................................................................................................
196Sujet du TP ..............................................................................................................................................................................................................
196Contexte ..................................................................................................................................................................................................................
196Objectif ....................................................................................................................................................................................................................
196Conseil ....................................................................................................................................................................................................................
197Résultat ...................................................................................................................................................................................................................
198Correction ! ..............................................................................................................................................................................................................
198Le schéma électronique ..........................................................................................................................................................................................
200Les variables globales et la fonction setup() ...........................................................................................................................................................
201La fonction principale et les autres ..........................................................................................................................................................................
206Code complet ..........................................................................................................................................................................................................
208Améliorations ..........................................................................................................................................................................................................
209[Annexe] Votre ordinateur et sa liaison série dans un autre langage de programmation .............................................
210En C++ avec Qt .......................................................................................................................................................................................................
210Installer QextSerialPort ...........................................................................................................................................................................................
211Les trucs utiles .........................................................................................................................................................................................................
215Émettre et recevoir des données ............................................................................................................................................................................
216En C# (.Net) ............................................................................................................................................................................................................
216Les trucs utiles ........................................................................................................................................................................................................
219Émettre et recevoir des données ............................................................................................................................................................................
221Partie 4 : [Pratique] Les grandeurs analogiques .............................................................................
222Les entrées analogiques de l'Arduino ...........................................................................................................................
222Un signal analogique : petits rappels ......................................................................................................................................................................
223Les convertisseurs analogiques -> numérique ou CAN ..........................................................................................................................................
224Arduino dispose d'un CAN ......................................................................................................................................................................................
225Le CAN à approximations successives ...................................................................................................................................................................
230Lecture analogique, on y vient... .............................................................................................................................................................................
230Lire la tension sur une broche analogique ..............................................................................................................................................................
231Convertir la valeur lue .............................................................................................................................................................................................
233Une meilleure précision ? ........................................................................................................................................................................................
233Solution 1 : modifier la plage d'entrée du convertisseur ..........................................................................................................................................
234Solution 2 : présentation théorique d'une solution matérielle (nécessite des composants supplémentaires) ........................................................
235Exemple d'utilisation ................................................................................................................................................................................................
235Le potentiomètre .....................................................................................................................................................................................................
237Utilisation avec Arduino ...........................................................................................................................................................................................
239[TP] Vu-mètre à LED .....................................................................................................................................................
240Consigne .................................................................................................................................................................................................................
240Correction ! ..............................................................................................................................................................................................................
240Schéma électronique ..............................................................................................................................................................................................
242Le code ....................................................................................................................................................................................................................
243Amélioration ............................................................................................................................................................................................................
246Et les sorties "analogiques", enfin... presque ! ..............................................................................................................
247Convertir des données binaires en signal analogique ............................................................................................................................................
247Convertisseur Numérique->Analogique ..................................................................................................................................................................
247PWM ou MLI ............................................................................................................................................................................................................
249La PWM de l'Arduino ...............................................................................................................................................................................................
249Avant de commencer à programmer .......................................................................................................................................................................
250Quelques outils essentiels ......................................................................................................................................................................................
254À vos claviers, prêt... programmez ! ........................................................................................................................................................................
257Transformation PWM -> signal analogique .............................................................................................................................................................
258La valeur moyenne d'un signal ................................................................................................................................................................................
259Extraire cette valeur moyenne .................................................................................................................................................................................
263Calibrer correctement la constante RC ...................................................................................................................................................................
265[Exercice] Une animation "YouTube" ............................................................................................................................
265Énoncé ....................................................................................................................................................................................................................
265Solution ...................................................................................................................................................................................................................
265Le schéma ...............................................................................................................................................................................................................
267Le code ....................................................................................................................................................................................................................
271Partie 5 : [Pratique] L'affichage .......................................................................................................
271Les écrans LCD .............................................................................................................................................................
271Un écran LCD c'est quoi ? ......................................................................................................................................................................................
272Commande du LCD ................................................................................................................................................................................................
273Quel écran choisir ? ................................................................................................................................................................................................
273Les caractéristiques ................................................................................................................................................................................................
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