Structure d un programme Arduino

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1 3 Structure d un programme Arduino Les programmes typiques écrits en langage Arduino ont une structure très simple, que nous avons rencontrée dans le chapitre précédent, et à laquelle on peut optionnellement ajouter des déclarations : // déclarations void setup() { // instructions exécutées une seule fois, à l initialisation void loop() { // instructions répétées à chaque cycle La page de code contient une section dédiée aux déclarations, et deux fonctions nommées setup() et loop(). La zone du programme dédiée aux déclarations est optionnelle et contient les librairies externes que nous désirons appeler et les déclarations de variables globales. Nous verrons plus loin ce que tout cela signifie. La fonction setup() est destinée à accueillir toutes les commandes qui devront être exécutées au lancement du programme. La fonction loop(), quant à elle, contient les ordres qui devront être exécutés cycliquement, aussi souvent que possible. Tout programme en langage Arduino doit impérativement contenir une fonction setup() et une fonction loop(). Nous pourrons par ailleurs créer nos propres fonctions.

2 18 Projets créatifs avec Arduino Les fonctions On remarque que les fonctions se notent toutes selon cette structure : type nom([arguments]) { // instructions // [return variable] Le "type" est le format de variable que doit renvoyer la fonction lorsqu elle a été exécutée. Certaines fonctions n ont pas vocation à retourner un résultat, on doit alors indiquer que le type est void, c est-à-dire vide. Les fonctions setup() et loop() sont deux exemples typiques de fonctions qui ne renvoient aucun résultat et dont le type est donc void. Le "nom" est le nom que nous donnons à la fonction. Ce nom peut être n importe quelle chaîne de caractères ne contenant que des lettres, des chiffres et éventuellement le caractère _ (underscore). La première lettre d une fonction ne peut pas être un chiffre. setup() et loop() sont des noms de fonctions particuliers, car il s agit de fonctions appelées par le système. Nous pouvons en inventer d autres, telles que lancetouslesmoteurs() ou verifiecequeditlecapteurdetemperature(). Puisque les noms de fonctions ne peuvent pas contenir d espaces, les programmeurs ont souvent l habitude de séparer les mots en utilisant des capitales et des minuscules. Puisque le langage Arduino est sensible à la casse (il distingue les majuscules des minuscules), il faut prendre garde à toujours écrire les mots de la même manière. Entre parenthèses viennent ensuite les variables qui sont transmises à la fonction au moment où elle est invoquée. On les nomme des "arguments". Si l on ne souhaite transmettre aucune variable, les parenthèses doivent malgré tout apparaître, sans rien entre elles, car c est leur présence qui signale au programme qu un mot est une fonction et non une variable. Après nos deux parenthèses, viennent une accolade ouvrante et une accolade fermante. Entre ces deux accolades, qui délimitent ce que l on nomme un "bloc d instructions", viennent les éventuelles commandes que nous souhaitons employer. Si le type que doit renvoyer la fonction n est pas void, il faut obligatoirement qu elle contienne le mot clé return, associé à une variable du type déclaré. Voici un petit exemple de fonction capable de renvoyer un résultat : int multiplie (int a, int b){ return a*b ; Si, depuis la fonction loop() ou la fonction setup(), par exemple, on a envie de multiplier un chiffre par un autre, on peut écrire : int monnombre = multiplie(10, 20) ; On indique ainsi au programme qu il doit créer un nombre entier (int) nommé monnombre, résultat de l appel de la fonction multiplie(), que l on aura invoquée avec deux nombres : 10 et 20. La variable monnombre prendra la valeur de 200 (le résultat de la multiplication de 10 par 20). Pour que vous compreniez tout cela, nous allons devoir expliquer ce que sont des variables et à quoi servent leurs types. Mais avant cela, penchons-nous sur les déclarations.

3 Chapitre 3 Structure d un programme Arduino 19 Les déclarations En en-tête de notre programme, hors des fonctions, nous pouvons effectuer diverses déclarations : l appel de librairies ; la définition de constantes ; la déclaration de variables dites "globales". L appel de librairies Les librairies sont des modules logiciels que l on peut ajouter à Arduino pour en étendre les capacités, par exemple en lui permettant de piloter une certaine sorte de moteur ou un certain modèle de carte d extension. Certaines sont des librairies "standard", c est-à-dire inclues au logiciel, d autres doivent être placées dans le sous-dossier Librairies du dossier Arduino de nos documents. Une librairie se déclare toujours de la façon suivante : Par exemple : #include <nomdelalibrairie> #include <Servo.h> La ligne ci-dessus signifie que nous voulons pouvoir utiliser la librairie Servo, qui est dédiée au pilotage des servomoteurs. Cette librairie fait partie des librairies standard, comme les librairies EEPROM (qui permet de lire ou d écrire sur des EEPROM), Ethernet (pour piloter un port réseau ethernet), Firmata (pour communiquer avec un logiciel tel que processing), etc. En général, les librairies permettant de piloter un matériel spécifique (par exemple, le module sonore d Adafruit) sont téléchargeables sur le site du constructeur des matériels. La définition de constantes Une constante est un mot auquel on veut associer une valeur qui ne changera jamais. Par exemple, si nous avons envie d utiliser le mot clé PI pour décrire le nombre mathématique Π, dont la valeur approximative est 3,1416, nous pourrons le faire ainsi : #define PI Mais il est aussi possible de le faire avec une autre méthode, dont la structure est : const type nom = valeur; Ce qui, pour l exemple avec le mot PI, donnerait : const float PI = ; Notez que la méthode #define n indique pas de type de donnée, n utilise pas de symbole d affectation (le signe égal ("=") de l autre méthode) et que la ligne n est pas suivie d un point-virgule.

4 20 Projets créatifs avec Arduino La déclaration des variables globales Les variables sont des mots clés auxquels on associe des valeurs, mais contrairement aux constantes, leur valeur peut être modifiée au cours de l exécution du programme. Si l on ne souhaite pas leur donner une valeur initiale, on les déclare ainsi : type nom ; Dans le cas contraire, on les déclare ainsi : type nom = valeur ; Le "type" désigne le format de données. Ce sera, par exemple, un entier (int), un nombre décimal (float), un caractère alphanumérique (char), un octet (byte), une valeur booléenne (boolean), des nombres de différentes tailles (long, double, short), avec ou sans signe (unsigned int, unsigned long), etc. Nous passerons en revue les différents types de données un peu plus loin. Le fait d utiliser des variables strictement "typées" et occupant une place mesurée (un bit, un octet, deux octets ), permet d économiser de l espace en mémoire, de gagner en vitesse de traitement ou de transmission de données, et d éviter certaines erreurs, contrairement au cas de langages où le typage est déterminé et converti à la volée par le compilateur, comme Javascript ou PHP. On remarque que, contrairement aux commandes #define et #include, la ligne de déclaration d une variable est toujours suivie d un point-virgule, comme la plupart des commandes utilisées dans un programme Arduino. La variable pourra aussi être une classe, par exemple l objet Servo, que l on doit utiliser lorsque l on manipule la librairie SoftwareServo.h. Il existe une classe particulière qui s emploie sans appel de librairie, la classe String, qui permet une manipulation avancée des chaînes de caractères. Notez qu une variable n est accessible que dans la section où elle a été déclarée. Si elle est déclarée à l intérieur d une fonction, une variable ne pourra être lue ou écrite qu à l intérieur de cette fonction. De même, déclarée à l intérieur d une boucle (nous étudierons les boucles plus tard), une variable ne sera accessible qu au sein de cette boucle. Lorsque nous déclarons des variables en tête de document, hors de toute fonction, celles-ci sont accessibles depuis n importe quelle partie du programme, on les appelle des variables globales. Voici pour exemple un programme complet qui recourt à des variables nommées a, b, c et d, dont chacune n est accessible qu à un niveau d exécution. // cette variable sera globale, // c est-à-dire accessible partout int a = 1; void setup(){ int b = 2; // cette variable ne sera exécutée qu à // l intérieur de la fonction setup"

5 Chapitre 3 Structure d un programme Arduino 21 void loop(){ int c = 12; // cette variable n existera qu à l intérieur de la fonction // loop() et verra sa valeur réinitialisée à chaque cycle. For (int d=0;d<10;d++){ // la variable d n est prise en compte qu entre les deux // accolades de cette boucle. Les commentaires Lors de la présentation de la structure du programme, nous avons rédigé des phrases en langage clair que nous avons précédé de deux slashs, comme ceci : //. Ce double-slash indique au programme qu il ne doit pas exécuter le code qui le suit. Cela peut avoir deux usages : inhiber une ligne temporairement, par exemple pour tester la réaction du programme lorsqu elle est absente, sans pour autant l effacer ; noter des commentaires au sein du code, par exemple pour se souvenir de ce qu il est censé faire. Le double-slash inhibe le code jusqu au prochain saut de ligne. Si l on souhaite que plusieurs lignes soient traitées en commentaire, on doit les placer entre /* et */. Par exemple : /* Le code que vous êtes en train de lire ne sera pas exécuté */ Les différents types de variables Nous l avons déjà vu précédemment, une variable est un mot clé qui permet de stocker une valeur. Même sans avoir jamais programmé, vous savez utiliser des variables, vous le faites en permanence. Par exemple, le solde de votre compte en banque est une variable, une variable numérique. Il existe de nombreux types de variables : des nombres (entiers ou décimaux), des caractères et des chaînes de caractères (autrement dit du texte), ou encore des valeurs binaires. Nous devons indiquer le type d une variable à l endroit où nous la déclarons : char lettre = A ; boolean interrupteur = false ; float soldedemoncompte = ; boolean : variable binaire qui ne peut avoir que deux valeurs : true ou false. Contrairement à ce qui a cours dans certains langages, il faut écrire true et false en toutes lettres, on ne peut pas se contenter d écrire 0 ou 1.

6 22 Projets créatifs avec Arduino char : un caractère s écrit toujours entre simples guillemets, comme ceci : a, 0, $. Notez que la variable char peut avoir 128 valeurs différentes, qui seront soit des lettres de l alphabet, soit des chiffres, soit des symboles présents sur le clavier (comme le dollar, l underscore ou l astérisque), soit des caractères spéciaux destinés à donner des indications aux imprimantes, tels que le saut de ligne, le saut de page, etc. Il s agit donc de l ensemble de la table des caractères ASCII. Chaque valeur correspond à un chiffre : 13 est la commande return, 32 est l espace, les lettres A à Z (majuscules) sont situées entre les valeurs 65 et 90, les lettres a à z (minuscules) entre 97 et 122, etc. int : nombre entier (sans virgule), dont la taille diffère selon le processeur utilisé : 16 bits (de à 32767) sur Arduino Uno, et 32 bits (de à ) sur Arduino Due. Par exemple : int a=1; int connecteurmoteur = 6; int compteur = 0; float : nombre décimal codé sur 32 bits, allant de E +38 à E +38 (le E+38 signifie 10 puissance 38). Notez que pour Arduino, comme pour tous les langages de programmation, les décimales se notent après un point (.) et non après une virgule (,), contrairement à l usage en France. L intérêt des nombres décimaux est la précision des calculs. En "entier", 10 divisé par 3 donne 3. En "décimal", 10 divisé par 3 donne 3, byte, ou unsigned char : nombre codé sur un seul octet, donc pouvant avoir une valeur comprise entre 0 et 255. short : nombre entier codé sur 16 bits. Sur Arduino Uno, int et short sont équivalents. long : nombre entier codé sur 32 bits, compris entre et double : long nombre décimal. Sur les Arduino Uno et autres cartes utilisant des processeurs ATMEGA, "double" équivaut à un simple nombre décimal (float), puisqu il s agit d un nombre décimal codé sur 32 bits. Sur la carte Arduino Due, le "double" est codé sur 64 bits. La différence entre une variable normale et une variable unsigned est que la seconde a pour valeur minimale zéro. Par exemple, un entier signé codé sur 16 bits va de à 32767, tandis qu un entier non signé codé sur 16 bits va de 0 à Notez que unsigned int et word sont synonymes. Cette énumération est un peu indigeste, mais il ne faut pas que cela vous trouble. Il se peut que vous ayez à choisir entre différents types de variables numériques (longueur, signe), mais si vous n en comprenez pas l utilité, ce n est pas grave ; dans la plupart des cas, nous nous contenterons d utiliser un nombre assez restreint de types de variables : int (entier), float (décimal), boolean (booléen) et char (caractère), auquel il faut ajouter l objet String() que nous verrons plus loin. Dans de nombreux cas, nous n avons pas besoin d immenses chiffres et les limites des variables numériques ne sont pas un poids quotidien. Mais ces limites sont loin d être sans importance : on prévoit par exemple un problème informatique mondial le 19 janvier 2038 à 3 h 15 min 7 s, c est-à-dire l instant auquel le nombre de secondes écoulées depuis le 1 er janvier 1970 (date de référence de la plupart des systèmes informatiques) aura atteint 2 puissance 31 ( ), la limite positive maximale pour un entier "signé" comme le type "long" d Arduino