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Variables en Arduino

¿Que es una variable? Una variable es un lugar donde almacenar un dato, tiene un nombre, un valor y un tipo.

Los nombres de variables pueden tener letras, números y el símbolo ’_’. Deben empezar por una letra (pueden empezar por ’_ ’ pero no es recomendable pues es el criterio que usan las rutinas de la biblioteca).

Pueden llevar mayúsculas y minúsculas. En C se distingue entre mayúsculas y minúsculas. La costumbre es que las variables van en minúscula y las constantes en mayúscula

Usa las mismas reglas dentro del código para el nombramiento de variables, ya sea en minúscula con palabras separadas con guiones bajos, tantos como sea necesario para mejorar la legibilidad o utilizar la convención “CapWords” (palabras que comienzan con mayúsculas), aunque generalmente la primera palabra se pone en minúsculas.

Usa un solo guión bajo como prefijo para métodos no públicos y variables de instancia.

Las palabras reservadas if, else,etc . . . no pueden usarse como nombres de variables.

Nombres para evitar: Nunca uses los caracteres ‘l’ (letra ele en minúscula), ‘O’ (letra o mayúscula), o ‘I’ (letra i mayúscula) como simples caracteres para nombres de variables, para evitar confusiones a la hora de leer el código.

Declaración de variables.

Una variable tiene un nombre, un valor y un tipo. Con la asignación, se puede cambiar el valor de la variable.

Todas las variables deben ser declaradas antes de su uso. Las declaraciones deben aparecer al principio de cada función o bloque de sentencias. Al declarar una variable se debe indicar primero el tipo de variable y luego su nombre, opcionalmente se le puede dar un valor, lo que se llama inicializar la variable.

La declaración consta de un tipo de variable y una lista de variables separadas por coma.

int i,j;
float x,pi;
unsigned long longitud, contador;

Las variables pueden inicializarse en la declaración

float pi=3.1416;
unsigned long contador=0;

Puede utilizarse el modificador const para indicar que la variable no puede ser cambiada en tiempo de ejecución.

const float e=2.7182;

La declaración de una variable sólo debe hacerse una vez en un programa, pero el valor de la variable se puede cambiar en cualquier momento usando aritmética y reasignaciones diversas.

Una variable puede ser declarada en una serie de lugares del programa y en función del lugar en donde se lleve a cabo la declaración, esto determinará en qué partes del programa se podrá hacer uso de ella, es lo que se denomina ámbito de la variable o scope.

C y C++ se dice que son lenguajes de tipado estático, es decir, la comprobación de tipificación se realiza durante la compilación, y no durante la ejecución, por lo tanto no podemos cambiar el tipo de una variable en tiempo de ejecución. Otros lenguajes, generalmente interpretados, son de tipado dinámico y una misma variable puede tomar valores de distinto tipo en distintos momentos, como PHP o python.

La explicación de www.arduino.cc de las variables: http://arduino.cc/en/Tutorial/Variables y http://arduino.cc/en/Reference/VariableDeclaration

Usando Visualino tenemos de un apartado de variables donde tenemos los bloques para declarar, asignar y llamar las variables.

Ámbito de una variable

Una variable puede ser declarada al inicio del programa antes de la parte de configuración setup(), a nivel local dentro de las funciones, y, a veces, dentro de un bloque, como para los bucles del tipo if.. for.., etc. En función del lugar de declaración de la variable así se determinará el ámbito de aplicación, o la capacidad de ciertas partes de un programa para hacer uso de ella.

Una variable global es aquella que puede ser vista y utilizada por cualquier función y estamento de un programa. Esta variable se declara al comienzo del programa, antes de setup().

Recordad que al declarar una variable global, está un espacio en memoria permanente en la zona de static data y el abuso de variables globales supone un uso ineficiente de la memoria.

Una variable local es aquella que se define dentro de una función o como parte de un bucle. Sólo es visible y sólo puede utilizarse dentro de la función en la que se declaró. Por lo tanto, es posible tener dos o más variables del mismo nombre en diferentes partes del mismo programa que pueden contener valores diferentes, pero no es una práctica aconsejable porque complica la lectura de código.

En el reference de Arduino hay una muy buena explicación del ámbito de las variables: http://arduino.cc/en/Reference/Scope

Con Visualino es posible declarar variables locales y globales:

El modificador de variable static, es utilizado para crear variables que solo son visibles dentro de una función, sin embargo, al contrario que las variables locales que se crean y destruyen cada vez que se llama a la función, las variables estáticas mantienen sus valores entre las llamadas a las funciones.

La variables estáticas solo se crean e inicializan la primera vez que la función es llamada. Ver ejemplo en: http://arduino.cc/en/Reference/Static

Con Visualino no es posible declarar variables estáticas.

Probar este ejercicio y luego añadir static a la variable valor. Ver la diferencia.

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio03-Visualino_Variables

Constantes

En programación, una constante es un valor que no puede ser alterado/modificado durante la ejecución de un programa, únicamente puede ser leído. Una constante corresponde a una longitud fija de un área reservada en la memoria principal del ordenador, donde el programa almacena valores fijos. Por ejemplo el valor de PI = 3.1416.

El modificador const, modifica el comportamiento de una variable haciéndola “read-only”, esto significa que puede usarse como cualquier otra variable pero su valor no puede ser cambiado.

Más información en: http://arduino.cc/en/Reference/Const

El entorno de programación de Aduino también tiene predefinidas unas constantes o expresiones, que facilitan la lectura del código: http://arduino.cc/en/Reference/Constants

En C++ las constantes también pueden ser definidas a nivel de módulo antes de compilar, de forma que no ocupan memoria y su nombre es sustituido por el valor definido en el proceso de compilación. Estas constantes por norma se escriben con letras en mayúscula y guiones bajos separando palabras. Por ejemplo, MAX_OVERFLOW y TOTAL. Se usa la palabra clave #define para definirlas.

Más información en: https://www.arduino.cc/en/Reference/Define

En Visualino no está disponible la opción de declarar constantes, pero se pueden declarar variables globales y luego añadir el modificador const.

Repaso Programación Arduino

3 respuestas

El lenguaje de programación de Arduino es C++. No es un C++ puro sino que es una adaptación que proveniente de avr-libc que provee de una librería de C de alta calidad para usar con GCC (compilador de C y C++) en los microcontroladores AVR de Atmel y muchas utilidades opensource específicas para las MCU AVR de Atmel como avrdude: https://learn.sparkfun.com/tutorials/pocket-avr-programmer-hookup-guide/using-avrdude

Las herramientas necesarias para programar los microcontroladores AVR de Atmel son avr-binutils, avr-gcc y avr-libc y ya están incluidas en el IDE de Arduino, pero cuando compilamos y cargamos un sketch estamos usando estas herramientas.

Aunque se hable de que hay un lenguaje propio de programación de Arduino, no es cierto, la programación se hace en C++ pero Arduino ofrece unas librerías, también llamado core, que facilitan la programación de los pines de entrada y salida y de los puertos de comunicación, así como otras librerías para operaciones específicas. El propio IDE ya incluye estas librerías de forma automática y no es necesario declararlas expresamente. Otra diferencia frente a C++ standard es la estructuctura del programa ya que no usa la función main(), sino que usa las funciones setup() y loop().

En la mayoría de los casos se puede hacer un proyecto de Arduino de cierta complejidad con la librería que nos ofrece el core de Arduino y no es necesario añadir más instrucciones ni tipos de datos que los que hay en el core. Pero cuando queremos algo más complejo o más rápido o menos consumo o con más memoria, etc… es necesario usar funciones y estructuras no disponibles en el core de Arduino.

Toda la información para programar con el core de Arduino se encuentra en el reference de la web de Arduino: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage

Una buena chuleta para tener a mano cuando programemos. Cheat Sheet: https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/learn/materials/8/Arduino_Cheat_Sheet.pdf

Lenguaje de programación C++

Es posible usar comandos estándar de C++ en la programación de Arduino siempre que estén incluidos en el avr libc:

Reference: https://microchip.com/webdoc/AVRLibcReferenceManual/
Módulos http://www.atmel.com/webdoc/AVRLibcReferenceManual/ch20.html
Standard Library: http://www.atmel.com/webdoc/AVRLibcReferenceManual/group__avr__stdlib.html
String Module: http://www.atmel.com/webdoc/AVRLibcReferenceManual/group__avr__string.html
Free software project: http://www.nongnu.org/avr-libc/
Módulos: http://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/modules.html

En Internet hay muchas webs de referencia donde consultar dudas a la hora de programar en C++:

Un manual sencillo de entender para la programación es el “arduino programming notebook” de brian w. Evans. Puedes consultarlo o descargarlo desde:

Cuando compilamos y cargamos el programa en Arduino esto es lo que ocurre:

Variables

Una variable global es aquella que puede ser vista y utilizada por cualquier función y estamento de un programa. Esta variable se declara al comienzo del programa, antes de setup().

Recordad que al declarar una variable global, está un espacio en memoria permanente en la zona de static data y el abuso de variables globales supone un uso ineficiente de la memoria.

En el reference de Arduino hay una muy buena explicación del ámbito de las variables: http://arduino.cc/en/Reference/Scope

Los tipos de variables en Arduino son:

Además de usar este tipo de datos que son los que aparecen en el reference de Arduino (https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage), es posible usar cualquier tipo de variable de C++ estándar con las limitaciones propias de cada microcontrolador.

Tipos de variables estándar en C++:

Más información sobre los tipos de variable Arduino en: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2016/06/29/tipos-de-datos-2/

Arrays

Un array es un conjunto de valores a los que se accede con un número índice. Cualquier valor puede ser recogido haciendo uso del nombre de la matriz y el número del índice. El primer valor de la matriz es el que está indicado con el índice 0, es decir el primer valor del conjunto es el de la posición 0. Un array tiene que ser declarado y opcionalmente asignados valores a cada posición antes de ser utilizado.

Para manejar arrays en C++ dispones de las funciones estándar: http://www.cplusplus.com/reference/array/array/

string (char array)

Un string es un array de chars. Cuando se trabaja con grandes cantidades de texto, es conveniente usar un array de strings. Puesto que los strings son en si mismo arrays de chars.

Reference de Arduino para string: https://www.arduino.cc/en/Reference/String

Para manejara strings (char array) disponemos de las funciones de string.h que define diversas funciones para manipular strings y arrays http://www.cplusplus.com/reference/cstring/

También es posible usar la clase string de C++: http://www.cplusplus.com/reference/string/string/

Más información para aclarar la diferencia entre string y la clase string: https://www.tutorialspoint.com/cplusplus/cpp_strings.htm

String (Objeto)

Se trata de una clase que permite usar y manipular cadenas de texto de una forma más sencilla que los strings. Puedes concatenar, añadir, buscar, etc… usando los métodos/funciones que ofrece esta clase.

Toda la información de la clase String en el reference de Arduino https://www.arduino.cc/en/Reference/StringObject

Los Strings tienen un uso intensivo de memoria, pero son muy útiles y se van a utilizar mucho en el apartado de comunicación, por ese motivo es importante aprender a manejar los Strings.

Tener en cuenta que al no ser un tipo de dato propiamente dicho sino una clase, tienes unas funciones asociadas (métodos), operadores y unas propiedades. Es una abstracción del dato y para aprender a usarlo hay que leerse la documentación correspondiente.

Operadores

El core de Arduino ofrece una serie de operadores según su reference:

Aritméticos:
- Asignación: http://arduino.cc/en/Reference/Assignment
- +, -, *, /: http://arduino.cc/en/Reference/Arithmetic
- Módulo: http://arduino.cc/en/Reference/Modulo
Compuestos:
- ++, –: http://arduino.cc/en/Reference/Increment
- += , -= , *= , /= : http://arduino.cc/en/Reference/IncrementCompound
Comparación:
- ==, !=, <, >, <=, >=: http://arduino.cc/en/Reference/If
Booleanos: http://arduino.cc/en/Reference/Boolean

Pero además es posible usar los operadores estnándar de C /C++ y más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Operadores_de_C_y_C%2B%2B

Estructuras de control

Las estructuras de control en Arduino según el reference son:

Estructuras de decisión
- if: http://arduino.cc/en/Reference/If
- else: http://arduino.cc/en/Reference/Else
- switch case: http://arduino.cc/en/Reference/SwitchCase
Estructuras de repetición
- for: http://arduino.cc/en/Reference/For
- while: http://arduino.cc/en/Reference/While
- do .. while: http://arduino.cc/en/Reference/DoWhile

Funciones definidas por usuario

Una función es un bloque de código que tiene un nombre y un conjunto de instrucciones que son ejecutadas cuando se llama a la función. Son funciones setup() y loop() de las que ya se ha hablado.

Las funciones de usuario pueden ser escritas para realizar tareas repetitivas y para reducir el tamaño de un programa. Segmentar el código en funciones permite crear piezas de código que hacen una determinada tarea y volver al área del código desde la que han sido llamadas.

Más información sobre las funciones en C++: http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/functions/

Práctica: Menú Interactivo

Hacer un menú interactivo a través del puerto serie donde al pulsar la opción 1 enciende el led del pin 9, al pulsar la opción 2 apaga el led del pin 9 y al pulsar la opción 3 mido el voltaje que tengo en la entrada analógica A0 conectada a un potenciómetro y la muestra por pantalla.

Instalación:

Solución Ejercicio16: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_Avanzado_2017/tree/master/Ejercicio16-Menu_Interactivo

Prácticas: Función Detecta Flanco y Dado Digital

Hacer los dos ejercicios de https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2017/07/07/practica-funciones/

Para ejercicio detecta flanco, el montaje son dos botones en los pines 2 y 3.

Solución Detecta Flanco: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Programacion_Arduino/tree/master/Ejercicio09-Funcion_Detecta_Flanco

La función detecta flanco solo funciona con un pulsador, pero cuando se intenta usar con dos pulsadores ya no funciona, la solución es crear un objeto.

Código para detectar flanco en dos pulsadores que falla: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Programacion_Arduino/blob/master/Ejercicio09-Funcion_Detecta_Flanco_Error/Ejercicio09-Funcion_Detecta_Flanco_Error.ino

Función detecta flanco:

 
int detectaFlanco(int pin) {
  //Devuelve 1 flanco ascendente, -1 flanco descendente y 0 si no hay nada
  static boolean anterior_estado = digitalRead(pin);
  boolean estado = digitalRead(pin);

  if (anterior_estado != estado) {
    if (estado == HIGH) {
      anterior_estado = estado;
      return 1;
    }
    else {
      anterior_estado = estado;
      return -1;
    }
  }
  else {
    return 0;
  }
}

Solución Ejercicio Dado: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Programacion_Arduino/tree/master/Ejercicio10-Dado

Práctica: Ámbito de la Variables

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Ámbito de las variables en C++

Ejercicio05: Mover el servo mediante el botón A. Para ello cada vez que se pulse mover 10 grados y cuando llegue a 170 grados volver a la posición inicial de 10 grados.

Usar una una variable llamada “grados” que aumente su valor cada vez que se detecte un flanco ascendente. Hacerlo como variable local y global.

Hacer una función “detectaFlanco” que una una variable local para detectar flanco.

Sacar por el puerto serie el ángulo que esta y verlo por el Serial Plotter

Github: https://github.com/curso-programacion-arduino/Ejercicio05.git

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Programacion_Arduino

Programación Arduino

1 respuesta

En el 99% de los casos se puede hacer un proyecto de Arduino de cierta complejidad con la librería que nos ofrece el core de Arduino y no es necesario añadir más instrucciones ni tipos de datos que los que hay en el core. Toda la información para programar con el core de Arduino se encuentra en el reference de la web de Arduino: https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage

Una buena chuleta para tener a mano cuando programemos. Cheat Sheet: https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/learn/materials/8/Arduino_Cheat_Sheet.pdf