ARDUINO UNO
INFORMATIQUE EMBARQUEE

Objectif

Le but est de mettre en oœuvre un microcontrôleur pour de l'informatique embarquée. Il s'agit ici de l'ATMega328P, présent sur la carte Arduino UNO, programmé dans un dérivé du C++. On utilisera :

L'EDI (Environnement de Développement Intégré) Arduino pour programmer la carte.
Des DEL (diode électroluminescente) ou LED (light emitting diode) en anglais.

Caractéristiques de la carte Arduino UNO

14 entrées/sorties logiques (courant limité à 20 mA) : Repérées 0 à 13 sur la carte.
Une DEL associée à la sortie 13 : Pour des tests.
6 entrées analogiques : Repérées A0 à A5.
6 sorties pseudo-analogiques : Repérées avec le caractère ~ (tilde).
Tension de fonctionnement : 5 V

Caractéristiques des DEL

Il en existe de multiples couleurs. Les diamètres 3 et 5 mm sont les plus courants.
Elle laisse passer le courant dans un seul sens. Elle éclaire lorsque le courant circule de l'anode (broche la plus longue) vers la cathode.
La tension au bornes d'une DEL dépend de sa couleur. Elle vaut 1,7 V environ pour une DEL rouge.

Comprendre

Test préliminaire

Avant de commencer un projet, on vérifie que tout fonctionne.

Relier la carte Arduino UNO au PC via le câble USB.
Démarrer l'EDI Arduino.
Dans le menu Outils :
- S'assurer que le type de carte est correct. En effet, l'EDI permet de programmer diverses cartes.
- Et, juste en dessous, vérifier que le port USB est sélectionné.

Entrer le programme :

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop() {
  // la DEL clignote
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}

Compiler et charger le programme dans la carte en cliquant sur le bouton Téléverser (deuxième bouton en partant de la gauche).

Observer le clignotement de la DEL présente sur la carte.
Recommencer en changeant la valeur du paramètre de la fonction delay(), pour faire varier la fréquence.

Explications :

Elément de programme	Description
void	Définit une fonction ne retournant aucune valeur
setup()	Fonction exécutée une seule fois
loop()	Fonction exécutée en boucle
pinMode(13, OUTPUT);	Connecteur 13 défini en sortie
digitalWrite(13, HIGH);	Connecteur 13 délivrant 5 V, la DEL s'allume
digitalWrite(13, LOW);	Connecteur 13 délivrant 0 V, la DEL s'éteint
delay(1000);	Programme mis en pause pendant 1000 ms soit 1 s
//	Commentaire destiné au programmeur

Exemple de réalisation

Câblage

Réaliser le montage ci-dessous, qui associe plusieurs DEL aux connecteurs repérés 2 à 6.

Programme

Tester le programme suivant :

void setup() {
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(3, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(2, HIGH);
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000);
  digitalWrite(3, HIGH);
  digitalWrite(2, LOW);
  delay(1000);  
}

Pratiquer

Signal de détresse

SOS est l'interprétation en code Morse du signal de détresse • • • ➖ ➖ ➖ • • •, signé à la convention radiotélégraphique internationale de Berlin le 3 novembre 1906.

Emettre un SOS lumineux répétitif avec la DEL de votre choix. On convient qu'un • dure 200 ms et qu'un ➖ dure 3 fois plus longtemps.

Feu tricolore

Simuler le fonctionnement d'un feu tricolore avec trois DEL de couleurs vert, orange et rouge :

Le feu vert seul reste allumé durant quelques secondes.
Puis le feu orange seul reste allumé pendant un court instant.
Puis le feu rouge seul reste allumé durant quelques secondes.
Et le cycle recommence...

Chenillard

Un chenillard est une rangée de DEL qui s'allument et s'éteignent les unes à la suite des autres, de manière à créer un effet lumineux.

Réaliser un chenillard avec les cinq DEL alignées, en complétant le code ci-dessous.

void setup() {
  for (int i=2; i<7; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  ...
}

Approfondir

Clignottement aléatoire

Plus difficile maintenant : A l'aide de la fonction random(), faire clignoter les cinq DEL de manière aléatoire, toutes les demi-secondes.

Faire varier la luminosité d'une DEL

Nous utilisons une sortie pseudo-analogique repérée avec le caractère ~ (tilde) sur la carte. Un nombre compris entre 0 et 255 affecté à la sortie engendre sur celle-ci une tension moyenne allant de 0 à 5 V : 0 pour 0 V, 255 pour 5 V, 127 pour 2.5 V etc.

Testez le programme ci-dessous. Constatez que la DEL s'allume et éteint progressivement.

float periode=2.0;

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (float t=0; t<periode; t=t+0.1) {
    analogWrite(3, 127.5+127.5*sin(t*2*PI/periode));
    delay(100);
  }
}