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Livre apprendre à programmer avec Arduino pour les nuls


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Le  courant, c’est   de       l’énergie qui     se déplace. Quand   tu vois     l’eau couler dans   une     rivière,    tu devines  qu’elle   va d’un   point haut   vers un  point plus   bas     parce qu’elle    est   attirée    par     le centre    de       la terre   et va   finir   dans   la   mer.   Si tu installes un       moulin    sur     la rivière,   l’eau qui       se déplace fera   tourner le moulin.  L’eau   produira       un       travail parce    que     son     déplacement   représente   de       l’énergie.     Il  en       va de même     avec   le  courant électrique     qui     coule entre les       deux   bornes d’une   pile     ou       entre les       deux   fils       d’une prise   électrique.

Si    tu as des     radiateurs     électriques   chez   toi,     tu sais   qu’en réglant    un radiateur    au       maximum,   tu vas     générer   plus   de       chaleur. C’est   tout simplement   parce que     tu fais   passer    plus   de       courant dans   le radiateur.      Ce       courant   est       freiné par     des     résistances   et c’est   ce freinage   qui     crée   la   chaleur. Si tu règles le radiateur     à  moitié,   il consommera deux   fois     moins de       courant. Le courant se   mesure  en ampères (A).     Pour   un       radiateur     de       2  000     W   en       220     V, la consommation   est       d’environ     10       A (2   000     divisés    par     220).

Ton       mikon    est       beaucoup,   beaucoup,   moins gourmand   :   chacune des broches de       sortie ne       peut   fournir    au   maximum     que     0,04   ampère, soit    40       milliampères    (mA).   L’ensemble   des     broches ne       doit     pas dépasser    les       200   milliampères.    Il  faudra    prendre les       mêmes précautions   en       utilisant les       broches en       entrée    :    ne       jamais   faire   passer plus   de       40       mA     par     une     broche    de       ta   carte Arduino.

Suite     de la visite

Le  dernier  connecteur en       bas     rassemble     les       six       broches   d’entrées analogiques     à  droite,    repérées       par     la mention   ANALOG       IN (voir   la Figure 1.7).

En  remontant   vers   le bord   supérieur     de       la carte, nous   saluons  le mikon au       passage.

Le     mikon et     son   embase

En       général, car     cela     varie   d’un   fabricant       à  l’autre,    le mikon    se présente sous   la forme d’un   rectangle    noir   avec   14       pattes    de chaque   côté.   Si tu    regardes       bien,   tu dois   voir     que     ce circuit    est inséré      dans   une     embase en       plastique.     C’est   cette    embase qui     est soudée   sur     la carte. C’est   une     très    sage   précaution, car     cela permet de       changer uniquement    le microcontrôleur     au       lieu     de jeter la carte. Si    par     malheur tu le détruis    un       jour,   il  suffira    de       tirer doucement     aux     deux   extrémités   pour   extraire    la puce, puis   en insérer     une     neuve.    Cela   épargne    de       devoir    dessouder   toutes    ces petites   broches    ou       de       jeter   la carte.

Nous     arrivons enfin aux     broches de       sortie sur     le bord   supérieur,     à côté    de       la mention DIGITAL.       C’est   sur     ces   broches qu’il   y  aura   ou pas    une     tension  de       5  V   en       fonction des     opérations   réalisées par     le mikon (Figure   1.8).

Figure 1.8     :    Gros     plan       sur  les  entrées/sorties numériques.

Le  but     du       mikon    n’est   pas     de       travailler       dans   son   coin,   mais d’écouter      ce qui     se passe autour    de       lui   puis   de       réagir en       parlant  à son tour.   Voyons  donc   les   entrées-sorties plus   en       détails.

Écouter   et parler :     les entrées   et sorties

Tu  sais     maintenant que     cette   minuscule     puce   de       3  mm     de   côté   est capable de       réaliser, par     exemple,       1  million   d’instructions  par seconde.    Mais   à  quoi   sert     tout   ce   travail    si tu ne       peux   pas     en profiter   ?



Il    faut   que     les       résultats puissent être   renvoyés       vers   l’extérieur,   et c’est  à  cela     que     servent  les       broches de   sortie numérique.

Débranche     si nécessaire   le câble USB   pour   pouvoir tourner   la carte Arduino dans   tous   les       sens.   Prends-la     et observe   bien   le bord supérieur       de       la carte, là où       se trouvent   les       deux   connecteurs      noirs, au-dessus     de       la mention   DIGITAL PWM.

Regarde    les       chiffres  marqués       juste   sous   les       connecteurs   :    ils vont de 0  à  13,     ce qui     fait     14       broches   de       sortie.    La mention DIGITAL te rappelle   que     sur     ces   broches, il  ne       pourra    y  avoir que     soit     0  V, soit   5  V. Ce       sont   des     broches tout-ou-rien.    Dans   tes   programmes,  tu pourras   écrire des     instructions pour   forcer par   exemple la broche numérotée    7  (donc la huitième)     à   l’état haut, c’est-à-dire   de       manière qu’il  y  ait       une     tension   de       5  V sur     ce contact.

En français,  on       parle de       «  sortie numérique   »  ,    mais   le   terme anglais digital  est       tellement     répandu que     tu le   verras    souvent utilisé.    Il  faut savoir   qu’en anglais,  un   chiffre    se dit       digit.   En       français, ce mot   n’est utilisé   que     pour   les       empreintes   digitales.       Tu      peux   utiliser    le   mot « digital      »  ,    mais   n’oublie pas     que     tu   rencontreras    le mot « numérique   »  si tu poursuis   dans   la voie   de      l’électronique.

Retourne la carte Arduino pour   voir     le côté   pile.   Oriente   la plaque par   rapport à  ta source    de       lumière   pour   pouvoir deviner  ce qui     est gravé     sur     la surface.   Tu       dois   voir     des     traits qui     vont   des     broches du connecteur   du       haut   jusqu’aux     broches du       mikon    en       bas.   Cela   montre que les       connecteurs      de       la carte Arduino donnent   directement      accès aux     pattes    du       circuit    intégré, de   façon bien   plus   confortable parce que     tu peux   directement   insérer    un       fil dans   chacun  des     connecteurs noirs.

Revenons aux     légendes       des     sorties    numériques (voir   Figure   1.8). Quelques-unes ne       se résument     pas     au       numéro de   la broche.

Rx   et   Tx sont     en bateau

Les broches 0  et 1  sont   suivies    respectivement       de   la mention RX       et TX. Ces     deux   broches servent  à   faire   communiquer la carte avec   ton ordinateur,       comme  elle   le fait     par     la prise   USB.   Dans   tes       projets, dès que tu   auras besoin    d’afficher     sur     l’ordinateur des     valeurs  envoyées par le mikon,    il  ne       faudra    jamais    utiliser    ces   deux broches  0  et 1  dans   le montage,     car     cela   générerait   un       conflit    et un résultat   bizarre.

Ces deux   broches sont   directement      reliées    (tu       dois   me   croire)    aux deux       petites    LED     marquées     TX       et RX       du   côté   gauche, un       peu     en dessous   de       la broche    13.   Elles   vont   s’allumer       au       rythme  de       l’envoi (TX, Transmit)     ou   de       la réception     (RX,   Receive) de       bits     de données sur     la   prise   USB.

Des broches     españoles ?

Plusieurs broches présentent   un       petit   symbole ~  (un   tilde) avant leur numéro.    Il  s’agit des     broches 3, 5, 6,   9, 10       et 11.     Ces     six       broches peuvent   être   utilisées   d’une manière un       peu     spéciale. À côté   de       la mention   DIGITAL,       tu vois     la mention PWM.    C’est   une   technique pour     utiliser    une     sortie numérique   de       manière à   simuler  une     sortie analogique. Nous verrons cela     dans   la   Semaine 2.

Analogique ou numérique       ?

Quand tu allumes  ou       éteins la lumière  de       ta chambre,   tu utilises    un mécanisme numérique, car     la lumière  est   soit     totalement   allumée, soit    totalement   éteinte.  En   revanche,     au       long   d’une journée, le soleil diffuse    une   lumière  qui     varie   graduellement :    c’est   un       phénomène analogique.   Il  ne       disparaît pas     en       un       éclair à  18   heures    pile.



Quand tu règles le volume  de       ta chaîne    stéréo,    la   variation       est continue.    C’est   un       phénomène analogique   également.   En       revanche, ton grille-pain    est       soit     en       train   de   dorer une     tartine,  soit     il  l’éjecte. Il ne   reste   pas     à  mi-hauteur    (sauf   bien   sûr     si une     tartine    se coince). C’est   un       phénomène numérique, discontinu   plus   précisément.

Un ordinateur   ne       connaît  à  l’intérieur     que     des     choses   discontinues, numériques  :    il  n’y     a  que     des     0  et   des     1. Soit     il  y  a  du       courant, soit     il n’y   en       a   pas.   Pourtant,     dans   le monde    physique       (IRL), il  y  a  des composants     qui     doivent  être   contrôlés     de       façon   analogique, par exemple    le volume  sonore    que     l’on   envoie    à  un       haut-parleur.    C’est pour   pouvoir contrôler   graduellement de       tels     composants que     ton mikon   possède   certaines       broches de       sortie numériques pouvant être utilisées   selon le principe PWM dont   j’expliquerai      les       détails    en temps   utile.

Ton       mikon    peut   donc   parler en       changeant   l’état des     broches numériques   de       sortie.    C’est   un       langage vraiment   élémentaire puisqu’il       n’est   constitué       que     de       0  et de       1,   mais   n’oublie pas     qu’il peut     changer l’état de       chacune des   broches plusieurs       milliers    de      fois par seconde.       Si tu   pouvais envoyer du       code   Morse    à  cette   vitesse,  un livre     entier pourrait être   envoyé  en       quelques       secondes.     Ce   n’est donc   pas     si ridicule  que     cela.

Renvoyer des     résultats vers   le monde    extérieur       pour   contrôler     des composants     est       une     chose,    mais   il  serait   formidable   de       pouvoir écouter     ce qui      se passe dans   le   monde. C’est   à  cela     que     servent  les entrées   numériques.

Les entrées     numériques

Inutile d’aller    chercher       bien   loin     :    les       entrées   numériques se font   sur les    mêmes  broches que     les   sorties    numériques.    En       effet, dans   tes programmes,   tu   peux   à  tout   moment choisir    d’utiliser une    broche parmi   les       quatorze       comme  entrée    ou       comme  sortie.

Lorsqu’elles   sont   utilisées en       entrées  numériques,    les       six   broches PWM sont   strictement identiques   aux     autres.    En   revanche,     ma remarque  concernant les       deux   broches 0  et   1  reste   valable. Si tu utilises     le Moniteur     série   dans   l’atelier  comme  on       va le découvrir dans       le prochain   chapitre,       n’utilise pas     ces     broches dans   tes montages.

Je    viens de       dire     qu’il   s’agissait       de      broches d’entrées   numériques. Autrement dit,     elles   peuvent seulement   détecter   qu’il   y  a  0  V ou   5  V ;    mais   que     se passe-t-il   avec   4  V sur     une     entrée    ?

Le  fabricant       de       ton     mikon,    le fondeur,       qui     est       la   société    Atmel,    a choisi  de       créer une     zone   de       sécurité   entre les       deux   états   logiques bas (0 V) et haut   (5 V) :

      »      Entre 0  V et 0,8     V, c’est   un        état     bas, donc   un       0.

      »        Entre       2,8     V et 5  V, c’est   un        état     haut,       donc   un       1.

»   Entre 0,8     V et 2,8     V, l’état est       indéterminé,     et le dernier état reste   valable.

Ces broches d’entrées     numériques vont   te servir à  détecter   toutes sortes    de       changements, par     exemple le fait   d’appuyer   sur     un       petit bouton-poussoir     peut   faire   basculer   une     entrée    de       0  V à  5  V ou de 5  V à   0  V. Cela   te permet  de       détecter que    quelqu’un     a   pressé    le bouton.   Dans   un       système d’alarme,     le fait   qu’une    fenêtre  s’ouvre  va changer   l’état d’un   contacteur   et   tu pourras le détecter sur     une broche d’entrée   numérique.

Mais     comment     faire   pour   récupérer     une     valeur    analogique   comme une température    ou       une     intensité de       lumière   naturelle       ?  Ce       sont   des valeurs analogiques,    pas   numériques.    Dans   ce cas,     il  faudrait disposer   d’entrées   analogiques.    Justement,   la carte Arduino en       offre six.



Les entrées     analogiques

Revenons maintenant aux     entrées  analogiques en       partie basse de   la carte  (Figure    1.7).   Le connecteur de       droite porte la   légende ANALOG IN. Bingo !    C’est   ce qui     nous   intéresse   maintenant.

Pour     ces     six       entrées  analogiques,    la légende va de   A0       à  A5       (ici aussi,       on       commence   à  compter à  0).

C’est     sur     ces     broches que     tu vas     pouvoir faire   venir un   signal qui varie       entre 0  et 5  V de       façon progressive. Par   exemple,       si tu veux gérer   un       bouton  de       réglage  de   volume, et que     ce bouton  envoi 5  V lorsqu’il     est       à   fond, le fait     de       mettre    le bouton  à  mi-chemin   doit présenter 2,5     V sur     l’entrée analogique   sur     laquelle   tu l’as     branché. Mais il  y  a  quelque chose   d’étrange,   non     ?

J’ai dit       que     ton     mikon    ne       savait comprendre    que     des   bits     (des   0  et des 1).       Comment     pourrait-il     distinguer     entre   une     tension  de       2,5     V et une    tension  de       2,6     V   ?  En       plus,   ces     deux   tensions sont   dans   la plage grise. Ce   n’est   ni un       0, ni un       1. Il  doit     y  avoir une   astuce.

La  question est       celle-ci    :    peut-on lire     une     valeur   analogique   avec une       machine purement     numérique   telle   qu’un   microcontrôleur     ?  Ma réponse est       simple    :    Yes     you   CAN.   En       effet, c’est   un       circuit    appelé

CAN,     Convertisseur  Analogique-Numérique   (en     anglais    DAC, Digital   Analog    Converter)   qui     fait     le traducteur. Nous   utiliserons un  tel       convertisseur  dans   la prochaine     partie.

Un     cerveau   vide   à   la   naissance ?

Quand tu déballes ta carte Arduino Uno,   elle    est       neuve,   personne     n’a encore   travaillé avec   (enfin,    sauf   si tu l’as   achetée d’occasion). Puisqu’elle   est       neuve,    elle     ne       devrait   encore    rien     savoir faire puisque    tu n’y     as encore   installé    aucun programme…

En  fait,     le fabricant       de       la carte a  eu       la bonne   idée,   une     fois     la carte construite     et testée,    d’y     installer   un       petit   programme minimal qui permet   dès     la mise   sous   tension  de       vérifier  qu’elle    fonctionne. Ce programme       est   l’un     des     plus   simples  programmes    fournis    dans   la série   d’exemples   que     tu vas     récupérer     en       même    temps   que     l’atelier de   développement     IDE     Arduino.

Puisque    ce petit   programme est       déjà   en       place, nous   allons   vérifier que la carte fonctionne   bien.

Séquence     pratique :     testons     notre bébé

Et    c’est   tout   !

  1. Commence par      organiser     ton     environnement       pour que     tu puisses    poser la carte Arduino sur     ton     plan     de travail     sans   qu’il   y  ait       un       risque    de       court-circuit       avec   les contacts du       dessous de       la carte.

En effet, il  faut   que     tu puisses    voir     le côté   de       la     carte où se trouvent       les       connecteurs      et les     composants.    De       ce fait,    les       contacts du       dessous     pourraient   toucher un objet métallique   qui     traînerait     par     là.

  1. Branche   d’abord un       bout   du       câble USB   dans   une     prise USB    de       l’ordinateur.
  2. Tiens fermement   la carte Arduino avec   ta main principale    (la       droite pour   la plupart  des     gens), puis insère       le connecteur USB   dans   la prise   du       côté   gauche de la carte Arduino.



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