515602 Arduino Pour Bien Commencer en Electronique Et en Programmation

Arduino pour biencommencer en

lectronique et enprogrammation

Par Eskimon et olyte

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Licence Creative Commons 6 2.0Dernire mise jour le 2/12/2012

Sommaire 2Sommaire ........................................................................................................................................... 4Lire aussi ............................................................................................................................................ 6 Arduino pour bien commencer en lectronique et en programmation ................................................ 6Plan du cours .................................................................................................................................................................... 6Apprentissage des bases ............................................................................................................................................................................................ 6Notions en robotique et en domotique ........................................................................................................................................................................ 7Les crans LCD ........................................................................................................................................................................................................... 7Interface Homme-Machine .......................................................................................................................................................................................... 7Internet ........................................................................................................................................................................................................................ 7Les annexes ................................................................................................................................................................................................................ 7Objectif du cours ............................................................................................................................................................... 8Partie 1 : [Thorie] Dcouverte de l'Arduino ....................................................................................... 9Prsentation ...................................................................................................................................................................... 9Prsentation 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 ......................................................................................................................................................................................................................

22Quelques bases lmentaires ......................................................................................................................................... 22L'lectronique ............................................................................................................................................................................................................ 22Le courant lectrique ................................................................................................................................................................................................. 23Tension ...................................................................................................................................................................................................................... 24La masse ................................................................................................................................................................................................................... 25La rsistance ............................................................................................................................................................................................................. 26Un outil formidable : la BreadBoard .......................................................................................................................................................................... 27La programmation ..................................................................................................................................................................................................... 27Qu'est-ce qu'un programme ...................................................................................................................................................................................... 28La programmation en lectronique ........................................................................................................................................................................... 30Les bases du comptage (2,10,16...) .......................................................................................................................................................................... 30Les bases du de comptage ....................................................................................................................................................................................... 31Conversions ..............................................................................................................................................................................................................

33Le logiciel ........................................................................................................................................................................ 34Installation ................................................................................................................................................................................................................. 34Tlchargement ........................................................................................................................................................................................................ 35Interface du logiciel ................................................................................................................................................................................................... 35Lancement du logiciel ............................................................................................................................................................................................... 36Prsentation du logiciel ............................................................................................................................................................................................. 37Approche et utilisation du logiciel .............................................................................................................................................................................. 37Le menu File ............................................................................................................................................................................................................. 38Les boutons ...............................................................................................................................................................................................................

40Le matriel ....................................................................................................................................................................... 40Prsentation de la carte ............................................................................................................................................................................................ 40Constitution de la carte ............................................................................................................................................................................................. 41Installation ................................................................................................................................................................................................................. 41Sous Windows .......................................................................................................................................................................................................... 42Tester son matriel ....................................................................................................................................................................................................

50Le langage Arduino (1/2) ................................................................................................................................................. 50La syntaxe du langage .............................................................................................................................................................................................. 50Le code minimal ........................................................................................................................................................................................................ 52Les variables ............................................................................................................................................................................................................. 55Les oprations "simples" ........................................................................................................................................................................................... 57Quelques oprations bien pratiques ......................................................................................................................................................................... 59L'opration de bascule (ou "inversion d'tat") ........................................................................................................................................................... 59Les conditions ........................................................................................................................................................................................................... 60If...else ....................................................................................................................................................................................................................... 62Les oprateurs logiques ............................................................................................................................................................................................ 64Switch ........................................................................................................................................................................................................................ 66La condition ternaire ou condense ..........................................................................................................................................................................

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 "types" ............................................................................................................................................................................................... 76Les fonctions avec paramtres ................................................................................................................................................................................. 78Les tableaux ..............................................................................................................................................................................................................

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79Dclarer un tableau ................................................................................................................................................................................................... 79Accder et modifier une case du tableau .................................................................................................................................................................. 80Initialiser un tableau .................................................................................................................................................................................................. 81Exemple de traitement ..............................................................................................................................................................................................

83Partie 2 : [Pratique] Gestion des entres / sorties ............................................................................. 84Notre premier programme ! ............................................................................................................................................. 84La diode lectroluminescente ................................................................................................................................................................................... 84DEL / LED ? .............................................................................................................................................................................................................. 85Fonctionnement ........................................................................................................................................................................................................ 87Par quoi on commence ? .......................................................................................................................................................................................... 88Ralisation ................................................................................................................................................................................................................ 90Crer un nouveau projet ............................................................................................................................................................................................ 92Crer le programme : les bons outils ! ...................................................................................................................................................................... 92La rfrence Arduino ................................................................................................................................................................................................. 93Allumer notre LED .....................................................................................................................................................................................................

95Introduire le temps ........................................................................................................................................................... 96Comment faire ? ........................................................................................................................................................................................................

100Faire clignoter un groupe de LED ........................................................................................................................................................................... 105Raliser un chenillard .............................................................................................................................................................................................. 108Fonction millis() ....................................................................................................................................................................................................... 108Les limites de la fonction delay() ............................................................................................................................................................................. 109Dcouvrons et utilisons millis() ................................................................................................................................................................................

110[TP] Feux de signalisation routire ................................................................................................................................ 111Prparation .............................................................................................................................................................................................................. 112nonc de l'exercice ............................................................................................................................................................................................... 113Correction ! .............................................................................................................................................................................................................. 114La correction, enfin ! ................................................................................................................................................................................................

117Un simple bouton ........................................................................................................................................................... 117Qu'est-ce qu'un bouton ............................................................................................................................................................................................ 117Mcanique du bouton .............................................................................................................................................................................................. 117L'lectronique du bouton ......................................................................................................................................................................................... 118Contrainte pour les montages ................................................................................................................................................................................. 120Les pull-ups internes ............................................................................................................................................................................................... 121Rcuprer l'appui du bouton ................................................................................................................................................................................... 121Montage de base ..................................................................................................................................................................................................... 122Paramtrer la carte .................................................................................................................................................................................................. 123Rcuprer l'tat du bouton ...................................................................................................................................................................................... 123Test simple .............................................................................................................................................................................................................. 125Interagir avec les LEDs ........................................................................................................................................................................................... 125Montage faire ....................................................................................................................................................................................................... 127Objectif : Barregraphe LED .................................................................................................................................................................................. 127Correction ................................................................................................................................................................................................................ 132Les interruptions matrielles ................................................................................................................................................................................... 132Principe ................................................................................................................................................................................................................... 133Mise en place .......................................................................................................................................................................................................... 133Mise en garde ..........................................................................................................................................................................................................

135Afficheurs 7 segments ................................................................................................................................................... 135Matriel .................................................................................................................................................................................................................... 135Premire approche : ct lectronique ................................................................................................................................................................... 135Un peu (beaucoup) d'lectronique .......................................................................................................................................................................... 136Branchement "complet" de l'afficheur ..................................................................................................................................................................... 139Afficher son premier chiffre ! ................................................................................................................................................................................... 139Schma de connexion ............................................................................................................................................................................................. 140Le programme ......................................................................................................................................................................................................... 141Techniques d'affichage ............................................................................................................................................................................................ 141Les dcodeurs "4 bits -> 7 segments" ..................................................................................................................................................................... 144L'affichage par alternance ....................................................................................................................................................................................... 144Utilisation du dcodeur BCD ................................................................................................................................................................................... 149Utiliser plusieurs afficheurs ..................................................................................................................................................................................... 149Un peu d'lectronique... .......................................................................................................................................................................................... 155...et de programmation ............................................................................................................................................................................................ 157Contraintes des vnements ..................................................................................................................................................................................

160[TP] zParking ................................................................................................................................................................. 160Consigne ................................................................................................................................................................................................................. 161Correction ! .............................................................................................................................................................................................................. 161Montage .................................................................................................................................................................................................................. 163Programme ............................................................................................................................................................................................................. 170Conclusion ..............................................................................................................................................................................................................

171Ajouter des sorties (numriques) l'Arduino ................................................................................................................ 171Prsentation du 74HC595 ....................................................................................................................................................................................... 171Principe ................................................................................................................................................................................................................... 171Le composant .......................................................................................................................................................................................................... 175Programmons pour utiliser ce composant ............................................................................................................................................................... 175Envoyer un ordre au 74HC595 ................................................................................................................................................................................ 182La fonction magique, ShiftOut ................................................................................................................................................................................. 183Exercices : encore des chenillards ! ........................................................................................................................................................................ 183"J'avance et repars !" ............................................................................................................................................................................................... 184"J'avance et reviens !" ............................................................................................................................................................................................. 185Un dernier pour la route ! ........................................................................................................................................................................................ 186Exo bonus ............................................................................................................................................................................................................... 188Pas assez ? Augmenter encore ! ............................................................................................................................................................................

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193Partie 3 : [Pratique] Communication par la liaison srie .................................................................. 193Gnralits .................................................................................................................................................................... 193Protocole de communication ................................................................................................................................................................................... 193Principe de la voie srie .......................................................................................................................................................................................... 193Avant de commencer... ............................................................................................................................................................................................ 194Fonctionnement de la communication srie ............................................................................................................................................................ 196Fonctionnement de la liaison srie .......................................................................................................................................................................... 196Le connecteur srie (ou sortie DB9) ........................................................................................................................................................................ 198La gestion des erreurs ............................................................................................................................................................................................. 198Dsol, je suis occup... ......................................................................................................................................................................................... 199Mode de fonctionnement ......................................................................................................................................................................................... 200Arduino et la communication ................................................................................................................................................................................... 200Utiliser la liaison srie avec Arduino ........................................................................................................................................................................ 201Diffrence entre Ordinateur et Arduino .................................................................................................................................................................... 201Les niveaux lectriques ........................................................................................................................................................................................... 202Cas d'utilisation .......................................................................................................................................................................................................

203Envoyer/Recevoir des donnes .................................................................................................................................... 203Prparer la liaison srie .......................................................................................................................................................................................... 203Du ct de l'ordinateur ............................................................................................................................................................................................ 205Du ct du programme ........................................................................................................................................................................................... 206Envoyer des donnes .............................................................................................................................................................................................. 206Apprhender l'objet Serial ....................................................................................................................................................................................... 208La fonction print() en dtail ...................................................................................................................................................................................... 213Exercice : Envoyer l'alphabet .................................................................................................................................................................................. 214Recevoir des donnes ............................................................................................................................................................................................ 214Rception de donnes ............................................................................................................................................................................................ 216Exemple de code complet ....................................................................................................................................................................................... 216[Exercice] Attention la casse ! .............................................................................................................................................................................. 216Consigne ................................................................................................................................................................................................................. 217Correction ................................................................................................................................................................................................................

219[TP] Baignade interdite .................................................................................................................................................. 220Sujet du TP .............................................................................................................................................................................................................. 220Contexte .................................................................................................................................................................................................................. 220Objectif .................................................................................................................................................................................................................... 220Conseil .................................................................................................................................................................................................................... 221Rsultat ................................................................................................................................................................................................................... 222Correction ! .............................................................................................................................................................................................................. 222Le schma lectronique .......................................................................................................................................................................................... 224Les variables globales et la fonction setup() ........................................................................................................................................................... 225La fonction principale et les autres .......................................................................................................................................................................... 230Code complet .......................................................................................................................................................................................................... 232Amliorations ..........................................................................................................................................................................................................

233[Annexe] Votre ordinateur et sa liaison srie dans un autre langage de programmation ............................................. 234En C++ avec Qt ....................................................................................................................................................................................................... 234Installer QextSerialPort ........................................................................................................................................................................................... 235Les trucs utiles ........................................................................................................................................................................................................ 239mettre et recevoir des donnes ............................................................................................................................................................................ 240En C# (.Net) ............................................................................................................................................................................................................ 240Les trucs utiles ........................................................................................................................................................................................................ 243mettre et recevoir des donnes ............................................................................................................................................................................

246Partie 4 : [Pratique] Les grandeurs analogiques ............................................................................. 246Les entres analogiques de l'Arduino ........................................................................................................................... 246Un signal analogique : petits rappels ...................................................................................................................................................................... 247Les convertisseurs analogiques -> numrique ou CAN .......................................................................................................................................... 248Arduino dispose d'un CAN ...................................................................................................................................................................................... 249Le CAN approximations successives ................................................................................................................................................................... 254Lecture analogique, on y vient... ............................................................................................................................................................................. 254Lire la tension sur une broche analogique .............................................................................................................................................................. 255Convertir la valeur lue ............................................................................................................................................................................................. 257Une meilleure prcision ? ........................................................................................................................................................................................ 257Solution 1 : modifier la plage d'entre du convertisseur .......................................................................................................................................... 258Solution 2 : prsentation thorique d'une solution matrielle (ncessite des composants supplmentaires) ........................................................ 259Exemple d'utilisation ................................................................................................................................................................................................ 259Le potentiomtre ..................................................................................................................................................................................................... 261Utilisation avec Arduino ...........................................................................................................................................................................................

263[TP] Vu-mtre LED ..................................................................................................................................................... 264Consigne ................................................................................................................................................................................................................. 264Correction ! .............................................................................................................................................................................................................. 264Schma lectronique .............................................................................................................................................................................................. 266Le code .................................................................................................................................................................................................................... 267Amlioration ............................................................................................................................................................................................................

271Et les sorties "analogiques", enfin... presque ! .............................................................................................................. 271Convertir des donnes binaires en signal analogique ............................................................................................................................................ 271Convertisseur Numrique->Analogique .................................................................................................................................................................. 271PWM ou MLI ............................................................................................................................................................................................................ 273La PWM de l'Arduino ............................................................................................................................................................................................... 273Avant de commencer programmer ....................................................................................................................................................................... 274Quelques outils essentiels ...................................................................................................................................................................................... 278 vos claviers, prt... programmez ! ........................................................................................................................................................................ 281Transformation PWM -> signal analogique ............................................................................................................................................................. 282La valeur moyenne d'un signal ................................................................................................................................................................................

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283Extraire cette valeur moyenne ................................................................................................................................................................................. 287Calibrer correctement la constante RC ...................................................................................................................................................................

288[Exercice] Une animation "YouTube" ............................................................................................................................ 289nonc .................................................................................................................................................................................................................... 289Solution ................................................................................................................................................................................................................... 289Le schma ............................................................................................................................................................................................................... 291Le code ....................................................................................................................................................................................................................

294Partie 5 : [Pratique] L'affichage ....................................................................................................... 295Les crans LCD ............................................................................................................................................................. 295Un cran LCD c'est quoi ? ...................................................................................................................................................................................... 296Commande du LCD ................................................................................................................................................................................................ 297Quel cran choisir ? ................................................................................................................................................................................................ 297Les caractristiques ................................................................................................................................................................................................ 298Communication avec l'cran ................................................................................................................................................................................... 299Comment on s'en sert ? .......................................................................................................................................................................................... 299Le branchement ...................................................................................................................................................................................................... 301Le dmarrage de l'cran avec Arduino ....................................................................................................................................................................

303Votre premier texte ! ...................................................................................................................................................... 304Ecrire du texte ......................................................................................................................................................................................................... 304Afficher du texte ...................................................................................................................................................................................................... 304Afficher une variable ................................................................................................................................................................................................ 305Combo ! Afficher du texte ET une variable .............................................................................................................................................................. 306Exercice, faire une horloge ...................................................................................................................................................................................... 308Se dplacer sur l'cran ............................................................................................................................................................................................ 308Grer l'affichage ...................................................................................................................................................................................................... 309Grer le curseur ...................................................................................................................................................................................................... 310Jouer avec le texte .................................................................................................................................................................................................. 312Crer un caractre ..................................................................................................................................................................................................

314[TP] Supervision ............................................................................................................................................................ 315Consigne ................................................................................................................................................................................................................. 316Correction ! .............................................................................................................................................................................................................. 316Le montage ............................................................................................................................................................................................................. 318Le code ....................................................................................................................................................................................................................

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Arduino pour bien commencer en lectronique et enprogrammation

Par olyte et Eskimon

Mise jour : 02/12/2012Difficult : Intermdiaire Dure d'tude : 2 mois

Bienvenue toutes et tous pour un tutoriel sur l'lectronique et l'informatique ensemble !

Depuis que llectronique existe, sa croissance est fulgurante et continue encore aujourdhui. Si bien que faire de llectroniqueest devenu accessible toutes personnes en ayant lenvie. Mais, le manque de cours simples sur le net ou en libraire empche lasatisfaction des futurs lectroniciens amateurs ou professionnels et parfois empche certains gnies se rvler ( ). Cestpourquoi je souhaite intervenir contre cette insuffisance et cris ce cours sur llectronique et la programmation.

Ce que nous allons apprendre aujourd'hui est un mlange d'lectronique et de programmation. On va en effet parlerd'lectronique embarque qui est un sous-domaine de l'lectronique et qui a l'habilet d'unir la puissance de la programmation la puissance de l'lectronique.

Nous allons, dans un premier temps, voir ce qu'est l'lectronique et la programmation. Puis nous enchainerons sur la prise enmain du systme Arduino. Enfin, je vous ferais un cours trs rapide sur le langage Arduino, mais il aura l'audace de poser lesbases de la programmation. C'est une fois que ces tapes seront acheves que nous pourrons entamer notre premier programmeet faire un pas dans l'lectronique embarque.

Avant de continuer, il est important que je vous informe d'une chose : dans ce cours, il est question d'utilisation dematriel. Ce matriel n'est pas fourni par le site du zro, ni mme par les auteurs. En outre, il faudra l'acheter. J'expliquecette tape dans un des chapitres. Pour ceux qui ne voudraient pas dpenser un centime, vous pouvez suivre le courset apprendre les bases de la programmation, mais ce sera plus difficile. Et puis, dites vous bien qu'il nous a fallu nousaussi acheter le matriel pour pouvoir tout vous expliquer en dtail.

Plan du coursJe vais dtailler un peu le plan du cours. Il est compos d'un certain nombre de parties qui ne se suivent pas forcment. Jem'explique.

Apprentissage des basesLe cours est compos de faon ce que les bases essentielles soient regroupes dans les premires parties. C'est dire, pourcommencer la lecture, vous devrez lire les parties 1 et 2. Ensuite, les parties 3 et 4 sont galement essentielles et sont lire dansl'ordre.

Aprs cela, vous aurez acquis toutes les bases ncessaires pour poursuivre la lecture sereinement. C'est seulement aprs celaque vous pourrez suivre le cours selon les connaissances que vous aimeriez acqurir.

Notions en robotique et en domotiqueL, ce sont les parties 5 et 6. Elles traitent de notions utilises en robotique et en domotique. Elles vous permettrons d'acqurirdes bases dans ces domaines. Si la lecture de ces parties ne vous emballe pas, vous pourrez toujours y revenir plus tard et

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accder aux parties suivantes, sans pour autant perdre le fil de la lecture.

Les crans LCDCette partie traite d'un sujet part, la fois utilis en robotique et en domotique, mais tout aussi utilise dans d'autres domaines,tel que la mesure et l'affichage de donnes. On pourrait trs bien imaginer l'utilisation d'crans LCD pour dboguer vosprogrammes.

Interface Homme-MachineC'est le sujet de la partie 8 qui dveloppe le fonctionnement d'un langage de programmation trs proche d'Arduino et qui vouspermettra de raliser des interfaces graphiques (IG) sur votre ordinateur, dans le but de communiquer avec votre carte Arduino.En somme, vous pourrez crer des programmes (j'entends par l des IG) pour contrler, depuis votre ordinateur, votre carteArduino. Par exemple, vous pourrez ensuite raliser une commande domotique qui teint la lumire de votre salon ou allume lamachine caf, juste en cliquant sur un bouton prsent dans votre IG.

Ce n'est pas tout ! En effet, en plus de pouvoir faire des IG sur votre ordinateur, vous pourrez galement les exporter pour lestransfrer sur un tlphone mobile qui supporte les applications Java !

InternetCette dernire grande partie vous expliquera comment utiliser votre Arduino, avec un shield Ethernet, pour communiquer surinternet et crer votre propre mini-serveur web. Vous aurez mme la possibilit de dcouvrir comment actionner des entrs/sorties distance par l'interface d'une simple page Web !

Les annexesPour finir, les annexes traiterons de sujets n'ayant pas une place consquente dans le cours, mais tout aussi intressant.

Objectif du coursJe l'ai dj nonc mais je prfre le re-prciser clairement.

Vous apprendrez tout au long de la lecture, les bases de l'lectronique et de la programmation. Sauf que les notions lectroniquesabordes seront d'un bas niveau et ne vous permettrons que la mise en uvre avec de la programmation. Vous ne pourrez doncpas crer tout seul des petits montages n'utilisant que des composants lectroniques sans avoir programmer unmicrocontrleur. Cependant, il y aura deux grandes parties o l'on verra beaucoup d'lectronique, il s'agit des moteurs et descapteurs. On utilisera des petits systmes lectroniques (par exemple la commande de pilotage d'un moteur courant continu)associes la programmation.

Pour ceux que l'lectronique intresserait beaucoup plus que ce qui ne sera abord ici, je peut vous envoyer lire cecours qui dbute galement sur le Site du Zro.

En revanche, ct programmation, vous allez passer en revue tous les points essentiels, car c'est l'outil principal de la mise enuvre des systmes embarqus.

Par pour commencer l'aventure ? Alors on y va !

Citation : olyte et EskimonLes auteurs de ce tutoriel ont le plaisir de prsenter Astalaseven qui est l'me bienveillante du tutoriel. Nous le flicitons poursa capacit ne pas dprimer face aux fautes immondes que l'on peut crire dans ce tutoriel. Et nous le remercions pour letravail qu'il effectue (corrections orthographiques, grammaticales, syntaxiques, etc.). Ainsi, nous avons dcid, en attendantun statut plus appropri de la part des administrateurs du site, de l'officialiser en tant que co-auteur spcialis dans lacorrection de fautes.

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Vous pouvez l'applaudir ! Si, si !!

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Partie 1 : [Thorie] Dcouverte de l'Arduino

Dans cette premire partie, nous ferrons nos premiers pas avec l'Arduino. Soyez attentif car il s'agit de prendre en main lefonctionnement du systme Arduino. Vous n'irez donc pas bien loin si vous ne savez pas l'utiliser.

PrsentationComment faire des montages lectroniques simplement en utilisant un langage de programmation ? La rponse, c'est le projetArduino qui l'apporte. Vous allez le voir, celui-ci a t conu pour tre accessible tous par sa simplicit. Mais il peut galementtre d'usage professionnel, tant les possibilits d'applications sont nombreuses. Ces cartes polyvalentes sont donc parfaitespour nous, dbutants, qui ne demandons qu' apprendre et progresser.

Dans ce premier chapitre, nous allons donc parler du projet Arduino, de ses nombreux avantages, mais aussi du matriel dontnous aurons besoin durant tout le cours.

Prsentation d'ArduinoQu'est ce que c'est ?

Arduino est un projet cr par une quipe de dveloppeurs, compose de six individus : Massimo Banzi, David Cuartielles, TomIgoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti. Cette quipe a cr le "systme Arduino". Cest un outil qui vapermettre aux dbutants, amateurs ou professionnels de crer des systmes lectroniques plus ou moins complexes.

Le but et l'utilitLe systme Arduino, nous donne la possibilit d'allier les performances de la programmation celles de l'lectronique. Plusprcisment, nous allons programmer des systmes lectroniques. Le gros avantage de l'lectronique programme c'est qu'ellesimplifie grandement les schmas lectroniques et par consquent, le cot de la ralisation, mais aussi la charge de travail laconception d'une carte lectronique.

L'utilit est sans doute quelque chose que l'on peroit mal lorsque l'on dbute, mais une fois que vous serez rentr dans lemonde de l'Arduino, vous serez fascin par l'incroyable puissance dont il est question et des applications possibles !

ApplicationsLe systme Arduino nous permet de raliser un grand nombre de choses, qui ont une application dans tous les domaines ! Jevous l'ai dit, l'tendue de l'utilisation de l'Arduino est gigantesque. Pour vous donner quelques exemples, vous pouvez :

contrler les appareils domestiquesfabriquer votre propre robotfaire un jeu de lumirescommuniquer avec l'ordinateurtlcommander un appareil mobile (modlisme)etc.

Avec Arduino, nous allons faire des systmes lectroniques tels qu'une bougie lectronique, une calculatrice simplifie, unsynthtiseur, etc. Tous ces systmes seront conus avec pour base une carte Arduino et un panel assez large de composantslectroniques.

Les bonnes raisons de choisir ArduinoIl existe pourtant dans le commerce, une multitude de plateformes qui permettent de faire la mme chose. Notamment lesmicrocontrleurs PIC du fabricant Microchip. Nous allons voir pourquoi choisir l'Arduino. (Je tiens prciser que je n'aiaucun lien commercial avec eux ! )

Partie 1 : [Thorie] Dcouverte de l'Arduino 9/326


Le prixEn vue des performances quelles offrent, les cartes Arduino sont relativement peu couteuses, ce qui est un critre majeur pourle dbutant. Celle que nous utiliserons pour la suite du cours a un prix qui tourne aux environs de 25 TTC ce qui est un bonrapport qualit/prix.

La libertC'est un bien grand mot, mais elle dfinit de faon assez concise l'esprit de l'Arduino. Elle constitue en elle mme deux choses :

Le logiciel : gratuit et open source, dvelopp en Java, dont la simplicit d'utilisation relve du savoir cliquer sur lasouris.Le matriel : cartes lectroniques dont les schmas sont en libre circulation sur internet.

Cette libert a une condition : le nom Arduino ne doit tre employ que pour les cartes officielles . En somme, vous nepouvez pas fabriquer votre propre carte sur le modle Arduino et lui assigner le nom Arduino .

Les cartes non officielles, on peut les trouver et les acheter sur Internet et sont pour la quasi-totalit compatibles avec les cartesofficielles Arduino.

La compatibilitLe logiciel, tout comme la carte, est compatible sous les plateformes les plus courantes (Windows, Linux et Mac), contrairementaux autres outils de programmation du commerce qui ne sont, en gnral, compatibles qu'avec Windows.

La communautLa communaut Arduino est impressionnante et le nombre de ressources son sujet est en constante volution sur internet. Deplus, on trouve les rfrences du langage Arduino ainsi quune page complte de tutoriels sur le site arduino.cc (en anglais) etarduino.cc (en franais).

Finalement, nous retiendrons ce projet pour toutes ses qualits !

Les outils Arduino prsent, rapprochons-nous de l'utilisation du systme Arduino et voyons comment il se prsente. Il est compos de deuxchoses principales, qui sont : le matriel et le logiciel. Ces deux outils runis, il nous sera possible de faire n'importe quelleralisation !

Le matrielIl s'agit d'une carte lectronique base autour d'un microcontrleur Atmega du fabricant Atmel, dont le prix est relativement baspour l'tendue possible des applications. Voil quoi ressemble la carte que nous allons utiliser :



Figure 1 : Carte Arduino "Uno"

Le logicielLe logiciel va nous permettre de programmer la carte Arduino. Il nous offre une multitude de fonctionnalits que nous verronsdans un chapitre ddi. Voil quoi il ressemble :



Figure 2 : Logiciel ArduinoAcheter une carte

Le matriel que jai choisi dutiliser tout au long de ce cours na pas un prix excessif et, je l'ai dit, tourne aux alentours de 25 TTC. Il existe plusieurs magasins en lignes et en boutiques qui vendent des cartes Arduino. Je vais vous en donner quelques-uns, mais avant, il va falloir diffrencier certaines choses.

Les fabricantsLe projet Arduino est libre et les schmas des cartes circulent librement sur internet. D'o la mise en garde que je vais faire : il sepeut qu'un illustre inconnu fabrique lui mme ses cartes Arduino. Cela n'a rien de mal en soi, sil veut les commercialiser, il peut.Mais s'il est malhonnte, il peut vous vendre un produit dfectueux. Bien sr, tout le monde ne cherchera pas vous arnaquer.Mais la prudence est de rigueur. Faites donc attention o vous achetez vos cartes. Pour vous aider dans ce choix, je vousdonnerai une liste de quelques fabricants qui l'on peut faire confiance.

Les types de cartesIl y a trois types de cartes :

Lesdites officielles qui sont fabriques en Italie par le fabricant officiel : Smart ProjectsLesdits compatibles qui ne sont pas fabriqus par Smart Projects, mais qui sont totalement compatibles avec lesArduino officielles.Les autres fabriques par diverse entreprise et commercialises sous un nom diffrent (Freeduino, Seeduino,



Femtoduino, ...).

Les diffrentes cartesDes cartes Arduino il en existe beaucoup ! Peut-tre une centaine toutes diffrentes ! Je vais vous montrer lesquelles on peututiliser et celle que j'utiliserai dans le cours.

La carte Uno et Duemilanove

Nous choisirons d'utiliser la carte portant le nom de Uno ou Duemilanove . Ces deux versions sont presque identiques.

Figure 3 : carte Arduino "Uno" sur laquelle nous allons travailler

La carte MegaLa carte Arduino Mega est une autre carte qui offre toutes les fonctionnalits des prcdentes, mais avec des options en plus.On retrouve notamment un nombre dentres et de sorties plus importantes ainsi que plusieurs liaisons sries. En revanche, leprix est plus lev : plus de 50 !



Figure 4 : carte Arduino "Mega"

O acheter ?Il existe sur le net une multitude de magasins qui proposent des cartes Arduino. Voici la liste des distributeurs de cartes Arduinoen France. Elle se trouve galement sur cette page.

AlyaSoftLextronicZaRtronicSnootlabJlectroniqueRobotShopSemageek

J'ai vu des cartes officielles "dition SMD/CMS". Ca l'air bien aussi, c'est quoi la diffrence ? Je peux m'en servir ?

Il n'y a pas de diffrence ! enfin presque..."SMD" signifie "Surface Mount Device", en franais on appelle a des "CMS" pour Composants Monts en Surface". Cescomposants sont souds directement sur le cuivre de la carte, il ne la traverse pas comme les autres. Pour les cartes Arduino, onretrouve le composant principal en dition SMD dans ces cartes. La carte est donc la mme, aucune diffrence pour le tuto. Lescomposants sont les mmes, seule l'allure "physique" est diffrente. Par exemple, ci-dessus la "Mega" est en SMD et la Uno est"classique".

Listes d'achatTout au long du cours, nous allons utiliser du matriel en supplment de la carte. Rassurez-vous le prix est bien moindre. Je vous



donne cette liste, cela vous vitera d'acheter en plusieurs fois. Vous allez devoir me croire sur parole sur leur intrt. Nousdcouvrirons comment ils fonctionnent et comment les utiliser tout au long du tutoriel.

Afin que vous n'ayez pas faire plusieurs commandes et donc subir plusieurs fois des frais de port si vous commandez parinternet, nous vous avons prpar des listes de courses. Pourquoi "des" ? Car tout le monde n'a pas les mmes ambitions etenvies de travailler les mmes choses. Vous aller donc trouver ci-dessous une liste de course par partie. Lorsque vous lirez lecours, chaque dbut de partie sera rappel ce dont vous avez besoin pour suivre le tutoriel (dans l'introduction dans une balisesecret pour ne pas gner la lecture).

Enfin, la fin de tout cela vous trouverez une "Mga-Liste" qui regroupe tous les composants ncessaires pour suivre tout letutoriel du dbut jusqu' la fin (cependant les composants marqus d'une '*' sont l titre indicatif puisqu'ils seront intgrsdans des chapitres prvus mais pas encore crits. Leur prsence est donc sujette changement et nous ne pourrons pas assurer 100% que nous les utiliserons). Cette liste vous montrera aussi des photos d'illustrations des composants.

Attention, ces listes ne contiennent que les composants en quantits minimales strictes. Libre vous de prendre plusde LED et de rsistances par exemple (au cas o vous en perdez ou dtruisez...). Pour ce qui est des prix, j'ai regard surdiffrents sites grands publics (donc pas Farnell par exemple), ils peuvent donc paratre plus lev que la normale dansla mesure o ces sites amortissent moins sur des ventes des clients fidles qui prennent tout en grande quantit...

Avant que j'oublie, 3 lments n'apparaitront pas dans les listes et sont indispensables :

Une Arduino Uno Une BreadBoard (plaque d'essai) Un lot de fils pour brancher le tout !

Et maintenant, place aux listes !

Partie 1 : [Thorie] Dcouverte de l'ArduinoPas de liste de course pour cette partie !

Partie 2 : [Pratique] Gestion des entres / sortiesSecret (cliquez pour afficher)

Dsignation Valeur -Caractristique QuantitPrix unitaireindicatif () Photo

LED

rouge 6

0.10verte 2

jaune ou orange 2

Rsistanceentre 220 et 470 Ohm 9

0.10entre 2.2 et 4.7 kOhm 2



10 kOhm 2

Condensateur 10 nF 2 0.30

Bouton Poussoir - 2 0.40

Transistor 2N2222 ou BC547 2 0.60

Dcodeur BCD MC14543 1 1.00

Afficheur 7 segments anode commune 2 1.00

Total 7.9

Partie 3 : [Pratique] Communication par la liaison srieSecret (cliquez pour afficher)


LED

rouge 1

0.10jaune ou orange 1

verte 1

Rsistance10 kOhm 2 0.10entre 220 et 470 Ohm 3 0.10





Total 2.2

Partie 4 : [Pratique] Les grandeurs analogiquesSecret (cliquez pour afficher)


LED

rouge 7

0.10verte 3

RVB 1 3.00

Rsistanceentre 220 et 470 Ohm 10

0.101 kOhm 2

Potentiomtre linaire 10 kOhm 1 0.40

Condensateur lectrochimique 1000F 1 1

Total 6.6

Partie 5 : * [Pratique] Les capteursSecret (cliquez pour afficher)

Attention, toute cette liste pourrait changer ! (d'ailleurs elle manque volontairement de prcision sur les valeurs descomposants)

Prix unitaire



Dsignation Quantit Prix unitaireindicatif () Photo

Photorsistance 1 1.00

Thermistance (CTN) 1 1.00

Capteur de choc (tilt) 1 3.00

Capteur de distance Sharp GP2D120 1 20.00

Total 25

Partie 6 : * [Pratique] Les moteursSecret (cliquez pour afficher)

Liste pas encore dfinie, dsol !

Partie 7 : [Pratique] L'affichageSecret (cliquez pour afficher)


LED rouge 1 0.10

Rsistance10 kOhm 2 0.10entre 220 et 470 Ohm 1 0.10


Potentiomtre linaire 10 kOhm 1 0.40



cran LCD alphanumrique16*220*4(valeur au choix)

1 10


Total 12.2

Partie 8 : * [Thorie] Processing et ArduinoSecret (cliquez pour afficher)


Partie 9 : * [Thorie] Arduino et internetSecret (cliquez pour afficher)


Liste Globale !

Dsignation Quantit

Prixunitaire indicatif

()Photo Description

LED rouge 7

0.10 Ce composant est une sorte de lampe un peu spcial. Nous nous enservirons principalement pour faire de la signalisation.

LED verte 3

LED jaune (ouorange) 2

Rsistance(entre 220 et 470Ohm)

10

0.10La rsistance est un composant de base qui s'oppose au passage ducourant. On s'en sert pour limiter des courants maximums mais aussipour d'autres choses.

Rsistance(entre 2.2 et 4.7 2



kOhm) pour d'autres choses.

Rsistance (10kOhm) 2

Bouton Poussoir 2 0.40 Un bouton poussoir sert faire passer le courant lorsqu'on appuiedessus ou au contraire garder le circuit "teint" lorsqu'il est relch.

Transistor(2N2222 ouBC547)

2 0.60Le transistor sert plein de chose. Il peut tre utilis pour faire del'amplification (de courant ou de tension) mais aussi comme uninterrupteur command lectriquement.

Afficheur 7segments (anodecommune)

2 1.00 Un afficheur 7 segments est un ensemble de LEDs (cf. ci-dessus)disposes gomtriquement pour afficher des chiffres.

Dcodeur BCD(MC14543) 1 1.00

Le dcodeur BCD (Binaire Cod Dcimal) permet piloter desafficheurs 7 segments en limitant le nombre de fils de donnes (4 aulieu de 7).

Condensateur(10 nF) 2 0.30

Le condensateur est un composant de base. Il sert plein de chose.On peut se le reprsenter comme un petit rservoir lectricit.

Condensateur1000 F 1 1 Celui-ci est un plus gros rservoir que le prcdent

Potentiomtrelinaire (10kOhm)

1 0.40 Le potentiomtre est une rsistance que l'on peut faire variermanuellement.

LED RVB 1 3.00 Une LED RVB (Rouge Vert Bleu) est une LED permettant de mlangerles couleurs de bases pour en crer d'autres.

cran LCDalphanumrique 1 10

L'cran LCD alphanumrique permet d'afficher des caractres tels queles chiffres et les lettres. Il va apporter de l'interactivit vos projetsles plus fous !

*Module XBEE 2 - Ce module permet de faire de la transmission sans fil, faibledistance/consommation/dbit/prix.

Total 22.6



Les revendeursVous pourrez trouver ces composants chez :

SelectronicLextronicElectronique diffusionRadiosparesFarnellConrad

Ou dans un magasin lectronique proche de chez vous (et pas de frais de port) !

Vous trouverez une liste non exhaustive des boutiques en ligne ou en magasin de matriel lectronique sur ce forumddi.

Les kitsEnfin, il existe des kits tout prts chez certains revendeurs. Nous n'en conseillerons aucun pour plusieurs raisons. Tout d'abord,pour ne pas faire trop de publicit et rester conforme avec la charte du site. Ensuite, car il est difficile de trouver un kit "complet".Ils ont tous des avantages et des inconvnients mais aucun (au moment de la publication de ces lignes) ne propose absolumenttous les composants que nous allons utiliser. Nous ne voulons donc pas que vous reveniez vous plaindre sur les forums carnous vous aurions fait dpenser votre argent inutilement !

Cela tant dit, merci de ne pas nous spammer de MP pour que l'on donne notre avis sur tel ou tel kit ! Usez des forumspour cela, il y a certainement toujours quelqu'un qui sera l pour vous guider.ventuellement nous ouvrirons un post fixe sur les diffrents kits pour les comparer (sans donner notre avis afin de rester objectif et car on a pas les moyensde les acheter et tester leur qualit !)

vos achats, prts ? Partez !



Quelques bases lmentairesEn attendant que vous achetiez votre matriel, je vais vous prsenter les bases de l'lectronique et de la programmation enlectronique. Nous allons voir un peu comment fonctionne l'lectricit, pour ensuite nous pencher sur la programmation del'lectronique.

tant un adepte de lapprentissage par la pratique, ce chapitre aura de trs pauvres notions, mais le cours sera enrichi demanipulations diverses qui vous feront apprendre utiliser le systme Arduino et llectronique.

La premire partie de ce chapitre ne fait que reprendre quelques lments du cours sur l'lectronique, que vous pouvezconsulter pour de plus amples explications.

L'lectroniquePour faire de l'lectronique, il est indispensable de connatre sur le bout des doigts ce que sont les grandeurs physiques. Alors,avant de commencer voir lesquelles on va manipuler, voyons un peu ce qu'est une grandeur physique.

Une grandeur physique est quelque chose qui se mesure. Par exemple, la pression atmosphrique est une grandeur physique, oubien la vitesse laquelle circule une voiture en est aussi une. En lectronique, nous ne mesurons pas ces grandeurs-l, nousavons nos propres grandeurs, qui sont : le courant et la tension.

La source d'nergieL'nergie que l'on va manipuler (courant et tension) provient d'un gnrateur. Par exemple, on peut citer : la pile lectrique, labatterie lectrique, le secteur lectrique. Cette nergie qui est fournie par le gnrateur est restitue un ou plusieurs rcepteurs .Le rcepteur, d'aprs son nom, reoit de l'nergie. On dit qu'il la consomme. On peut citer pour exemples : un chauffage dappoint,un sche-cheveux, une perceuse.

Retenez bien ce qui vient d'tre dit, car c'est fondamental pour comprendre la suite.

Le courant lectrique

Charges lectriquesLes charges lectriques sont des grandeurs physiques mesurables. Elles constituent la matire en elle mme. Dans un atome, quiest lment primaire de la matire, il y a trois charges lectriques diffrentes : les charges positives , ngatives et neutres appelesrespectivement protons , lectrons et neutrons . Bien, maintenant nous pouvons dfinir le courant qui est un dplacementordonn de charges lectriques.

Conductibilit des matriauxLa notion de conductibilit est importante connatre, car elle permet de comprendre pas mal de phnomnes. On peut dfinir laconductibilit comme tant la capacit d'un matriau se laisser traverser par un courant lectrique. De ces matriaux, on peutdistinguer quatre grandes familles :

les isolants : leurs proprits empchent le passage d'un courant lectrique (plastique, bois, verre)les semi-conducteurs : ce sont des isolants, mais qui laissent passer le courant ds lors que l'on modifie lgrement leurstructure interne (diode, transistor, LED)les conducteurs : pour eux, le courant peut passer librement travers tout en opposant une faible rsistance selon lematriau utilis (or, cuivre, mtal en gnral)les supraconducteurs : ce sont des types bien particuliers qui, une temprature extrmement basse, n'opposentquasiment aucune rsistance au passage d'un courant lectrique

Sens du courant



Le courant lectrique se dplace selon un sens de circulation. Un gnrateur lectrique, par exemple une pile, produit un courant.Et bien ce courant va circuler du ple positif vers le ple ngatif de la pile, si et seulement si ces deux ples sont relis entre euxpar un fil mtallique ou un autre conducteur. Ceci, c'est le sens conventionnel du courant.

On note le courant par une flche qui indique le sens conventionnel de circulation du courant :

Figure 1 : Indication du sens du courant

Intensit du courant

Lintensit du courant est la vitesse laquelle circule ce courant. Tandis que le courant est un dplacement ordonn decharges lectriques. Voil un point ne pas confondre.

On mesure la vitesse du courant, appele intensit, en Ampres (not A) avec un Ampremtre. En gnral, en lectronique defaible puissance, on utilise principalement le milli-Ampre (mA) et le micro-Ampre (A), mais jamais bien au-del.

C'est tout ce qu'il faut savoir sur le courant, pour l'instant.

TensionAutant le courant se dplace, ou du moins est un dplacement de charges lectriques, autant la tension est quelque chose destatique. Pour bien dfinir ce qu'est la tension, sachez qu'on la compare la pression d'un fluide.

Par exemple, lorsque vous arrosez votre jardin (ou une plante, comme vous prfrez) avec un tuyau d'arrosage et bien dans cetuyau, il y a une certaine pression exerce par l'eau fournie par le robinet. Cette pression permet le dplacement de l'eau dans letuyau, donc crer un courant. Mais si la pression n'est pas assez forte, le courant ne sera lui non plus pas assez fort. Pourpreuve, vous n'avez qu'a pincer le tuyau pour constater que le courant ne circule plus.

On appelle ce "phnomne de pression" : la tension. Je n'en dis pas plus car se serait vous embrouiller.

Notation et unitLa tension est mesure en Volts (note V) par un Voltmtre. On utilise principalement le Volt, mais aussi son sous-multiple qui estle milli-Volt (mV).

On reprsente la tension, d'une pile par exemple, grce une flche oriente toujours dans le sens du courant aux bornes d'ungnrateur et toujours oppose au courant, aux bornes d'un rcepteur :



Figure 2 : Flchage de la tension

La diffrence de potentielSur le schma prcdent, on a au point M une tension de 0V et au point P, une tension de 5V. Prenons notre Voltmtre etmesurons la tension aux bornes du gnrateur. La borne COM du Voltmtre doit tre relie au point M et la borne "+" au point P.

Le potentiel au point P, soustrait par le potentiel au point M vaut : . On dit que la diffrence depotentiel entre ces deux points est de 5V. Cette mesure se note donc : .

Si on inverse le sens de branchement du Voltmtre, la borne "+" est relie au point M et la borne COM au point P. La mesure quel'on prend est la diffrence de tension (= potentiel) entre le point M et le point P :

Cette dmonstration un peu surprenante vient du fait que la masse est arbitraire.

La masseJustement, parlons-en ! La masse est, en lectronique, un point de rfrence.

Notion de rfrentielQuand on prend une mesure, en gnral, on la prend entre deux points bien dfinis. Par exemple, si vous vous mesurez, vousprenez la mesure de la plante de vos pieds jusqu'au sommet de votre tte. Si vous prenez la plante de vos pieds pour rfrence(c'est--dire le chiffre zro inscrit sur le mtre), vous lirez 1m70 (par exemple). Si vous inversez, non pas la tte, mais le mtre etque le chiffre zro de celui-ci se retrouve donc au sommet de votre tte, vous serez oblig de lire la mesure -1m70.

Et bien, ce chiffre zro est la rfrence qui vous permet de vous mesurer. En lectronique, cette rfrence existe, on l'appelle lamasse.

Qu'est ce que c'est ?La masse, et bien c'est un rfrentiel. En lectronique on voit la masse d'un montage comme tant le zro Volt (0V). C'est le pointqui permet de mesurer une bonne partie des tensions prsentes dans un montage.

Reprsentation et notationElle se reprsente par ce symbole, sur un schma lectronique :

Figure 3 : Symbole de la masse



Vous ne le verrez pas souvent dans les schmas de ce cours, pour la simple raison qu'elle est prsente sur la carte que l'on vautiliser sous un autre nom : GND. GND est un diminutif du terme anglais " Ground" qui veut dire terre/sol.

Donc, pour nous et tous les montages que l'on ralisera, ce sera le point de rfrence pour la mesure des tensions prsentes surnos circuits et le zro Volt de tous nos circuits.

Une rfrence arbitrairePour votre culture, sachez que la masse est quelque chose d'arbitraire. Je l'ai bien montr dans l'exemple au dbut de ceparagraphe. On peut changer l'emplacement de cette rfrence et, par exemple, trs bien dire que le 5V est la masse. Ce qui aurapour consquence de modifier l'ancienne masse en -5V.

La rsistanceEn lectronique il existe plein de composants qui ont chacun une ou plusieurs fonctions. Nous allons voir quels sont cescomposants dans le cours, mais pas tout de suite. Car, maintenant, on va aborder la rsistance qui est LE composant essentiel enlectronique.

PrsentationC'est le composant le plus utilis en lectronique. Sa principale fonction est de rduire l'intensit du courant.

Ce composant se prsente sous la forme d'un petit boitier fait de divers matriaux et repr par des anneaux de couleur indiquantla valeur de cette dernire. Photo de rsistance :

Figure 4 : Photo de rsistance

SymboleLe symbole de la rsistance ressemble trangement la forme de son boitier :

Figur

515602 Arduino Pour Bien Commencer en Electronique Et en Programmation

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