Что такое циклы в Arduino и зачем они нужны. Как работают циклы for, while и do-while. Какие преимущества и недостатки у разных типов циклов. Когда лучше использовать тот или иной вид цикла в Arduino-проектах.
Что такое циклы в Arduino и зачем они нужны
Циклы в Arduino — это конструкции, позволяющие многократно выполнять определенный блок кода. Они являются одним из основных инструментов программирования, который позволяет автоматизировать повторяющиеся действия и сделать код более компактным и эффективным.
Основные преимущества использования циклов:
- Экономия кода — вместо многократного повторения одинаковых инструкций мы пишем их один раз в теле цикла
- Гибкость — количество повторений может задаваться переменной или условием
- Читаемость — циклы делают структуру кода более понятной
- Эффективность — циклы позволяют быстро обрабатывать большие объемы данных
В Arduino используются три основных вида циклов: for, while и do-while. Давайте рассмотрим каждый из них подробнее.
Цикл for в Arduino: синтаксис и принцип работы
Цикл for является наиболее часто используемым в Arduino. Его синтаксис выглядит следующим образом:
for (инициализация; условие; изменение) {
// тело цикла
}
Разберем каждый элемент:
- Инициализация — задает начальное значение счетчика цикла
- Условие — проверяется перед каждой итерацией, цикл продолжается, пока оно истинно
- Изменение — действие, выполняемое в конце каждой итерации (обычно изменение счетчика)
Как работает цикл for:
- Выполняется инициализация
- Проверяется условие
- Если условие истинно, выполняется тело цикла
- Выполняется изменение
- Возврат к пункту 2
Пример использования for для мигания светодиодом:
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop() {
for(int i = 0; i < 5; i++) {
digitalWrite(13, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(13, LOW);
delay(500);
}
delay(2000);
}
Здесь светодиод мигнет 5 раз, а затем будет пауза 2 секунды.
Цикл while в Arduino: особенности и применение
Цикл while выполняется, пока заданное условие остается истинным. Его синтаксис:
while (условие) {
// тело цикла
}
Особенности цикла while:
- Проверка условия происходит до выполнения тела цикла
- Если условие изначально ложно, тело цикла не выполнится ни разу
- Удобен, когда неизвестно точное количество повторений
Пример использования while для ожидания нажатия кнопки:
const int buttonPin = 2; void setup() { pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600); } void loop() { while(digitalRead(buttonPin) == HIGH) { // Ждем, пока кнопка не будет нажата } Serial.println("Кнопка нажата!"); delay(1000); }
Цикл do-while в Arduino: когда он необходим
Цикл do-while похож на while, но проверка условия происходит после выполнения тела цикла. Синтаксис:
do {
// тело цикла
} while (условие);
Особенности do-while:
- Тело цикла выполняется хотя бы один раз, даже если условие изначально ложно
- Подходит, когда нужно выполнить действие как минимум единожды
Пример использования do-while для ввода данных:
int input;
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
do {
Serial.println("Введите число от 1 до 10:");
while(!Serial.available()) {}
input = Serial.parseInt();
} while (input < 1 || input > 10);
Serial.print("Вы ввели: ");
Serial.println(input);
delay(2000);
}
Вложенные циклы в Arduino: повышаем сложность
Вложенные циклы - это циклы внутри других циклов. Они позволяют создавать более сложные алгоритмы и обрабатывать многомерные структуры данных.
Пример использования вложенных циклов для создания шахматного узора на матрице светодиодов:
const int ROW_COUNT = 8;
const int COL_COUNT = 8;
void setup() {
for(int row = 0; row < ROW_COUNT; row++) {
for(int col = 0; col < COL_COUNT; col++) {
pinMode(row * 8 + col, OUTPUT);
}
}
}
void loop() {
for(int row = 0; row < ROW_COUNT; row++) {
for(int col = 0; col < COL_COUNT; col++) {
if((row + col) % 2 == 0) {
digitalWrite(row * 8 + col, HIGH);
} else {
digitalWrite(row * 8 + col, LOW);
}
}
}
delay(1000);
// Инвертируем узор
for(int row = 0; row < ROW_COUNT; row++) {
for(int col = 0; col < COL_COUNT; col++) {
digitalWrite(row * 8 + col, !digitalRead(row * 8 + col));
}
}
delay(1000);
}
Прерывание циклов: операторы break и continue
В Arduino есть специальные операторы для управления выполнением циклов:
- break - немедленно прерывает выполнение цикла
- continue - пропускает оставшуюся часть текущей итерации и переходит к следующей
Пример использования break и continue:
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
for(int i = 1; i <= 10; i++) {
if(i == 3) {
continue; // Пропускаем число 3
}
if(i == 8) {
break; // Прерываем цикл на числе 8
}
Serial.println(i);
}
delay(5000);
}
Оптимизация циклов в Arduino: советы по эффективному использованию
Для повышения производительности программ на Arduino важно оптимизировать циклы. Вот несколько советов:
- Используйте предварительно вычисленные значения вместо расчетов в цикле
- Избегайте использования функций внутри циклов, если это возможно
- Используйте постфиксный инкремент (i++) вместо префиксного (++i) для счетчиков
- По возможности используйте целочисленную арифметику вместо операций с плавающей точкой
- Минимизируйте количество проверок условий внутри цикла
Пример оптимизированного цикла:
const int LED_PIN = 13;
const int ITERATIONS = 1000;
void setup() {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}
void loop() {
int i = ITERATIONS;
while(i--) {
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
}
delay(1000);
}
Сравнение циклов for, while и do-while: когда что использовать
Выбор типа цикла зависит от конкретной задачи. Вот общие рекомендации:
- for - когда известно точное количество повторений
- while - когда количество повторений заранее неизвестно, но известно условие выхода
- do-while - когда нужно выполнить действие хотя бы один раз, а затем проверить условие
Сравнительная таблица:
Тип цикла | Преимущества | Недостатки |
---|---|---|
for | Компактность, ясность намерений | Менее гибкий, чем while |
while | Гибкость, простота | Можно случайно создать бесконечный цикл |
do-while | Гарантированное выполнение хотя бы раз | Менее распространен, может быть менее понятен |
Практические примеры использования циклов в проектах Arduino
Рассмотрим несколько практических примеров использования циклов в реальных проектах Arduino:
1. Бегущий огонь на светодиодной ленте
const int LED_COUNT = 30;
const int DATA_PIN = 6;
void setup() {
FastLED.addLeds(leds, LED_COUNT);
}
void loop() {
for(int i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
leds[i] = CRGB::Red;
FastLED.show();
delay(50);
leds[i] = CRGB::Black;
}
}
2. Чтение данных с нескольких датчиков
const int SENSOR_COUNT = 5;
const int SENSOR_PINS[SENSOR_COUNT] = {A0, A1, A2, A3, A4};
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
for(int i = 0; i < SENSOR_COUNT; i++) {
int sensorValue = analogRead(SENSOR_PINS[i]);
Serial.print("Sensor ");
Serial.print(i);
Serial.print(": ");
Serial.println(sensorValue);
}
delay(1000);
}
3. Генерация мелодии
const int BUZZER_PIN = 8;
const int MELODY[] = {262, 294, 330, 349, 392, 440, 494, 523};
const int MELODY_LENGTH = sizeof(MELODY) / sizeof(MELODY[0]);
void setup() {
pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
}
void loop() {
for(int i = 0; i < MELODY_LENGTH; i++) {
tone(BUZZER_PIN, MELODY[i]);
delay(500);
noTone(BUZZER_PIN);
delay(100);
}
delay(2000);
}
Эти примеры демонстрируют, как циклы могут быть использованы для решения различных задач в проектах Arduino.
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Ecoimpact managers > Интернет вещей > Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Arduino и прочие питомцы.
Описание :
Документы базы знаний :
Расширенный поиск
Полнотекстовый поиск по содержимому документов
-
Arduino ООП и зачем все это нужно
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Arduino оптимизация использования оперативной памяти
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
AVR heap mystic
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 DeepSleep
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 GeoWiFi
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 http OTA
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 RTC память
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 UnReal Time Clock
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 Web and MQTT Framework
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
ESP8266 Web and MQTT Relay Demo
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
MQTT BarScanner
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
PlatformIO или прощай, Arduino IDE
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Relays for ESP8266
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
TSL2561
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
За облаками небо
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Навигация по "Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino"
Часть 1 Часть 2 Часть 3
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Параметры в скетче для ESP8266
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Размер структур и классов в программах на ESP8266
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Сравнение с функцией millis()
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Умное реле на ESP8266 (версия 2.0)
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Часть 1.
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
" data-id="5468" data-latitude="" data-longitude="" data-preview="" data-image="">Часть 3.
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Часть 2.
Ecoimpact managers :
Alex Morozov Цикл уроков по программированию на C++ для Arduino.
Начался новый цикл занятий «Школа – вуз – предприятие»
Начался новый цикл занятий «Школа – вуз – предприятие»Второй год в Саровском физико-техническом институте НИЯУ МИФИ в рамках городского проекта «Профтенд» реализуется самостоятельное направление «Школа – вуз – предприятие» или «ШВП». 6 октября семиклассники школы № 17 побывали на первом занятии по робототехнике.
Алгоритм уже отработан: краткий курс теории, затем практика. По имеющейся схеме на основе платформы Arduino нужно собрать простейшего робота. В качестве экспертов и главных помощников выступили: первокурсник Даниил Кротов, третьекурсник Глеб Ухабов-Богославский, студент 5 курса Денис Плеханов, и преподаватель Андрей Додин. Первыми отлично справились с непростой задачей команды Георгий Михалёв – Ярослав Румянцев и Иван Габелев – Лев Интяпин. Надо сказать, что девушки не отставали от ребят, проявили настойчивость, упорство и добились желаемого результата – все собранные роботы смогли двигаться по заданной траектории.
Следующее занятие по программированию для учеников 7 классов запланировано на 20 октября.
- ГЛАВНАЯ
- Начался новый цикл занятий «Школа – вуз – предприятие»
Почтовый адрес: 607190, Нижегородская область, г. Саров, ул. Гагарина, дом 6;
Электронный адрес: [email protected]; Адрес портала в сети Интернет: https://www.edusarov.ru;
Приемная 9-55-00; Факс: (83130) 9-55-09
Выпускникам прошлых лет
11 мая в 16:00 в Департаменте образования (ул. Гагарина д. 6, 2 этаж, актовый зал) состоится организационное собрание выпускников прошлых лет, подавших заявление на сдачу ЕГЭ в 2023 году в основной период. При себе иметь паспорт.
Родителям будущих первоклассников
На нашем сайте в разделе "Родителям - родителям будущих первоклассников" опубликован перечень документов, на основании которых осуществляется прием на обучение по образовательным программам начального общего образования (в 1 класс).
Пн | Вт | Ср | Чт | Пт | Сб | Вс |
27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 1 | 2
|
3
|
4 | 5 | 6
|
7
|
8 | 9 |
10
|
11
|
12 | 13
|
14
|
15 | 16 |
17
|
18
|
19
|
20
|
21
|
22 | 23 |
24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
Arduino IDE: for Loop — STEMpedia
Об этом руководстве
В этом руководстве обсуждается, что такое оператор цикла, цикл for, его общий синтаксис в Arduino IDE и как он работает.
Учебная информация
Требуемые компоненты
Изображение | Компонент | Количество | Доступен в комплекте |
---|---|---|---|
ивив | 1 |
| |
Кабель USB A-B | 1 |
|
Оператор цикла позволяет выполнять оператор или группу операторов несколько раз.
Ниже приведена общая форма оператора цикла в большинстве языков программирования:
Цикл
forA цикл for выполняет операторы заданное количество раз. Управляющее выражение для цикла инициализируется, проверяется и обрабатывается в скобках цикла for. Циклическое поведение структуры легко отлаживать, потому что оно не зависит от активности внутри цикла.
Каждый цикл for имеет до трех выражений, определяющих его работу. В следующем примере показан общий синтаксис цикла для в Arduino IDE. Обратите внимание, что три выражения в скобках аргумента цикла for разделены точкой с запятой.
for (инициализация; оператор управления; увеличение или уменьшение) {
Тело цикла for
}
Ниже приведена блок-схема, показывающая, как работает цикл for :
Пример:
[tutorialRelatedProjects]
Поделиться этим руководством
Рекомендуемые проекты
delay() Функция Arduino: узкие циклы и код блокировки
Вы когда-нибудь создавали проект Arudino и хотели, чтобы что-то происходило с заданным интервалом времени? Может быть, каждые 3 секунды вы хотите, чтобы сервопривод двигался, или, может быть, каждую 1 минуту вы хотите отправлять обновление статуса на веб-сервер.
Как ты это делаешь? Есть ли простая и понятная функция, которая поможет нам в этом? Да, есть! Мы обсудим функцию задержки, а также функцию millis() в видео ниже:
Это вторая часть нашей мини-серии о функции millis(). Часть 1 помогает нам понять, что делает функция millis(), часть 2 обсуждает узкие циклы и блокирующий код, а часть 3 обсуждает, когда функция millis() затмевает функцию delay().
Темы этого урока
- Тугие петли
- Код блокировки
- Древний рецепт вдохновляющей музыки
Millis() против Delay()
Итак, вы хотите, чтобы что-то происходило с заданным интервалом, и вы ищете решение. Если в вашем ответе используется функция задержки, вы в чем-то правы. Но есть и другой способ.
Более крутой и эффектный вариант — это функция Arduino millis(). И чем больше вы знакомы с использованием функции millis, помогающей вам синхронизировать события в вашем коде Arduino, тем легче будет позже включить другие части в вашу программу.
Как только вы начнете использовать функцию millis(), вы станете счастливее, веселее и, черт возьми, вы понравитесь людям.
Узкие петли
Сначала давайте обсудим концепцию узкой петли. И когда мы говорим «узкая петля», что это значит?
Давайте посмотрим на скетч Arduino для демонстрации узкой петли. Начиная с самого простого скетча, у нас есть только две функции: установка пустоты и петля пустоты. И, как вы, возможно, знаете, установка void запускается только один раз, а затем передает шоу циклу void.
Затем цикл Void проходит через каждую строку кода, которая может находиться внутри цикла (внутри этих фигурных скобок).
Выполняет первую строку, затем вторую, затем третью и так далее и тому подобное, пока не дойдет до конца. А потом возвращается наверх.
Как быстро выполняется цикл? Это зависит от того, какую плату Arduino вы используете, но Arduino Uno имеет тактовую частоту 16 мегагерц. Это означает, что каждую секунду на Arduino выполняется 16 миллионов инструкций!
Каждая строка кода не обязательно является одной инструкцией. На самом деле, скорее всего, это несколько инструкций. Но, тем не менее, это относительно быстро (процессор вашего компьютера, вероятно, работает на гигагерцовой скорости… это миллиарды).
Можно ли считать этот пустой набросок зацикленным? Определенно, это настолько быстро и туго, насколько вы можете сделать петлю. Поскольку внутри цикла нет ничего для выполнения, время, необходимое для выполнения скетча, практически равно нулю. Другими словами, интервал от начала цикла до конца короткий (поэтому он быстрый или «напряженный»).
Давайте добавим несколько строк кода. Мы запустим последовательную связь, а затем выведем что-нибудь в окно последовательного монитора.
Это тугая петля? То есть от начала цикла до конца цикла это занимает много времени? Это занимает очень мало времени, так что это быстрый, плотный цикл.
Однако стоит отметить, что этот цикл не такой тугой, как в предыдущем примере. В предыдущем примере у нас не было кода. Так что это просто мчался по петле. Теперь, когда у нас есть функция последовательной печати, потребуется немного времени, чтобы напечатать «Ice Ice Baby» на последовательном мониторе.
Но это все еще довольно быстрый цикл. Итак, давайте добавим еще немного кода. У нас будет программа, проверяющая, нажата ли кнопка, и если это так, мы отправим что-то новое на последовательный монитор
Итак, мы объявили кнопку и использовали оператор if, чтобы проверить и увидеть если кнопка была нажата. Напряжение на пятом контакте высокое? Если это так, то мы печатаем что-то еще в окно последовательного монитора.
Это тугая петля? Итак, от начала цикла до конца цикла это довольно быстро?
Да, все еще достаточно быстро. Это довольно тугая петля. У нас есть четыре строки кода. Мы печатаем на последовательный монитор, а затем быстро проверяем, нажата ли кнопка. И если это так, мы что-то распечатываем. Все так же тесно, все так же быстро.
Теперь давайте добавим в эту программу задержку, используя функцию Arduino delay(). Вы можете видеть ниже, что мы добавили задержку в тысячу миллисекунд (1 секунду) к циклу.
Это все еще тугая петля? Много ли времени от начала цикла до конца цикла? Нет, это определенно не тугая петля. Код запускается быстро, мы выполняем последовательную печать, но тут же останавливаемся на функции задержки.
Вся программа останавливается, пока мы ждем завершения этого кода задержки.
Когда Arduino доходит до этой строки кода, это похоже на поход в продуктовый магазин. Вы попадаете в очередь из 12 пунктов или меньше, но затем парень перед вами вытаскивает свою чековую книжку и начинает выписывать чек. Ты знаешь, что будешь там минутку. Здесь такая же сделка.
Так что это не тугая петля. Время от начала цикла до конца цикла довольно значительно. Особенно по сравнению с парой последних программ. Порядок величины времени огромен.
Здесь мы попытались продемонстрировать, что вся эта идея о тугих петлях относительна. Все зависит от вашего приложения. Если вам нужно проверять состояние датчика каждую 10-миллионную долю секунды, то программа, состоящая из трех строк кода, может оказаться недостаточно жесткой, она просто зависит.
Еще одно замечание: не все строки кода выполняются одинаково. Если вы вызываете функцию, которая делает кучу вещей, например, последовательную печать, то одна строка кода может занять намного больше времени, чем 10 других строк кода.
Таким образом, герметичность петли — относительное понятие.
Код блокировки
Когда программа в какой-то момент останавливается и требуется некоторое время для выполнения некоторого кода, этот код можно назвать кодом блокировки . Это общий термин.
В нашей программе есть функция задержки, действующая как блокирующий код. Ни один код после задержки не может работать, пока не закончится задержка, поэтому он блокируется.
Однако блокирующий код возникает не только тогда, когда мы используем функцию delay().
Возьмем нашу программу и избавимся от задержки, но добавим цикл for. Наш цикл for будет выводить числа и текст на последовательный порт.
Итак, как долго выполняется этот цикл? Он будет работать какое-то время, потому что ему нужно пройти 100 итераций, прежде чем он остановится.
А что насчет кода после цикла for? Умеет ли бегать? Нет, он должен ждать, потому что он заблокирован циклом for.
Этот цикл for вложен в основной цикл . Является ли цикл for «жестким» циклом? Прежде чем вы ответите, давайте еще раз подчеркнем, как вы должны думать об этом: много ли времени требуется, чтобы пройти этот цикл for сверху вниз?
Ну, не совсем так. Там всего две строчки кода. Так что это довольно узкая петля.
Но это замкнутый цикл, который должен пройти множество итераций, прежде чем программа сможет добраться до кода под ним. Таким образом, даже тугой цикл, если его заставить выполнить несколько итераций, может блок наш код.
Подробнее о функции delay()
Давайте поговорим немного подробнее об этой функции задержки. Что мы установили на данный момент?
Во-первых, мы сказали, что функция задержки уменьшает плотность цикла. Если у вас плотная петля и вы добавляете функцию задержки, это займет больше времени и сделает ее менее жесткой. То есть количество времени, которое требуется, чтобы добраться от начала цикла до конца, будет увеличиваться с помощью функции задержки.
Мы также знаем, что функция задержки блокирует код. Это идет рука об руку с тем, что мы только что сказали. Когда функция задержки работает, она блокирует выполнение другого кода во время задержки.
Вы можете подумать, что эта функция задержки — полная ерунда! В наших проектах это никогда ни к чему не приведет. Но для множества простых программ, которые мы пишем, функция задержки работает фантастически. Она проста в использовании, ее действительно легко написать, и она делает именно то, что говорит. Так что мы не должны обязательно изгонять функцию delay() из нашего набора инструментов для программирования. Мы должны просто признать, что это простая функция программирования, которая может работать во многих случаях.
Однако бывают моменты, когда вы начинаете сталкиваться с проблемами. Это связано с эффектом блокировки, который имеет функция задержки в нашей программе.
В следующем уроке этой серии, часть 3, мы собираемся определить, где это действительно становится проблемой. Вы узнаете, когда имеет смысл использовать функцию delay() в программе, а когда пора переключиться на использование функции millis().
Обзор
Сначала мы говорили о герметичности петли. Мы сказали, что герметичность петли относительна. Это зависит от того, какое у вас приложение.
Во-вторых, мы говорили о блокирующем коде или коде, который блокирует. По сути, это общий термин, который мы можем дать коду, выполнение которого займет некоторое время, и он остановит выполнение других частей нашей программы во время его выполнения.