Arduino : Concepts avancés

Cette semaine, nous allons approfondir certains concepts clés pour mieux maîtriser l'Arduino.

1. Rappel des commandes de base

Avant de plonger dans de nouveaux sujets, voici un bref rappel des fonctions que nous avons vues la semaine dernière :

Communication série :
Serial.begin(9600) : Initialise la communication série à 9600 bauds.
Serial.print("Hello") : Affiche du texte sans saut de ligne.
Serial.println("World") : Affiche du texte avec un saut de ligne.
Entrées/sorties numériques :
pinMode(pin, OUTPUT) : Configure une broche en mode sortie.
pinMode(pin, INPUT) : Configure une broche en mode entrée.
digitalWrite(pin, HIGH) : Envoie un signal haut (5V) sur une broche.
digitalRead(pin) : Lit l'état d'une broche numérique (HIGH ou LOW).
Entrées/sorties analogiques :
analogRead(pin) : Lit une valeur analogique (de 0 à 1023).
analogWrite(pin, value) : Envoie un signal PWM (simulant une sortie analogique).

2. PWM (Pulse-Width Modulation)

La modulation de largeur d'impulsion (PWM) est une technique utilisée pour simuler une sortie analogique à l'aide d'un signal numérique. Au lieu d'une tension constante, le PWM envoie des impulsions carrées à une fréquence fixe.

PWM Diagram

Duty Cycle (Rapport cyclique) : C'est le pourcentage de temps pendant lequel le signal est à l'état HAUT.
0% : Le signal est toujours BAS (0V).
50% : Le signal est HAUT la moitié du temps (environ 2.5V de moyenne).
100% : Le signal est toujours HAUT (5V).
analogWrite(pin, value) :
pin : Doit être une broche PWM (marquée d'un tilde ~ sur la plupart des cartes Arduino, comme les broches 3, 5, 6, 9, 10, 11 sur une UNO).
value : Un entier de 0 (0% de rapport cyclique) à 255 (100% de rapport cyclique).

Exemple : Faire varier l'intensité d'une LED

const int ledPin = 9; // Broche PWM

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

void loop() {
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    analogWrite(ledPin, i);
    delay(10);
  }
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    analogWrite(ledPin, i);
    delay(10);
  }
}

3. ADC et DAC : Le monde analogique et numérique

ADC DAC Diagram

ADC (Analog-to-Digital Converter)

L'ADC convertit une tension analogique (comme celle d'un potentiomètre) en une valeur numérique que le microcontrôleur peut lire.

Résolution : La précision de la conversion.
10 bits (Arduino UNO) : La tension (0-5V) est divisée en 1024 niveaux (2^10). La fonction analogRead() retourne donc une valeur entre 0 et 1023.
8 bits : La tension serait divisée en 256 niveaux (2^8), offrant une précision moindre.

Un ADC 10 bits est donc plus précis qu'un ADC 8 bits car il peut détecter de plus petites variations de tension.

DAC (Digital-to-Analog Converter)

Le DAC fait l'inverse : il convertit une valeur numérique en une tension analogique réelle. La plupart des cartes Arduino (comme la UNO) n'ont pas de vrai DAC. Elles simulent une sortie analogique avec le PWM.

Certaines cartes, comme l'Arduino Due ou l'ESP32, possèdent de vrais DAC.

4. La fonction `map()`

La fonction map() est un outil très pratique pour mettre à l'échelle une valeur d'une plage à une autre.

Syntaxe :

map(valeur, minOrigine, maxOrigine, minDest, maxDest);

- valeur : Le nombre à convertir. - minOrigine, maxOrigine : La plage d'origine de la valeur. - minDest, maxDest : La plage de destination souhaitée.

Exemple : Contrôler la luminosité d'une LED avec un potentiomètre

Le potentiomètre nous donne une valeur de 0 à 1023 (analogRead), mais la LED a besoin d'une valeur de 0 à 255 (analogWrite).

const int potPin = A0;
const int ledPin = 9;

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

void loop() {
  // Lire la valeur du potentiomètre (0-1023)
  int potValue = analogRead(potPin);

  // Mettre à l'échelle cette valeur pour le PWM (0-255)
  int ledValue = map(potValue, 0, 1023, 0, 255);

  // Appliquer la valeur à la LED
  analogWrite(ledPin, ledValue);
}

Cet exemple est beaucoup plus simple et lisible que de faire le calcul manuellement (ledValue = potValue / 4;).