ARDUINO • PROGRAMMAZIONE • C/C++

Programmazione Arduino: guida completa agli sketch

Una guida pratica per imparare a programmare Arduino partendo dalle basi: struttura di uno sketch, variabili, condizioni, cicli, operatori, input e output, comunicazione seriale, gestione del tempo e principali funzioni del linguaggio.

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🧠 Introduzione alla programmazione Arduino

Un programma Arduino viene comunemente chiamato sketch.

Lo sketch contiene tutte le istruzioni che il microcontrollore deve eseguire per leggere sensori, prendere decisioni e controllare dispositivi come LED, relè, motori, display e moduli di comunicazione.

Arduino utilizza un ambiente di programmazione basato sul C/C++, arricchito da funzioni e librerie che rendono molto più semplice l’utilizzo dell’hardware.

Per scrivere e caricare gli sketch è possibile utilizzare Arduino IDE 2.

Nell’IDE possiamo:

• scrivere il codice;
• controllarne la sintassi;
• compilarlo;
• caricarlo sulla scheda;
• visualizzare dati tramite Monitor Seriale;
• installare librerie e supporto per nuove schede.

Puoi approfondire l’uso dell’ambiente di sviluppo nella nostra guida:

👉 Guida ad Arduino IDE e agli sketch

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🧩 Come si progetta un programma

Un programma è una sequenza di istruzioni che il microcontrollore esegue secondo una logica precisa.

Prima di iniziare a scrivere codice è utile dividere il problema in piccoli blocchi.

1. Acquisizione dei dati

Determina quali informazioni devono essere lette.

Ad esempio:

• temperatura;
• distanza;
• pressione di un pulsante;
• luminosità;
• movimento.

2. Elaborazione e decisione

Una volta ottenuti i dati bisogna stabilire cosa deve fare Arduino.

Ad esempio:

if (temperatura > 30) {
    // attiva la ventola
}

3. Controllo degli attuatori

Infine Arduino può agire su uno o più dispositivi:

• LED;
• buzzer;
• motori;
• servo;
• relè;
• display.

Esempio: misurare una distanza

Consideriamo un sensore HC-SR04 con:

• TRIG collegato al pin 2;
• ECHO collegato al pin 3;
• VCC a 5V;
• GND a GND.

float cm = 0;

void misurazioneDistanza() {

    digitalWrite(2, LOW);
    delayMicroseconds(2);

    digitalWrite(2, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(2, LOW);

    cm = pulseIn(3, HIGH) / 58.0;
}

void comunicazioneDistanza() {

    Serial.print(cm);
    Serial.println(" cm");
}

void setup() {

    Serial.begin(9600);

    pinMode(2, OUTPUT);
    pinMode(3, INPUT);
}

void loop() {

    misurazioneDistanza();
    comunicazioneDistanza();

    delay(2000);
}

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🏗️ Struttura di uno sketch Arduino

Quasi ogni programma Arduino contiene almeno due funzioni fondamentali:

• setup()
• loop()

// Dichiarazioni globali

void setup() {

    // istruzioni eseguite una sola volta

}

void loop() {

    // istruzioni ripetute continuamente

}

void setup()

Viene eseguito una sola volta, quando Arduino viene acceso o resettato.

Viene normalmente utilizzato per:

• configurare i pin;
• avviare la comunicazione seriale;
• inizializzare display e sensori;
• impostare lo stato iniziale del sistema.

void loop()

Dopo aver completato setup(), Arduino esegue loop() continuamente finché la scheda rimane alimentata.

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✍️ Ortografia, grammatica e sintassi

Il compilatore richiede una sintassi precisa. Anche un piccolo errore può impedire la compilazione.

Punto e virgola

Molte istruzioni terminano con:

;

Esempio:

int led = 13;

digitalWrite(led, HIGH);

Parentesi graffe

Le parentesi:

{
}

delimitano un blocco di istruzioni.

Commenti

Commento su una sola riga:

// questo è un commento

Commento su più righe:

/*
Questo è
un commento
multiriga
*/

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🔑 Parole chiave fondamentali

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📦 Variabili

Una variabile è un’area di memoria utilizzata per memorizzare un valore.

Esempio:

int temperatura = 25;

In questo caso:

• int è il tipo;
• temperatura è il nome;
• 25 è il valore iniziale.

Tipi di dato comuni

Variabili globali e locali

Una variabile dichiarata fuori dalle funzioni può essere utilizzata in più parti dello sketch.

int led = 13;

void setup() {
}

void loop() {
}

Una variabile dichiarata dentro una funzione è invece normalmente visibile solo all’interno del relativo blocco.

Array

Un array raccoglie più elementi dello stesso tipo.

int valori[4] = {10, 25, 50, 100};

L’indice parte da 0.

• valori[0] → 10
• valori[1] → 25
• valori[2] → 50
• valori[3] → 100

#define e const

Possiamo creare una costante simbolica con:

#define LED_PIN 5

In molti casi moderni è però preferibile utilizzare una costante tipizzata:

const int LED_PIN = 5;

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🔀 Istruzioni di controllo

if

Esegue un blocco soltanto se una condizione è vera.

if (temperatura > 30) {

    digitalWrite(ventola, HIGH);

}

if…else

if (temperatura > 30) {

    digitalWrite(ventola, HIGH);

}
else {

    digitalWrite(ventola, LOW);

}

for

Il ciclo for è utile quando sappiamo quante volte vogliamo ripetere un’operazione.

for (int i = 0; i < 10; i++) {

    Serial.println(i);

}

while

Ripete il blocco finché la condizione rimane vera.

while (sensore < 500) {

    sensore = analogRead(A0);

}

do…while

È simile a while, ma il blocco viene eseguito almeno una volta.

do {

    sensore = analogRead(A0);

} while (sensore < 500);

switch…case

È utile quando dobbiamo scegliere tra diversi casi in base allo stesso valore.

switch (modalita) {

    case 1:
        digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
        break;

    case 2:
        digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
        break;

    default:
        break;
}

break

Interrompe un ciclo oppure termina un ramo di uno switch.

continue

Salta il resto dell’iterazione corrente e passa alla successiva.

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➗ Operatori

Operatori matematici

Operatori di confronto

• == uguale
• != diverso
• < minore
• > maggiore
• <= minore o uguale
• >= maggiore o uguale

Operatori booleani

• && AND
• || OR
• ! NOT

Esempio:

if (temperatura > 30 && umidita > 70) {

    // entrambe le condizioni sono vere

}

Operatori di incremento

i++;
i--;
i += 5;
i -= 5;

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🧩 Librerie e funzioni

Una funzione è un blocco di codice che svolge un compito specifico.

Arduino mette a disposizione numerose funzioni già pronte, ad esempio:

• digitalWrite()
• digitalRead()
• analogRead()
• delay()
• millis()

Possiamo anche creare funzioni personalizzate.

void accendiLed() {

    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);

}

e richiamarle con:

accendiLed();

Librerie

Le librerie aggiungono funzionalità allo sketch.

Esempio:

#include <Servo.h>

Con una libreria possiamo controllare componenti complessi senza dover riscrivere da zero tutto il protocollo di comunicazione.

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🔌 Funzioni di INPUT e OUTPUT

pinMode()

Configura il funzionamento di un pin.

pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(2, INPUT);

digitalWrite()

Imposta un’uscita digitale.

digitalWrite(8, HIGH);
digitalWrite(8, LOW);

digitalRead()

Legge lo stato di un ingresso digitale.

int stato = digitalRead(2);

analogRead()

Legge un ingresso analogico.

Su Arduino UNO R3 con ATmega328P il convertitore ADC è a 10 bit e produce normalmente valori da:

0 a 1023

int valore = analogRead(A0);

analogWrite()

Sulle classiche schede AVR come Arduino UNO, analogWrite() viene normalmente utilizzato per generare PWM.

analogWrite(9, 128);

Un valore di 128 corrisponde indicativamente a un duty cycle del 50%.

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💬 Comunicazione seriale

La comunicazione seriale permette lo scambio di dati tra Arduino e il computer.

Serial.begin()

Serial.begin(9600);

Imposta la velocità della comunicazione.

Serial.print()

Serial.print("Temperatura: ");
Serial.print(temperatura);

Serial.println()

Funziona come Serial.print(), ma termina la riga.

Serial.println("Arduino avviato");

Serial.available()

Verifica se sono disponibili dati ricevuti.

if (Serial.available() > 0) {

    char dato = Serial.read();

}

Serial.read()

Legge un byte ricevuto.

char comando = Serial.read();

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⏱️ Funzioni di tempo

delay()

Ferma l’esecuzione dello sketch per il numero indicato di millisecondi.

delay(1000);

equivale a una pausa di un secondo.

delayMicroseconds()

delayMicroseconds(10);

Introduce una pausa espressa in microsecondi.

millis()

Restituisce il numero di millisecondi trascorsi dall’avvio dello sketch.

unsigned long adesso = millis();

Esempio senza delay()

const int ledPin = LED_BUILTIN;

unsigned long precedente = 0;
const unsigned long intervallo = 1000;

bool statoLed = false;

void setup() {

    pinMode(ledPin, OUTPUT);

}

void loop() {

    unsigned long adesso = millis();

    if (adesso - precedente >= intervallo) {

        precedente = adesso;

        statoLed = !statoLed;

        digitalWrite(ledPin, statoLed);

    }
}

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📐 Funzioni matematiche

Arduino mette a disposizione diverse funzioni utili.

min()

int minimo = min(a, b);

max()

int massimo = max(a, b);

abs()

int valore = abs(numero);

constrain()

Limita un valore entro un intervallo.

valore = constrain(valore, 0, 255);

map()

Converte un valore da un intervallo a un altro.

int pwm = map(sensore, 0, 1023, 0, 255);

È molto utile per trasformare una lettura analogica in un valore PWM.

pow() e sqrt()

float quadrato = pow(numero, 2);
float radice = sqrt(numero);

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🎲 Numeri casuali

random()

Genera valori pseudo-casuali.

long numero = random(0, 10);

Il risultato può andare da 0 a 9.

randomSeed()

Permette di inizializzare il generatore pseudo-casuale.

randomSeed(analogRead(A0));

Questa tecnica viene spesso utilizzata con un ingresso analogico lasciato non collegato, anche se non rappresenta una sorgente casuale crittograficamente sicura.

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🧠 Alcune buone pratiche

• usa nomi di variabili comprensibili;
• indenta correttamente il codice;
• commenta i passaggi non evidenti;
• evita numeri “magici” ripetuti nel codice;
• dividi programmi lunghi in funzioni;
• controlla sempre i valori restituiti dai sensori;
• usa millis() quando non vuoi bloccare lo sketch;
• mantieni separata la logica di lettura, decisione e azione.

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📋 Riepilogo: i concetti fondamentali

🛠️ Ambiente di sviluppo

Arduino IDE permette di scrivere, compilare e caricare gli sketch sulla scheda.

🏗️ Struttura

Le due funzioni fondamentali sono:

• setup() → eseguita una volta;
• loop() → ripetuta continuamente.

📦 Variabili

Conservano i dati utilizzati dal programma.

Tra i tipi più comuni troviamo:

• bool;
• byte;
• int;
• long;
• float;
• char.

🔀 Controllo del programma

• if / else
• for
• while
• do...while
• switch / case
• break
• continue

⚡ Input e output

• pinMode()
• digitalWrite()
• digitalRead()
• analogRead()
• analogWrite()

💬 Comunicazione seriale

• Serial.begin()
• Serial.print()
• Serial.println()
• Serial.available()
• Serial.read()

⏱️ Tempo

• delay()
• delayMicroseconds()
• millis()

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🚀 Cosa studiare dopo

Dopo aver compreso questi concetti puoi passare a progetti sempre più avanzati:

• sensori analogici e digitali;
• display LCD e OLED;
• servo e motori DC;
• interrupt;
• I2C, SPI e UART;
• Bluetooth;
• WiFi e IoT;
• ESP32.

La programmazione diventa davvero naturale quando la teoria viene applicata continuamente a circuiti e progetti reali.