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Initiation à la programmation (Arduino/Python)

Variables, boucles, conditions, entrées/sorties numériques et analogiques

🏭 Application industrielle : La programmation est au cœur des systèmes embarqués : elle permet de commander des robots, des drones, des objets connectés et des automates industriels. L'Arduino est la plateforme de référence pour l'apprentissage.

La programmation permet de donner des instructions à un microcontrôleur pour qu'il exécute des tâches automatiquement. L'Arduino Uno (microcontrôleur ATmega328P) est la carte la plus utilisée en enseignement de SI.

Un programme Arduino comporte toujours deux fonctions obligatoires :
— void setup() : exécutée une seule fois au démarrage (configuration des broches) ;
— void loop() : exécutée en boucle infinie (logique principale).

Les briques fondamentales de la programmation sont :
— les variables (stockent des données : int, float, bool) ;
— les conditions (if/else : exécutent un bloc selon un test) ;
— les boucles (for, while : répètent un bloc).

Fonctions d'entrée/sortie essentielles :
— digitalRead(pin) : lit un état binaire ( $0$ ou $1$ ) ;
— digitalWrite(pin, HIGH/LOW) : écrit un état binaire ;
— analogRead(pin) : lit une tension analogique (retourne $0$ à $1023$ ).

📖 Vocabulaire clé

Variable : Espace mémoire nommé qui stocke une valeur modifiable. Types courants : int (entier), float (décimal), bool (vrai/faux). Exemple : int compteur = 0;

Condition (if/else) : Exécute un bloc si la condition est vraie, un autre sinon. Exemple : if (analogRead(A0) > 500) { digitalWrite(13, HIGH); } else { digitalWrite(13, LOW); }

Boucle for : Répète un bloc un nombre connu de fois. Syntaxe : for (init; condition; incrément) { ... }. Exemple : for (int i = 0; i < 10; i++) exécute le bloc

10

fois.

Boucle while : Répète un bloc tant qu'une condition est vraie. Le nombre de répétitions n'est pas connu à l'avance. Exemple : while (digitalRead(2) == LOW) { /* attendre */ }

📋 Analyser un programme en 3 étapes

1 Identifier les variables et leurs valeurs initiales : Repérer chaque déclaration et noter la valeur de départ. Suivre chaque modification au fil du programme.
Exemple : int x = 5; → $x$ commence à $5$ . Si on écrit x = x + 3;, alors $x$ passe à $8$ .
2 Dérouler les boucles itération par itération : Pour for (i = 0; i < n; i++), le bloc s'exécute $n$ fois. Noter la valeur de chaque variable à chaque itération.
Exemple : int s = 0; for (int i = 1; i <= 3; i++) { s = s + i; }
Itération 1 : $s = 0 + 1 = 1$ . Itération 2 : $s = 1 + 2 = 3$ . Itération 3 : $s = 3 + 3 = 6$ .
3 Évaluer les conditions avec les valeurs courantes : Pour chaque if, tester la condition avec les valeurs du moment. Si vraie → bloc if ; sinon → bloc else.
Exemple : Si $s = 6$ et la condition est if (s > 5), la condition est vraie → on exécute le bloc if.

✅ Exemple résolu

Énoncé : On considère le programme Arduino suivant. Quelle est la valeur finale de s ? int s = 0; for (int i = 1; i <= 4; i++) { s = s + i * i; }

Démarche :

Initialisation : $s = 0$ .
Itération $i = 1$ : $s = 0 + 1^2 = 0 + 1 = 1$ .
Itération $i = 2$ : $s = 1 + 2^2 = 1 + 4 = 5$ .
Itération $i = 3$ : $s = 5 + 3^2 = 5 + 9 = 14$ .
Itération $i = 4$ : $s = 14 + 4^2 = 14 + 16 = 30$ .
La boucle s'arrête car $i = 5 > 4$ . Valeur finale : $s = 30 = 1^2 + 2^2 + 3^2 + 4^2$ .

Réponse : La valeur finale de

s

est

30

. C'est la somme des carrés :

1^2 + 2^2 + 3^2 + 4^2 = 30

📏 Relations fondamentales

Boucle for (i = a; i < b; i++) → nombre d'itérations

= b - a

Boucle for (i = a; i <= b; i++) → nombre d'itérations

= b - a + 1

Somme des entiers de

1

n

S = \dfrac{n(n+1)}{2}

Après

k

itérations d'un incrément constant

+c

: valeur

= \text{init} + k \times c

analogRead() retourne un entier entre

0

1023

(CAN

10

bits)

🎨 Illustration

Algorigramme

Une boucle for pas à pas : calculer s = 1² + 2² + 3² + 4²

Le même programme que dans l'exemple du cours (int s = 0; for (int i = 1; i <= 4; i++) { s = s + i * i; }), sous forme d'organigramme normalisé : rectangles pour les traitements, losange pour le test de la boucle, terminaux arrondis pour le début et la fin.

1 Initialisation : s ← 0 puis i ← 1, avant d'entrer dans la boucle.
2 Tant que i ≤ 4 (branche « Oui ») : on exécute s ← s + i × i puis i ← i + 1, et on revient tester la condition.
3 Dès que i ≤ 4 devient faux, c'est-à-dire à i = 5 (branche « Non ») : on sort de la boucle et on affiche s.

Ce qu'il faut lire : Suis la boucle « Oui » qui revient sur le losange tant que i ≤ 4 ; dès qu'elle devient fausse, la branche « Non » mène à l'affichage du résultat.

Algorigramme de l'exemple du cours : int s = 0; for (int i = 1; i <= 4; i++) { s = s + i * i; }, ce qui donne

s = 1^2 + 2^2 + 3^2 + 4^2 = 30

❌ Une erreur, une suggestion

❌ L'erreur fréquente

Attention à la borne de la boucle !

✅ La suggestion

for (i = 0; i < 5; ...) fait $5$ itérations ( $i = 0, 1, 2, 3, 4$ ), tandis que for (i = 0; i <= 5; ...) en fait $6$ ( $i = 0, 1, 2, 3, 4, 5$ ). La différence entre < et <= change le résultat — c'est une source d'erreur très fréquente en programmation !

💡 À retenir

Un programme Arduino est structuré en setup() (initialisation) et loop() (boucle infinie).
for (i = 0; i < n; i++) s'exécute exactement $n$ fois. Attention : < n et <= n ne donnent pas le même résultat !
Pour trouver la valeur finale d'une variable, dérouler le programme itération par itération.
digitalRead/Write = binaire ( $0$ / $1$ ). analogRead = valeur $0$ – $1023$ .

🏭 Application industrielle

Où retrouve-t-on ce principe en ingénierie ?
La programmation est au cœur des systèmes embarqués : elle permet de commander des robots, des drones, des objets connectés et des automates industriels. L'Arduino est la plateforme de référence pour l'apprentissage.

Mots-clés associés : VariableBoucleConditionFonctionArduino

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