智能小車C語(yǔ)言程序控制 課件 第1、2章 初始智能小車、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹

智能小車C語(yǔ)言程序控制第一章：初識(shí)智能小車1.1PARTONE智能小車簡(jiǎn)介隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，如生產(chǎn)制造、物流倉(cāng)儲(chǔ)、軌道交通、工程機(jī)械、醫(yī)療手術(shù)等。

智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為基礎(chǔ)，涵蓋智能控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科知識(shí)的科技產(chǎn)品。它一般由信息采集、循跡識(shí)別及避障等模塊組成。從生產(chǎn)制造業(yè)的無(wú)人搬運(yùn)車，到特種行業(yè)的災(zāi)難救援、拆彈機(jī)器人，再到軍事領(lǐng)域的防御和偵察機(jī)器人，以及航天領(lǐng)域的星球表面探測(cè)器，處處可見(jiàn)智能小車的身影。尤其是在危險(xiǎn)和未知的環(huán)境下，智能小車的優(yōu)勢(shì)更為明顯?；贏rduino平臺(tái)的智能小車如圖所示。1.1智能小車簡(jiǎn)介1.2PARTTWO智能小車的基本結(jié)構(gòu)前言行業(yè)PPT模板/hangye/智能小車能夠按照預(yù)先設(shè)定的模式自動(dòng)運(yùn)行，不需要人為管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域。智能小車能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)循跡、尋光、避障功能，可實(shí)現(xiàn)控制行駛速度、準(zhǔn)確定位停車、遠(yuǎn)程傳輸圖像等功能。一般來(lái)說(shuō)，智能小車可以分為傳感器部分、控制器部分、執(zhí)行器部分和其他部分。1.2.1傳感器部分1．金屬傳感器通常選用電感式金屬接近開(kāi)關(guān)傳感器，用于檢測(cè)金屬物質(zhì)的存在。當(dāng)靠近金屬物質(zhì)時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)；當(dāng)遠(yuǎn)離金屬物質(zhì)時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉。在智能小車行進(jìn)的過(guò)程中，可在賽道的固定位置放置鐵片，利用智能小車的金屬傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)賽道特定位置的檢測(cè)。金屬傳感器實(shí)物圖如圖所示。1.2.1傳感器部分2．霍爾傳感器霍爾傳感器是一種磁敏傳感器，利用霍爾效應(yīng)來(lái)檢測(cè)磁感應(yīng)信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后傳輸給控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小車行駛速度的監(jiān)測(cè)。具體操作方法是在智能小車電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部位安裝一個(gè)導(dǎo)磁性能好的磁鋼，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈，磁鋼便接觸一次霍爾傳感器，即發(fā)送一個(gè)磁感應(yīng)信號(hào)，霍爾傳感器電路以此進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，通過(guò)一定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后得到小車的行駛速度或行駛里程?；魻杺鞲衅鲗?shí)物圖如圖所示。1.2.1傳感器部分3．紅外傳感器紅外傳感器是紅外發(fā)射和紅外接收一體式傳感器，根據(jù)不同顏色對(duì)紅外線反射程度不同（黑色反射紅外線較少，白色反射紅外線較多），傳輸不同的信號(hào)給控制器，從而控制智能小車電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)循跡功能。具體操作方法是將兩個(gè)紅外傳感器安裝在貼近地面的智能小車底盤(pán)前側(cè)，若賽道鋪設(shè)的是白底黑線，則正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射的紅外線被黑線吸收，導(dǎo)致接收管無(wú)法接收到紅外線，傳感器傳輸?shù)碗娖浇o控制器；偏離軌道時(shí)，發(fā)射管發(fā)射的紅外線被白色地面反射，接收管正常接收紅外線，傳感器傳輸高電平給控制器，以此來(lái)控制智能小車正常循跡行駛。紅外傳感器實(shí)物圖如圖所示。1.2.1傳感器部分4．超聲波避障傳感器這種傳感器利用超聲波測(cè)距的非接觸式測(cè)量方法，根據(jù)超聲波在物體表面會(huì)顯著反射成回波的特性，來(lái)測(cè)量智能小車與障礙物之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)智能小車的避障功能。超聲波避障傳感器實(shí)物圖如圖所示。1.2.1傳感器部分5．火焰?zhèn)鞲衅鞲鶕?jù)紅外線對(duì)火焰的敏感性，利用特殊手段制成的紅外線接收管可作為智能小車的火焰?zhèn)鞲衅鳌；鹧鎮(zhèn)鞲衅骰诓煌幕鹧媪炼认蚩刂破鱾鬏敻?低電平信號(hào)，控制器據(jù)此判斷是否發(fā)現(xiàn)火源，再根據(jù)具體情況進(jìn)行滅火操作?；鹧?zhèn)鞲衅飨喈?dāng)于智能小車的眼睛，可發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況并進(jìn)行處理?；鹧?zhèn)鞲衅鲗?shí)物圖如圖所示。1.2.2

控制器部分本項(xiàng)目中控制器選用了Arduino單片機(jī)平臺(tái)，其開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，便捷靈活，操作簡(jiǎn)便，能跨平臺(tái)使用，軟硬件開(kāi)源可擴(kuò)展，非常適合初學(xué)者和業(yè)余愛(ài)好者們使用。智能小車通過(guò)各類傳感器來(lái)采集相關(guān)信息，將信息傳送到控制器Arduino單片機(jī)處理相關(guān)數(shù)據(jù)，然后發(fā)送相關(guān)指令控制執(zhí)行器進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。接下來(lái)我們來(lái)介紹一下Arduino的相關(guān)內(nèi)容：1.2.2

控制器部分（1）認(rèn)識(shí)ArduinoArduino意為“強(qiáng)壯的朋友”，是一種便捷靈活、易于上手的開(kāi)放源碼的電子原型平臺(tái)，最初是專為沒(méi)有編程基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)師、工藝美術(shù)人員、業(yè)余愛(ài)好者和對(duì)開(kāi)發(fā)互動(dòng)裝置或互動(dòng)式開(kāi)發(fā)環(huán)境感興趣的人而設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)者的初衷是完成一個(gè)廉價(jià)好用的微控制器開(kāi)發(fā)板，普通人也能利用Arduino開(kāi)發(fā)板做出實(shí)用有趣的東西。隨著Arduino的廣泛應(yīng)用，世界上的各大生產(chǎn)商也在生產(chǎn)和銷售與Arduino兼容的電路板和擴(kuò)展板。所以，Arduino是一個(gè)完全開(kāi)源的兼有軟件和硬件兩方面的電子開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有互助和奉獻(xiàn)的開(kāi)源精神以及團(tuán)隊(duì)力量。1.2.2

控制器部分（2）Arduino特點(diǎn)1）開(kāi)放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開(kāi)發(fā)接口可免費(fèi)下載，也可依需求自己修改。2）可以采用USB接口供電，也可以外部供電，雙向選擇。3）Arduino支持ISP在線燒寫(xiě)，可以將新的“Bootloader”固件燒入ATmega168或ATmega328芯片。有了Bootloader之后，可以通過(guò)USB更新程序。4）可依據(jù)官方提供的Eagel格式PCB和SCH電路圖，簡(jiǎn)化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制板。也可簡(jiǎn)單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接（紅外線、超音波、熱敏電阻、光敏電阻、伺服舵機(jī)等）。5）支持多種互動(dòng)程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、C、Processing…….等。6）應(yīng)用方面，利用Arduino可突破以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)，CCD等輸入裝置的互動(dòng)內(nèi)容，可以更簡(jiǎn)單地達(dá)成單人或多人游戲互動(dòng)。1.2.2

控制器部分（3）Arduino的開(kāi)發(fā)過(guò)程Arduino是一個(gè)基于微控制器的開(kāi)發(fā)板，通過(guò)與計(jì)算機(jī)相連來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能。Arduino的開(kāi)發(fā)過(guò)程是：根據(jù)功能設(shè)置設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行連接；根據(jù)用戶需求完成程序設(shè)計(jì)；將編譯好的程序下載到硬件開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行功能驗(yàn)證；不斷調(diào)試以達(dá)到預(yù)期效果。1.2.2

控制器部分（4）Arduino的硬件組成Arduino有各種各樣的開(kāi)發(fā)板，最為常用的就是ArduinoUNO。ArduinoUNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口（如圖所示的數(shù)字口0~13，其中6路可作為脈沖寬度調(diào)制PWM輸出），6路模擬輸入（如圖所示的模擬口0~5），ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板的詳細(xì)功能介紹如圖所示。1.2.2

控制器部分（4）Arduino的硬件組成除了最重要的I/O口外，ArduinoUNO還有一個(gè)16MHz的晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSPheader和一個(gè)復(fù)位按鈕。UNO可以通過(guò)兩種方式供電方式，一種通過(guò)USB供電，另一種是通過(guò)外接6~12V的DC電源。除此之外，還有4個(gè)LED燈和復(fù)位按鍵。其中，ON是電源指示燈，通電就會(huì)亮了，L是接在數(shù)字口13上的一個(gè)LED燈，而TX、RX是串口通訊指示燈，比如在下載程序的過(guò)程中，這兩個(gè)燈就會(huì)不停閃爍。處

理

器工作電壓輸入電壓數(shù)字輸入/輸出接口模擬輸入接口串口ATmega3285V6～20V14個(gè)6個(gè)1個(gè)I/O引腳直流電流3.3V引腳直流電流程序存儲(chǔ)器SRAMEEPROM工作時(shí)鐘40mA50mA32KB2KB1KB16MHz表2-1-1ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板的基本構(gòu)成1.2.3

執(zhí)行器部分1.驅(qū)動(dòng)模塊采用H橋電路驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，作為智能小車的動(dòng)力源，通過(guò)控制器發(fā)出的控制指令來(lái)指揮電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電機(jī)實(shí)物圖如圖所示。2.舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊通過(guò)設(shè)置一定占空比的方波來(lái)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，舵機(jī)具有力矩大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被用在智能小車轉(zhuǎn)向裝置中。舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊實(shí)物圖如圖所示。1.2.4

其他部分1.三輪運(yùn)動(dòng)模塊該模塊由兩個(gè)橡膠輪胎和一個(gè)萬(wàn)向輪組成。三輪運(yùn)動(dòng)模塊如圖1所示，橡膠輪胎實(shí)物圖如圖2所示，萬(wàn)向輪實(shí)物圖如圖3所示。圖1三輪運(yùn)動(dòng)模塊圖2橡膠輪胎圖3萬(wàn)向輪1.2.4

其他部分2.藍(lán)牙模塊在智能小車上安裝藍(lán)牙模塊，通過(guò)藍(lán)牙模塊與智能手機(jī)相連，進(jìn)行信息傳輸與處理控制。藍(lán)牙模塊實(shí)物圖如圖所示。3.電源模塊設(shè)置獨(dú)立的電源模塊為智能小車供電。4.小車底盤(pán)在小車底盤(pán)上為上述硬件預(yù)留合適的安裝位置，將以上硬件有序地安裝在小車底盤(pán)上。小車底盤(pán)實(shí)物圖如圖所示。1.3PARTTHREE智能小車的工作原理1.3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速原理電機(jī)

電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備，主要用作機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源，在電路中用“M”來(lái)表示。電機(jī)實(shí)物圖如圖所示。2.舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊

如圖所示，一個(gè)典型的H橋電路由四個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)組成。要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要使電路中對(duì)角線上的兩個(gè)三極管導(dǎo)通，根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可以從左至右或者從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q3從右至左流過(guò)電機(jī)，再經(jīng)Q2到達(dá)電源負(fù)極，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。1.3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速原理3.PWM調(diào)速原理脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是指通過(guò)控制輸出的脈沖寬度來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制。PWM有頻率、占空比、周期三個(gè)參數(shù)。（1）頻率是指每秒鐘信號(hào)在高、低電平之間切換的次數(shù)。（2）周期是指一個(gè)完整的PWM信號(hào)持續(xù)的時(shí)間。（3）占空比是指在PWM的輸出信號(hào)中，高電平所占有的時(shí)間與該信號(hào)周期的比值。在PWM方法中，電源以一定頻率的方波脈沖向電機(jī)提供電能，通過(guò)給方波脈沖設(shè)置不同的占空比來(lái)改變電機(jī)兩端的電壓大小，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速的智能控制，由PWM控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.3.2循跡原理餐廳服務(wù)機(jī)器人、倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)機(jī)器人等是沿著預(yù)設(shè)的線路行進(jìn)的，即能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)循跡。餐廳服務(wù)機(jī)器人如圖1所示，倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)機(jī)器人如圖2所示。圖1餐廳服務(wù)機(jī)器人圖2倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)機(jī)器人1.3.2循跡原理智能小車也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡。例如，可以利用白色KT板作為底板鋪設(shè)賽道，在板上貼上黑線來(lái)標(biāo)示智能小車的行進(jìn)路線，使智能小車沿著黑線完成直行、轉(zhuǎn)彎、交叉行進(jìn)等動(dòng)作。要使智能小車能夠自動(dòng)沿著黑線走，那么首先要知道黑線的具體位置，這就需要用到傳感器，此時(shí)的傳感器相當(dāng)于智能小車的“眼睛”，用來(lái)識(shí)別黑線。在智能小車行駛過(guò)程中，為了讓智能小車沿著預(yù)設(shè)的路線行走，需要不斷調(diào)整智能小車的行進(jìn)方向?？梢岳貌煌伾珜?duì)紅外線的反射能力不同，傳輸不同的信號(hào)給控制器，從而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，改變小車的行進(jìn)方向。1.3.2循跡原理紅外傳感器是發(fā)射管與接收管一體式傳感器。在智能小車前方底盤(pán)貼近地面的兩側(cè)安裝兩個(gè)紅外傳感器。智能小車沿著黑線正常行駛時(shí)，兩個(gè)紅外傳感器檢測(cè)到白色地面，發(fā)射管發(fā)出的紅外線經(jīng)白色地面反射后被接收管接收，傳感器電路產(chǎn)生高電平傳輸給控制器；當(dāng)智能小車偏離軌道時(shí)，紅外線被黑線吸收，接收管接收不到紅外線，傳感器電路產(chǎn)生低電平并反饋給控制器。這樣，控制器就能根據(jù)收到的信號(hào)，控制智能小車沿著正確的路線行駛。紅外傳感器模塊實(shí)物圖如圖所示。1.3.3避障原理1.超聲避障超聲波是一種振動(dòng)頻率高于20000Hz的聲波，其方向性好、穿透能力強(qiáng)，且頻率高、波長(zhǎng)短，能夠定向傳播，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而經(jīng)常被用于測(cè)量距離?；诔暡ㄌ匦匝兄频膫鞲衅鞣Q為超聲波傳感器，它在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面得到了廣泛應(yīng)用，如圖所示。在智能小車行駛過(guò)程中，可以通過(guò)超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)智能小車前方是否有障礙物，以及智能小車與障礙物之間的距離，根據(jù)檢測(cè)情況向控制器發(fā)送相應(yīng)的電信號(hào)，從而達(dá)到控制智能小車避障的目的。1.3.3避障原理2.紅外避障紅外避障也采用紅外傳感器，它由一個(gè)發(fā)射管（白色）和一個(gè)接收管（黑色）組成，其工作過(guò)程是發(fā)射管發(fā)射紅外線，根據(jù)接收管接收紅外線的情況（接收到紅外線時(shí)輸出高電平，未接收到紅外線時(shí)輸出低電平），判斷障礙物的情況。本任務(wù)中，在小車前側(cè)兩端各配備一個(gè)紅外傳感器，當(dāng)左側(cè)的紅外傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，指示燈亮，小車向右轉(zhuǎn)；同理，右側(cè)有障礙物時(shí)，小車向左轉(zhuǎn)。該傳感器的探測(cè)距離可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié)，具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)。1.3.3避障原理2.紅外避障智能小車的基本硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。（1）驅(qū)動(dòng)模塊：采用H橋電路、PWM方法驅(qū)動(dòng)雙直流電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、變速等。（2）循跡模塊：通過(guò)紅外傳感器實(shí)現(xiàn)智能小車自動(dòng)循跡行駛。（3）避障模塊：利用超聲波傳感器或紅外傳感器測(cè)量智能小車與障礙物之間的距離，據(jù)此調(diào)節(jié)智能小車的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能小車成功避障。（4）舵機(jī)模塊：通過(guò)調(diào)節(jié)方波脈沖的占空比來(lái)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而控制智能小車的轉(zhuǎn)向。（5）藍(lán)牙模塊：通過(guò)藍(lán)牙模塊將智能小車與手機(jī)進(jìn)行連接，再與控制器相連，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸、處理、存儲(chǔ)等。（6）電源模塊：設(shè)置獨(dú)立的電源模塊為智能小車供電。講解完畢，謝謝觀看！智能小車C語(yǔ)言程序控制第二章：集成開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹2.1PARTONEArduinoIDE在安裝集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）之前，我們需要知道有關(guān)嵌入式技術(shù)的相關(guān)知識(shí)。開(kāi)發(fā)人員在軟件上將程序編寫(xiě)好，編譯生成單片機(jī)要執(zhí)行的程序，就叫做交叉編譯。因此要完成Arduino的執(zhí)行過(guò)程需要Arduino與計(jì)算機(jī)共同參與，此時(shí)Arduino單片機(jī)叫做目標(biāo)單片機(jī)，計(jì)算機(jī)就是宿主計(jì)算機(jī)。Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境能夠在主流的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，包括Windows、Linux、MacOS三個(gè)主流操作系統(tǒng)平臺(tái)。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建1.在Windows上安裝ArduinoIDEArduino軟件編程是在ArduinoIDE上進(jìn)行的，編程所用的語(yǔ)言使用的是一種解釋型語(yǔ)言，基于Arduino的語(yǔ)言編寫(xiě)的程序叫做sketch，編譯完成后便可下載到硬件開(kāi)發(fā)板中。在Arduino的官方網(wǎng)站上可以下載正版的Arduino的軟件、源碼、教程及文檔。ArduinoIDE的官方下載地址為：http://arduino.cc/en/Main/Software。進(jìn)入官方網(wǎng)站后，根據(jù)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的不同，選擇相應(yīng)的ArduinoIDE下載選項(xiàng)，并完成下載安裝過(guò)程，ArduinoIDE下載界面如圖所示。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建1.在Windows上安裝ArduinoIDE完成安裝后，雙擊Arduino應(yīng)用程序即可進(jìn)入IDE-sketch初始界面，如圖所示。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹打開(kāi)ArduinoIDE，包含一個(gè)文本編輯器，用來(lái)進(jìn)行程序的編寫(xiě)與修改，然后利用自動(dòng)上傳器把編寫(xiě)完成的程序發(fā)送到Arduino開(kāi)發(fā)板。ArduinoIDE用戶界面的區(qū)域功能如圖所示，界面大致分為三個(gè)部分：菜單欄，包含文件菜單、編輯菜單、程序菜單、工具菜單和幫助菜單；工具欄，包含編譯、上傳、新建程序(sketch)、打開(kāi)程序(sketch)、保存程序(sketch)和串口監(jiān)視器(SerialMonitor)；編輯區(qū)，程序代碼編寫(xiě)區(qū)域；狀態(tài)區(qū)，顯示程序編譯和上傳等信息。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹ArduinoIDE的開(kāi)發(fā)界面如圖所示，工具欄按鈕功能從左至右依次為驗(yàn)證、上傳、調(diào)試、選擇開(kāi)發(fā)板和串口監(jiān)視器（SerialMonitor）。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹接下來(lái)對(duì)菜單欄進(jìn)行說(shuō)明：（1）文件菜單完成程序的編寫(xiě)后，需要將程序進(jìn)行存儲(chǔ)，此時(shí)應(yīng)用到的就是文件菜單。如圖所示其功能選項(xiàng)主要包括：新建文件（New）；打開(kāi)文件（Open）；保存文件（Save）；文件另存為（Saveas）。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（2）編輯菜單編輯菜單是對(duì)程序文本進(jìn)行編寫(xiě)時(shí)使用的選項(xiàng)，如圖所示。主要有以下幾種選項(xiàng)：撤銷、恢復(fù)、剪切、復(fù)制、粘貼、選擇全部和轉(zhuǎn)到行/列，同時(shí)這些選項(xiàng)的快捷鍵設(shè)置為，撤銷為Ctrl+Z、剪切為Ctrl+X、復(fù)制為Ctrl+C、粘貼為Ctrl+V、全選為Ctrl+A等。此外，編輯菜單還提供了其他選項(xiàng)，如“注釋/取消注釋”，Arduino編輯器中使用“//”代表注釋。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（3）項(xiàng)目菜單項(xiàng)目菜單是對(duì)程序進(jìn)行相應(yīng)的操作，如圖所示，具體有以下幾個(gè)選項(xiàng)：驗(yàn)證/編譯（Verify）；顯示項(xiàng)目文件夾（ShowSketchFolder），用于打開(kāi)當(dāng)前程序所在的文件夾；添加文件（AddFile），將其他程序復(fù)制到當(dāng)前程序中，并在編輯器窗口的新選項(xiàng)卡中打開(kāi)加載庫(kù)（ImportLibrary），導(dǎo)入所引用的Arduino庫(kù)文件。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（4）工具菜單工具（Tools）菜單是對(duì)Arduino開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)置的選項(xiàng)集合，如圖所示。主要包括：自動(dòng)格式化（AutoFormat），用來(lái)整理代碼格式，使程序顯示更規(guī)范合理；項(xiàng)目存檔（ArchiveSketch），將同屬一個(gè)項(xiàng)目的文件整合到一個(gè)文件夾中，以便進(jìn)行存檔或共享；串口監(jiān)視器（SerialMonitor），用于在Arduino與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接時(shí)顯示串口消息的內(nèi)容；端口，需要手動(dòng)選擇操作系統(tǒng)中可用的串口，在連接Arduino硬件板時(shí)，串口號(hào)會(huì)進(jìn)行更新，需要重新選擇相連的串口號(hào)；開(kāi)發(fā)板，選擇與計(jì)算機(jī)連接的開(kāi)發(fā)板的型號(hào)；燒錄引導(dǎo)程序，將編寫(xiě)好的程序燒寫(xiě)到Arduino開(kāi)發(fā)板上，也稱為AVRISP燒寫(xiě)器。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（5）幫助菜單幫助（Help）菜單是ArduinoIDE中提供查找?guī)椭倪x項(xiàng)集合，如圖所示。包括入門(mén)、環(huán)境、故障排除、參考、常見(jiàn)問(wèn)題以及關(guān)于Arduino的一些基本知識(shí)，幫助使用者更好地了解Arduino并解決使用中出現(xiàn)的問(wèn)題。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（1）點(diǎn)擊文件->首選項(xiàng)（或快捷鍵“Ctrl+，”）進(jìn)入軟件設(shè)置界面，可在此界面設(shè)置編輯器語(yǔ)言、編輯器字體大小、顯示行號(hào)、代碼折疊等。通過(guò)設(shè)置編輯器語(yǔ)言可進(jìn)行中英文切換，還有很多其他外文。設(shè)置完畢后點(diǎn)擊確認(rèn)，部分設(shè)置需要重啟軟件生效。如圖所示。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（2）點(diǎn)擊文件->示例可打開(kāi)環(huán)境內(nèi)置示例程序。該環(huán)境自帶非常多的例程，包括基礎(chǔ)、數(shù)字、模擬、通訊、顯示等。如圖所示。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（3）點(diǎn)擊項(xiàng)目，會(huì)發(fā)現(xiàn)工具欄中的圖標(biāo)編譯、上傳也包含在其中。點(diǎn)擊包含庫(kù)，選擇列表中的庫(kù)文件后，編輯區(qū)自動(dòng)添加相關(guān)的頭文件。如圖所示。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（4）點(diǎn)擊工具->開(kāi)發(fā)板，可進(jìn)行不同開(kāi)發(fā)板的選擇，列表包含了大部分Arduino開(kāi)發(fā)板，可通過(guò)開(kāi)發(fā)板管理器添加開(kāi)發(fā)板選項(xiàng)。點(diǎn)擊端口進(jìn)行端口號(hào)選擇。此外工具選項(xiàng)還包含為開(kāi)發(fā)板燒錄引導(dǎo)程序的相關(guān)選項(xiàng)。如圖所示。2.1.1Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建完成ArduinoIDE的安裝后，我們通過(guò)編寫(xiě)和上傳第一個(gè)程序來(lái)學(xué)習(xí)Arduino的完整開(kāi)發(fā)過(guò)程。下面我們來(lái)編寫(xiě)第一個(gè)小程序。程序示例：LED閃光燈打開(kāi)ArduinoIDE，新建一個(gè)空的Sketch，編寫(xiě)第一個(gè)程序控制開(kāi)發(fā)板上的LED燈閃爍，修改參數(shù)調(diào)整閃爍時(shí)間。該示例是ArduinoIDE示例Basics中的Blink程序，打開(kāi)位置如圖所示。2.1.2用ArduinoIDE完成一個(gè)小程序Blink程序詳情如圖所示：2.1.2用ArduinoIDE完成一個(gè)小程序Blink程序解析：2.1.2用ArduinoIDE完成一個(gè)小程序/*Blink打開(kāi)LED一秒，然后關(guān)閉一秒，重復(fù)操作*/intLED_BUILTIN=13;/*聲明變量*/voidsetup()/*setup函數(shù)是當(dāng)按下板子復(fù)位鍵或者電源鍵就發(fā)揮功能*/{pinMode(13,OUTPUT);}/*設(shè)置數(shù)字引腳13為輸出，INPUT和OUTPUT是ArduinoIDE已經(jīng)預(yù)先定義好的變量*//*loop函數(shù)會(huì)一遍又一遍的循環(huán)執(zhí)行下去*/voidloop(){digitalWrite(13,HIGH);/*13引腳輸出高電平，打開(kāi)LED燈*/delay(1000)/*延遲1秒*/digitalWrite(13,LOW);/*13引腳輸出低電平，關(guān)閉LED燈*/delay(1000);/*延遲1秒*/}/*digitalWrite是內(nèi)建函數(shù)，改變數(shù)字引腳輸出狀態(tài)是ON還是OFF,它需要兩個(gè)參數(shù)。Delay是內(nèi)建的延遲函數(shù)。*/這是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)LED燈閃爍的程序，在該程序里intLED_BUILTIN=13是用來(lái)聲明變量和接口，voidsetup()函數(shù)則將LED_BUILTIN引腳的模式設(shè)為輸出模式。

在voidloop()中則循環(huán)執(zhí)行點(diǎn)亮熄滅LED燈，實(shí)現(xiàn)LED燈的閃爍。行業(yè)PPT模板/hangye/

小貼士上述程序大體可分為以下3個(gè)部分。（1）聲明變量及接口。（2）setup()函數(shù)。在Arduino程序運(yùn)行時(shí)首先要調(diào)用setup()函數(shù)，用于初始化變量、設(shè)置引腳的輸入/輸出模式、配置串口、引入類庫(kù)文件等。每次Arduino開(kāi)發(fā)板通電或重啟后，setup()函數(shù)只運(yùn)行一次。（3）loop()函數(shù)。在setup()函數(shù)中初始化和定義變量，然后執(zhí)行l(wèi)oop()函數(shù)。顧名思義，該函數(shù)在程序運(yùn)行過(guò)程中不斷地循環(huán)執(zhí)行?？赏ㄟ^(guò)該函數(shù)動(dòng)態(tài)控制Arduino開(kāi)發(fā)板。2.1.3常用的第三方軟件1.虛擬面包板（VirtualBreadboard，VBB）這是一款為Arduino提供服務(wù)的仿真軟件，通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的模擬和開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中包含Arduino所有的示例電路。VBB還支持PIC系列芯片、Netduino，以及Java、VB、C++等主流編程環(huán)境。VBB軟件如圖所示。2.1.3常用的第三方軟件2.圖形化編程軟件MixlyMixly是由北京師范大學(xué)創(chuàng)客教育實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的圖形化編程軟件，它能夠簡(jiǎn)化ArduinoIDE和Ardublock可視化編程插件的雙窗口界面，可在Windows7和WindowsXP操作系統(tǒng)上運(yùn)行。該軟件易于操作，功能豐富。Mixly軟件界面如圖所示。2.2PARTTWODev-C++2.2.1Dev-C++的下載、安裝與配置登錄Dev-C++的官方網(wǎng)站進(jìn)行軟件下載：/projects/orwelldevcpp/。2.2.1Dev-C++的下載、安裝與配置Dev-C++下載完成后會(huì)得到一個(gè)安裝包（.exe程序），雙擊該文件即可開(kāi)始安裝。1）加載安裝程序（需要十幾秒時(shí)間）。2)開(kāi)始安裝。DevC++支持多國(guó)語(yǔ)言，包括簡(jiǎn)體中文，但是要等到安裝完成以后才能設(shè)置，在安裝過(guò)程中不能使用簡(jiǎn)體中文，所以這里我們選擇English。2.2.1Dev-C++的下載、安裝與配置3）同意DevC++的各項(xiàng)條款。4)選擇要安裝的組件，選擇“Full”全部安裝。2.2.1Dev-C++的下載、安裝與配置5)選擇安裝路徑，可以將DevC++安裝在任意位置，但是路徑中最好不要包含中文。6)等待安裝。7)安裝完成。2.2.1Dev-C++的下載、安裝與配置開(kāi)始配置DevC++。首次使用DevC++還需要簡(jiǎn)單的配置，包括設(shè)置語(yǔ)言、字體、和主題風(fēng)格。1)第一次啟動(dòng)DevC++后，提示選擇語(yǔ)言。2)選擇字體和主題風(fēng)格2.2.1Dev-C++的下載、安裝與配置3)提示設(shè)置成功。點(diǎn)擊“OK”按鈕，進(jìn)入DevC++，就可以編寫(xiě)代碼了。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置Dev-C++工作界面如圖所示：2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置接著我們來(lái)介紹DEV-C++的使用。第一步，啟動(dòng)DEV-C++。第二步，在DEV-C++中建立新的源代碼。點(diǎn)擊“文件–>新建–>源代碼”（或者按快捷鍵Ctrl+N）輸入代碼，命名后保存；新建一個(gè)源代碼程序如圖所示：代碼編輯完成后，將代碼進(jìn)行保存，點(diǎn)擊“文件–>保存”（或者按快捷鍵Ctrl+S）。保存源代碼程序如圖所示。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置在Dev-C++中編輯文件時(shí)，基本操作與其它文本編輯器是完全相同的。不過(guò)，除了基本的文本編輯功能之外，Dev-C++還提供了以下一些用于程序編輯的方便功能：1）點(diǎn)擊“插入片段”按鈕，可以插入一些常用的代碼片段。建議用戶在編輯每個(gè)源文件時(shí)，可以插入“文件頭注釋塊”和“C++main”，以快速開(kāi)始編輯工作。2）編輯區(qū)左邊的行號(hào)區(qū)中顯示了代碼中的塊狀結(jié)構(gòu)，可供用戶看出代碼中的復(fù)合語(yǔ)句層次。3）編輯窗口左邊的“符號(hào)和類”窗格中顯示了當(dāng)前程序中定義的函數(shù)、全局變量、結(jié)構(gòu)體和類等信息，方便用戶掌握整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)。行業(yè)PPT模板/hangye/

小貼士在編輯代碼過(guò)程中，需要注意以下三個(gè)方面：（1）編輯代碼時(shí)要及時(shí)保存，防止斷電丟失；（2）輸入源程序要在英文輸入狀態(tài)下，以防在后續(xù)階段出現(xiàn)問(wèn)題；（3）可在main函數(shù)中的return語(yǔ)句前加入system（“pause”）語(yǔ)句，以便在程序運(yùn)行到該位置時(shí)，能夠?qū)Τ绦蜻\(yùn)行結(jié)果的顯示延時(shí)一段時(shí)間。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置第三步：預(yù)處理、編譯、鏈接程序。在完成代碼的編輯工作后，需要對(duì)程序進(jìn)行預(yù)處理、編譯和鏈接的過(guò)程，來(lái)對(duì)程序中的語(yǔ)法、輸入方式等進(jìn)行檢查，并將編譯結(jié)果顯示出來(lái)。首先要設(shè)置編譯器。點(diǎn)擊Dev-C++工具欄上的“編譯器選項(xiàng)”下拉框，就可以看到多種編譯器的配置方案并從中選擇。Dev-C++默認(rèn)安裝的編譯器是TDM-GCC4.9.2（這是一個(gè)免費(fèi)開(kāi)源的C/C++編譯器）。選擇時(shí)主要是考慮兩個(gè)因素：1、根據(jù)自己所安裝的Windows系統(tǒng)是64位還是32位而選擇含有“64位”或“32位”的配置方案；2、在準(zhǔn)備進(jìn)行調(diào)試時(shí)只能選擇含有“調(diào)試”的方案，只有對(duì)于大型程序才需要改用含有“性能分析”和“發(fā)行”的方案。對(duì)于大部分用戶來(lái)說(shuō)，使用默認(rèn)的“TDM-GCC4.9.264位調(diào)試”方案即可。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置點(diǎn)擊“運(yùn)行–>編譯”，就可以完成對(duì)程序完整的預(yù)處理、編譯以及鏈接過(guò)程如圖所示。通過(guò)編譯、鏈接過(guò)程能夠快速找到程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，提高對(duì)程序的調(diào)試效率。第四步：運(yùn)行程序。在完成程序的編譯、鏈接過(guò)程后，生成相應(yīng)的.exe文件。選擇“運(yùn)行–>運(yùn)行”來(lái)運(yùn)行程序。如圖所示。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置第五步：調(diào)試程序。Dev-C++提供了強(qiáng)大的排錯(cuò)與調(diào)試工具，下面簡(jiǎn)要介紹具體使用方法編譯代碼的過(guò)程是通過(guò)編譯器對(duì)代碼的語(yǔ)法錯(cuò)誤進(jìn)行詳細(xì)的檢查，但無(wú)法檢查出來(lái)源代碼中的邏輯錯(cuò)誤，為了驗(yàn)證代碼是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的效果，需要對(duì)代碼進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試，找出代碼中存在的邏輯錯(cuò)誤或其他問(wèn)題。若要清除程序代碼中的邏輯錯(cuò)誤，就必須學(xué)會(huì)使用開(kāi)發(fā)環(huán)境中的調(diào)試工具，并觀察變量的數(shù)值變化，再加上自己的邏輯思考，才能找出程序中的錯(cuò)誤所在并修改清除之。Dev-C++中沒(méi)有單獨(dú)的“調(diào)試”菜單，只是在“運(yùn)行[R]”菜單下面有幾個(gè)菜單項(xiàng)與調(diào)試有關(guān)：“切換斷點(diǎn)F4”、“調(diào)試F5”、“停止運(yùn)行F6”。讀者需要了解這幾個(gè)菜單和按鈕，然后按下述步驟進(jìn)行操作。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置第五步：調(diào)試程序。1）開(kāi)始調(diào)試（Debug）點(diǎn)擊工具欄上的“調(diào)試”按鈕（快捷鍵F5），或點(diǎn)擊菜單“運(yùn)行–>調(diào)試F5”即可開(kāi)始調(diào)試。如果當(dāng)前選定的編譯器配置方案中不含調(diào)試信息，Dev-C++會(huì)彈出對(duì)話框提示說(shuō)沒(méi)有調(diào)試信息，不能啟動(dòng)調(diào)試。請(qǐng)點(diǎn)擊“確定”按鈕，然后重新選擇帶有“調(diào)試”的編譯器配置方案，再重新進(jìn)行編譯和調(diào)試。程序調(diào)試時(shí)，就開(kāi)始運(yùn)行（通常會(huì)彈出一個(gè)終端窗口）。運(yùn)行到程序中的第一條可執(zhí)行語(yǔ)句就暫停。這時(shí)候最好是手工調(diào)整一下Dev-C++窗口的大小和位置，以便能夠同時(shí)看到Dev-C++窗口和終端窗口（以方便后續(xù)操作）。2）調(diào)試過(guò)程中的操作啟動(dòng)調(diào)試之后，Dev-C++窗口下半部分時(shí)會(huì)自動(dòng)顯示調(diào)試面板如圖所示，可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕或按快捷鍵執(zhí)行調(diào)試操作。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置第五步：調(diào)試程序。3）查看變量的值開(kāi)始調(diào)試后，常常要查看變量的變化情況，因此需要查看變量的值。在默認(rèn)情況下，如果用鼠標(biāo)懸浮在當(dāng)前運(yùn)行的代碼中的變量上方，則會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)小懸浮窗口，顯示出該變量當(dāng)前的值。如果想更快速地看到變量的值，可以在編輯器中選中待查看的變量名，在Dev-C++窗口下方的調(diào)試面板中點(diǎn)擊“添加查看”按鈕，就可以在Dev-C++窗口左邊的“調(diào)試”窗格中看到該變量及其當(dāng)前的值。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置第五步：調(diào)試程序。4）設(shè)置斷點(diǎn)（Breakpoint）如果程序比較長(zhǎng)，那么在調(diào)試過(guò)程中使用“下一步”按鈕和“單步進(jìn)入”按鈕進(jìn)行操作時(shí)比較慢。可以在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，加快調(diào)試操作速度。在事先對(duì)程序的運(yùn)行出錯(cuò)現(xiàn)象進(jìn)行思考之后，可以推斷出程序出錯(cuò)的可能原因在于源代碼中的哪些語(yǔ)句。無(wú)論是在編輯狀態(tài)還是在調(diào)試過(guò)程中，可以把光標(biāo)移動(dòng)到想要暫停執(zhí)行的那一行，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該行左邊的裝訂區(qū)位置中的行號(hào)（或者按F4鍵），該行就會(huì)變成紅色，裝訂區(qū)的行號(hào)處顯示有一個(gè)紅點(diǎn)，表示該行已被設(shè)置為一個(gè)斷點(diǎn)，再次操作則取消該行為斷點(diǎn)。請(qǐng)?jiān)谧约簯岩捎袉?wèn)題的部分前后設(shè)置幾個(gè)斷點(diǎn)，以便進(jìn)行調(diào)試。程序中可以設(shè)置多個(gè)斷點(diǎn)。如果程序中設(shè)置了斷點(diǎn)，那么在啟動(dòng)調(diào)試時(shí)會(huì)直接運(yùn)行到第一個(gè)斷點(diǎn)（而不是第一條可執(zhí)行語(yǔ)句）暫停。這時(shí)仍然可以用“下一步”按鈕和“單步進(jìn)入”按鈕進(jìn)行操作。如果認(rèn)為程序中某一部分無(wú)誤，則點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕就會(huì)以運(yùn)行到下一個(gè)斷點(diǎn)暫停，無(wú)斷點(diǎn)則運(yùn)行到程序末尾。2.2.2Dev-C++的下載、安裝與配置第五步：調(diào)試程序。5）根據(jù)調(diào)試情況排錯(cuò)在調(diào)試過(guò)程中，要靈活運(yùn)用“下一步”按鈕和“單步進(jìn)入”按鈕，并隨時(shí)查看變量的值，還需在頭腦中進(jìn)行分析，從而判斷程序中是否存在邏輯錯(cuò)誤。在調(diào)試中途或最后需要按“停止執(zhí)行”（F6）以結(jié)束調(diào)試。然后根據(jù)調(diào)試過(guò)程中的思考結(jié)果對(duì)程序進(jìn)行修改。通常需要反復(fù)進(jìn)行調(diào)試和修改才能排除程序中的錯(cuò)誤。行業(yè)PPT模板/hangye/

小貼士常用的調(diào)試方法有：設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行程序以及設(shè)置watch窗口等。（1