《鴻蒙機器人編程》課件-2 嵌入式軟硬件開發(fā)

嵌入式軟硬件開發(fā)課程內(nèi)容課程目的：理解嵌入式軟硬件開發(fā)的基本概念和原理掌握Arduino開發(fā)板的特點、功能和應(yīng)用學(xué)習(xí)搭建Arduino開發(fā)環(huán)境并進行基礎(chǔ)實驗?NXROBO20232課程目錄：嵌入式軟硬件開發(fā)介紹Arduino開發(fā)板介紹Arduino開發(fā)環(huán)境搭建

Arduino開發(fā)程序架構(gòu)Arduino基礎(chǔ)實驗嵌入式軟硬件開發(fā)介紹ROS智能機器人的系統(tǒng)分成兩個相對獨立的部分(ROS決策運算層與底層驅(qū)動硬件層)，他們之間采用串口通信的方式進行雙向數(shù)據(jù)連接?NXROBO20233嵌入式軟硬件開發(fā)介紹Arduino（或者STM32）作為底層驅(qū)動控制部分主要完成直流電機的速度閉環(huán)控制，ROS層作為上位機獲取攝像頭、雷達等傳感器節(jié)點以及跑建圖和導(dǎo)航算法，如果再加上平常PC的調(diào)試。整個的軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)該是下圖的樣子。?NXROBO20234Arduino開發(fā)板介紹?NXROBO20235ArduinoUNOArduinoMEGA2560ArduinoDUEArduino開發(fā)環(huán)境搭建ArduinoIDE是一款專門為Arduino平臺設(shè)計的集成開發(fā)環(huán)境。它提供了簡單易用的編程界面，讓用戶可以輕松地編寫、上傳和調(diào)試Arduino代碼。ArduinoIDE基于Java開發(fā)，支持跨平臺使用，可以在Windows、MacOS和Linux等操作系統(tǒng)上運行。ArduinoIDE的安裝推薦使用官網(wǎng)版本，前往以下網(wǎng)址進行下載：https://www.arduino.cc/en/software?NXROBO20236Arduino開發(fā)環(huán)境搭建?NXROBO20237Arduino開發(fā)環(huán)境搭建?NXROBO20238根據(jù)使用的系統(tǒng)下載對應(yīng)的版本，下載完成后進行安裝即可。打開ArduinoIDE，可以看到如下界面：確定項目文件夾路徑與編輯器語言?NXROBO20239在上邊欄中點擊“Flie”-“Preference”確定項目文件夾路徑與編輯器語言?NXROBO202310在彈出來的界面中，其中Sketchbooklocation為項目文件夾路徑，根據(jù)實際放置情況選擇路徑，在Language選項中可將語言切換為中文確定開發(fā)板與端口?NXROBO202311以本次實驗所用的ArduinoMEGA2560開發(fā)板為例，使用數(shù)據(jù)線連接電腦與Arduino，在上邊欄中點擊“工具”-“開發(fā)板”，選擇所使用的開發(fā)板型號（此處實驗選擇ArduinoMEGA2560）確定開發(fā)板與端口?NXROBO202312同時端口號選擇連接使用的端口，會有提示連接的信息確定開發(fā)板與端口?NXROBO202313選擇后，會顯示連接的開發(fā)板信息，也可以在"工具"-"獲得開發(fā)板信息"驗證對應(yīng)的信息。Arduino開發(fā)程序架構(gòu)Arduino程序的最基本結(jié)構(gòu)必要代碼如下：?NXROBO202314可以把這程序看作是兩個部分，初始化voidsetup()、循環(huán)體voidloop()。在Arduino運行時，會先運行一次初始化部分的代碼，然后重復(fù)地運行循環(huán)體部分的代碼。數(shù)字I/O操作函數(shù)數(shù)字I/O意為數(shù)字電平輸入/輸出、一般帶序號的引腳可作為數(shù)字I/O引腳使用。?NXROBO202315引腳模式設(shè)置pinMode()引腳電平設(shè)置digitalWrite()?NXROBO202316引腳電平讀取digitalRead()?NXROBO202317模擬I/O操作函數(shù)模擬I/O意為模擬電壓信號輸入/輸出，Arduino可以通過DAC功能（Zero、Due、MKR系列開發(fā)板）或者使用PWM功能實現(xiàn)等效電壓輸出。Arduino開發(fā)板上模擬I/O引腳有：引腳序號、A開頭的為模擬信號輸入引腳、標(biāo)有“~”符號的引腳為支持PWM輸出引腳。?NXROBO202318模擬信號輸出analogWrite()模擬信號讀取analogRead()?NXROBO202319模擬信號基準(zhǔn)電壓analogReference()?NXROBO202320模擬信號讀取分辨率設(shè)置analogReadResolution()?NXROBO202321模擬信號輸出分辨率設(shè)置analogWriteResolution()?NXROBO202322時間函數(shù)?NXROBO202323Arduino通過時間函數(shù)可實現(xiàn)延時、暫停等操作，與時間有關(guān)的函數(shù)有以下4個。暫停程序（毫秒）delay()暫停程序（微秒）delayMicroseconds()?NXROBO202324運行計時（毫秒）millis()?NXROBO202325運行計時（微秒）micros()?NXROBO202326LED的控制-LED發(fā)光原理LED（light-emittingdiode）的發(fā)光原理基于半導(dǎo)體材料的特性。LED是一種PN結(jié)二極管，下圖中P側(cè)電極板與正極線（金絲）相連成正極，N側(cè)電極板為負(fù)極。當(dāng)電流通過LED時，電子從N區(qū)域（負(fù)極）躍遷到P區(qū)域（正極），在躍遷的過程中，電子會釋放能量以光的形式，產(chǎn)生光子。這個過程稱為輻射復(fù)合。?NXROBO202327使用數(shù)字輸出引腳控制單個LED對于一般的常規(guī)LED，使用以下連接方式：-將LED的陽極（一般為長腳）連接到Arduino的數(shù)字輸出引腳，如D2、D3、D4等。-將LED的陰極（一般為短腳）連接到Arduino的地（GND）引腳，或者通過一個適當(dāng)?shù)碾娮柽B接到地引腳。編寫arduino程序：?NXROBO202328使用數(shù)字輸出引腳和電位器控制LED的亮度連接方式：-將LED的陽極（一般為長腳）連接到Arduino的數(shù)字輸出引腳，如D3。-將LED的陰極（一般為短腳）連接到Arduino的地（GND）引腳。-連接一個電位器（可變電阻）的兩個端口，其中一個連接到Arduino的3.3V或5V引腳，另一個連接到LED的陽極。編寫arduino程序：?NXROBO202329舵機的控制-9g舵機介紹本次實驗采用9g舵機，9g舵機是一種迷你型的舵機，得名于其重量約為9克，也稱為微型舵機。它是一種小型、輕便且經(jīng)濟實惠的舵機，常用于機器人、無人機、模型、航模以及各種DIY電子項目中。?NXROBO2023309g舵機廣泛應(yīng)用于各種電子、機械和機器人項目中，例如：-模型航空器和車輛：用于控制飛機、車輛和船舶的舵、翼面、襟翼等。-機器人：用于機器人的關(guān)節(jié)和運動控制。-攝像云臺：用于相機或傳感器云臺的穩(wěn)定控制。-無人機：用于小型無人機的姿態(tài)穩(wěn)定和控制。舵機的控制-9g舵機介紹采用9g舵機來驅(qū)動9g舵機是一個常見的Arduino項目，可以通過Arduino板上的數(shù)字引腳輸出PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號來控制舵機的角度。以下是常見型號的9g舵機的技術(shù)參數(shù)表格：?NXROBO202331連接9g舵機將9g舵機連接到Arduino板。9g舵機通常有三個引腳：信號（Signal）、電源（VCC）和地（GND）。連接方式如下：-將舵機的信號線連接到Arduino的一個數(shù)字輸出引腳（例如D9）。-將舵機的電源線連接到Arduino的電源引腳（例如5V）。-將舵機的地線連接到Ar