智能小車C語言程序控制 課件全套 秦磊 第1-9章 初始智能小車 - 數(shù)碼管靜態(tài)顯示

智能小車C語言程序控制

第一章：初識智能小車1.1PARTONE智能小車簡介隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能機器人已被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域，如生產(chǎn)制造、物流倉儲、軌道交通、工程機械、醫(yī)療手術(shù)等。

智能小車，也稱輪式機器人，是一種以汽車電子為基礎(chǔ)，涵蓋智能控制、模式識別、傳感技術(shù)、計算機、機械等多學(xué)科知識的科技產(chǎn)品。它一般由信息采集、循跡識別及避障等模塊組成。從生產(chǎn)制造業(yè)的無人搬運車，到特種行業(yè)的災(zāi)難救援、拆彈機器人，再到軍事領(lǐng)域的防御和偵察機器人，以及航天領(lǐng)域的星球表面探測器，處處可見智能小車的身影。尤其是在危險和未知的環(huán)境下，智能小車的優(yōu)勢更為明顯。基于Arduino平臺的智能小車如圖所示。1.1智能小車簡介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)定的模式自動運行，不需要人為管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探、無人駕駛等領(lǐng)域。智能小車能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動循跡、尋光、避障功能，可實現(xiàn)控制行駛速度、準(zhǔn)確定位停車、遠(yuǎn)程傳輸圖像等功能。一般來說，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關(guān)傳感器，用于檢測金屬物質(zhì)的存在。當(dāng)靠近金屬物質(zhì)時，開關(guān)打開；當(dāng)遠(yuǎn)離金屬物質(zhì)時，開關(guān)關(guān)閉。在智能小車行進(jìn)的過程中，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實現(xiàn)對賽道特定位置的檢測。金屬傳感器實物圖如圖所示。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)來檢測磁感應(yīng)信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后傳輸給控制器，從而實現(xiàn)對智能小車行駛速度的監(jiān)測。具體操作方法是在智能小車電機的旋轉(zhuǎn)部位安裝一個導(dǎo)磁性能好的磁鋼，電機每旋轉(zhuǎn)一圈，磁鋼便接觸一次霍爾傳感器，即發(fā)送一個磁感應(yīng)信號，霍爾傳感器電路以此進(jìn)行計數(shù)操作，通過一定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后得到小車的行駛速度或行駛里程?；魻杺鞲衅鲗嵨飯D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），傳輸不同的信號給控制器，從而控制智能小車電機的旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)循跡功能。具體操作方法是將兩個紅外傳感器安裝在貼近地面的智能小車底盤前側(cè)，若賽道鋪設(shè)的是白底黑線，則正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射的紅外線被黑線吸收，導(dǎo)致接收管無法接收到紅外線，傳感器傳輸?shù)碗娖浇o控制器；偏離軌道時，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，以此來控制智能小車正常循跡行駛。紅外傳感器實物圖如圖所示。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距的非接觸式測量方法，根據(jù)超聲波在物體表面會顯著反射成回波的特性，來測量智能小車與障礙物之間的距離，從而實現(xiàn)智能小車的避障功能。超聲波避障傳感器實物圖如圖所示。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??；鹧鎮(zhèn)鞲衅骰诓煌幕鹧媪炼认蚩刂破鱾鬏敻?低電平信號，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)危險情況并進(jìn)行處理?；鹧?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D如圖所示。1.2.2

控制器部分本項目中控制器選用了Arduino單片機平臺，其開發(fā)簡單，便捷靈活，操作簡便，能跨平臺使用，軟硬件開源可擴展，非常適合初學(xué)者和業(yè)余愛好者們使用。智能小車通過各類傳感器來采集相關(guān)信息，將信息傳送到控制器Arduino單片機處理相關(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)動作。接下來我們來介紹一下Arduino的相關(guān)內(nèi)容：1.2.2

控制器部分（1）認(rèn)識ArduinoArduino意為“強壯的朋友”，是一種便捷靈活、易于上手的開放源碼的電子原型平臺，最初是專為沒有編程基礎(chǔ)的設(shè)計師、工藝美術(shù)人員、業(yè)余愛好者和對開發(fā)互動裝置或互動式開發(fā)環(huán)境感興趣的人而設(shè)計的。設(shè)計者的初衷是完成一個廉價好用的微控制器開發(fā)板，普通人也能利用Arduino開發(fā)板做出實用有趣的東西。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兼容的電路板和擴展板。所以，Arduino是一個完全開源的兼有軟件和硬件兩方面的電子開發(fā)平臺，具有互助和奉獻(xiàn)的開源精神以及團隊力量。1.2.2

控制器部分（2）Arduino特點1）開放源代碼的電路圖設(shè)計，程序開發(fā)接口可免費下載，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，可以將新的“Bootloader”固件燒入ATmega168或ATmega328芯片。有了Bootloader之后，可以通過USB更新程序。4）可依據(jù)官方提供的Eagel格式PCB和SCH電路圖，簡化Arduino模組，完成獨立運作的微處理控制板。也可簡單地與傳感器，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、伺服舵機等）。5）支持多種互動程序，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，CCD等輸入裝置的互動內(nèi)容，可以更簡單地達(dá)成單人或多人游戲互動。1.2.2

控制器部分（3）Arduino的開發(fā)過程Arduino是一個基于微控制器的開發(fā)板，通過與計算機相連來實現(xiàn)各種功能。Arduino的開發(fā)過程是：根據(jù)功能設(shè)置設(shè)計電路并進(jìn)行連接；根據(jù)用戶需求完成程序設(shè)計；將編譯好的程序下載到硬件開發(fā)板上進(jìn)行功能驗證；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有各種各樣的開發(fā)板，最為常用的就是ArduinoUNO。ArduinoUNO的處理器核心是ATmega328，同時具有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16MHz的晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSPheader和一個復(fù)位按鈕。UNO可以通過兩種方式供電方式，一種通過USB供電，另一種是通過外接6~12V的DC電源。除此之外，還有4個LED燈和復(fù)位按鍵。其中，ON是電源指示燈，通電就會亮了，L是接在數(shù)字口13上的一個LED燈，而TX、RX是串口通訊指示燈，比如在下載程序的過程中，這兩個燈就會不停閃爍。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6個1個I/O引腳直流電流3.3V引腳直流電流程序存儲器SRAMEEPROM工作時鐘40mA50mA32KB2KB1KB16MHz表2-1-1ArduinoUNO開發(fā)板的基本構(gòu)成1.2.3

執(zhí)行器部分1.驅(qū)動模塊采用H橋電路驅(qū)動兩個直流電機，作為智能小車的動力源，通過控制器發(fā)出的控制指令來指揮電機正常運轉(zhuǎn)。直流電機實物圖如圖所示。2.舵機轉(zhuǎn)向模塊通過設(shè)置一定占空比的方波來控制舵機轉(zhuǎn)過的角度，舵機具有力矩大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，經(jīng)常被用在智能小車轉(zhuǎn)向裝置中。舵機轉(zhuǎn)向模塊實物圖如圖所示。1.2.4

其他部分1.三輪運動模塊該模塊由兩個橡膠輪胎和一個萬向輪組成。三輪運動模塊如圖1所示，橡膠輪胎實物圖如圖2所示，萬向輪實物圖如圖3所示。圖1三輪運動模塊圖2橡膠輪胎圖3萬向輪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，通過藍(lán)牙模塊與智能手機相連，進(jìn)行信息傳輸與處理控制。藍(lán)牙模塊實物圖如圖所示。3.電源模塊設(shè)置獨立的電源模塊為智能小車供電。4.小車底盤在小車底盤上為上述硬件預(yù)留合適的安裝位置，將以上硬件有序地安裝在小車底盤上。小車底盤實物圖如圖所示。1.3PARTTHREE智能小車的工作原理1.3.1電機驅(qū)動與調(diào)速原理電機

電機是將電能轉(zhuǎn)換成機械能的一種設(shè)備，主要用作機械設(shè)備的動力源，在電路中用“M”來表示。電機實物圖如圖所示。2.舵機轉(zhuǎn)向模塊

如圖所示，一個典型的H橋電路由四個三極管和一個電機組成。要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動，需要使電路中對角線上的兩個三極管導(dǎo)通，根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可以從左至右或者從右至左流過電機，從而控制電機的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q3從右至左流過電機，再經(jīng)Q2到達(dá)電源負(fù)極，該流向的電流將驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動。1.3.1電機驅(qū)動與調(diào)速原理3.PWM調(diào)速原理脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制，是指通過控制輸出的脈沖寬度來對模擬電路進(jìn)行控制。PWM有頻率、占空比、周期三個參數(shù)。（1）頻率是指每秒鐘信號在高、低電平之間切換的次數(shù)。（2）周期是指一個完整的PWM信號持續(xù)的時間。（3）占空比是指在PWM的輸出信號中，高電平所占有的時間與該信號周期的比值。在PWM方法中，電源以一定頻率的方波脈沖向電機提供電能，通過給方波脈沖設(shè)置不同的占空比來改變電機兩端的電壓大小，進(jìn)而改變電機的轉(zhuǎn)速。因此，直流電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速的智能控制，由PWM控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。1.3.2循跡原理餐廳服務(wù)機器人、倉庫搬運機器人等是沿著預(yù)設(shè)的線路行進(jìn)的，即能夠?qū)崿F(xiàn)自動循跡。餐廳服務(wù)機器人如圖1所示，倉庫搬運機器人如圖2所示。圖1餐廳服務(wù)機器人圖2倉庫搬運機器人1.3.2循跡原理智能小車也能實現(xiàn)自動循跡。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)等動作。要使智能小車能夠自動沿著黑線走，那么首先要知道黑線的具體位置，這就需要用到傳感器，此時的傳感器相當(dāng)于智能小車的“眼睛”，用來識別黑線。在智能小車行駛過程中，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t外線的反射能力不同，傳輸不同的信號給控制器，從而控制電機的旋轉(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貼近地面的兩側(cè)安裝兩個紅外傳感器。智能小車沿著黑線正常行駛時，兩個紅外傳感器檢測到白色地面，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，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，控制智能小車沿著正確的路線行駛。紅外傳感器模塊實物圖如圖所示。1.3.3避障原理1.超聲避障超聲波是一種振動頻率高于20000Hz的聲波，其方向性好、穿透能力強，且頻率高、波長短，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。在智能小車行駛過程中，可以通過超聲波傳感器來檢測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)檢測情況向控制器發(fā)送相應(yīng)的電信號，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，它由一個發(fā)射管（白色）和一個接收管（黑色）組成，其工作過程是發(fā)射管發(fā)射紅外線，根據(jù)接收管接收紅外線的情況（接收到紅外線時輸出高電平，未接收到紅外線時輸出低電平），判斷障礙物的情況。本任務(wù)中，在小車前側(cè)兩端各配備一個紅外傳感器，當(dāng)左側(cè)的紅外傳感器檢測到障礙物時，指示燈亮，小車向右轉(zhuǎn)；同理，右側(cè)有障礙物時，小車向左轉(zhuǎn)。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)，具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點。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)動模塊：采用H橋電路、PWM方法驅(qū)動雙直流電機正常運轉(zhuǎn)、變速等。（2）循跡模塊：通過紅外傳感器實現(xiàn)智能小車自動循跡行駛。（3）避障模塊：利用超聲波傳感器或紅外傳感器測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)，實現(xiàn)智能小車成功避障。（4）舵機模塊：通過調(diào)節(jié)方波脈沖的占空比來控制舵機轉(zhuǎn)動的角度，從而控制智能小車的轉(zhuǎn)向。（5）藍(lán)牙模塊：通過藍(lán)牙模塊將智能小車與手機進(jìn)行連接，再與控制器相連，實現(xiàn)信息的實時傳輸、處理、存儲等。（6）電源模塊：設(shè)置獨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語言程序控制秦磊

梁爽

主編第二章：集成開發(fā)環(huán)境介紹2.1PARTONEArduinoIDE在安裝集成開發(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。開發(fā)人員在軟件上將程序編寫好，編譯生成單片機要執(zhí)行的程序，就叫做交叉編譯。因此要完成Arduino的執(zhí)行過程需要Arduino與計算機共同參與，此時Arduino單片機叫做目標(biāo)單片機，計算機就是宿主計算機。Arduino開發(fā)環(huán)境能夠在主流的操作系統(tǒng)上運行，包括Windows、Linux、MacOS三個主流操作系統(tǒng)平臺。2.1.1Arduino開發(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，編程所用的語言使用的是一種解釋型語言，基于Arduino的語言編寫的程序叫做sketch，編譯完成后便可下載到硬件開發(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)計算機操作系統(tǒng)的不同，選擇相應(yīng)的ArduinoIDE下載選項，并完成下載安裝過程，ArduinoIDE下載界面如圖所示。2.1.1Arduino開發(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開發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹打開ArduinoIDE，包含一個文本編輯器，用來進(jìn)行程序的編寫與修改，然后利用自動上傳器把編寫完成的程序發(fā)送到Arduino開發(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)，程序代碼編寫區(qū)域；狀態(tài)區(qū)，顯示程序編譯和上傳等信息。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹ArduinoIDE的開發(fā)界面如圖所示，工具欄按鈕功能從左至右依次為驗證、上傳、調(diào)試、選擇開發(fā)板和串口監(jiān)視器（SerialMonitor）。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹接下來對菜單欄進(jìn)行說明：（1）文件菜單完成程序的編寫后，需要將程序進(jìn)行存儲，此時應(yīng)用到的就是文件菜單。如圖所示其功能選項主要包括：新建文件（New）；打開文件（Open）；保存文件（Save）；文件另存為（Saveas）。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（2）編輯菜單編輯菜單是對程序文本進(jìn)行編寫時使用的選項，如圖所示。主要有以下幾種選項：撤銷、恢復(fù)、剪切、復(fù)制、粘貼、選擇全部和轉(zhuǎn)到行/列，同時這些選項的快捷鍵設(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，如“注釋/取消注釋”，Arduino編輯器中使用“//”代表注釋。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（3）項目菜單項目菜單是對程序進(jìn)行相應(yīng)的操作，如圖所示，具體有以下幾個選項：驗證/編譯（Verify）；顯示項目文件夾（ShowSketchFolder），用于打開當(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卡中打開加載庫（ImportLibrary），導(dǎo)入所引用的Arduino庫文件。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建2.ArduinoIDE介紹（4）工具菜單工具（Tools）菜單是對Arduino開發(fā)板進(jìn)行設(shè)置的選項集合，如圖所示。主要包括：自動格式化（AutoFormat），用來整理代碼格式，使程序顯示更規(guī)范合理；項目存檔（ArchiveSketch），將同屬一個項目的文件整合到一個文件夾中，以便進(jìn)行存檔或共享；串口監(jiān)視器（SerialMonitor），用于在Arduino與計算機進(jìn)行連接時顯示串口消息的內(nèi)容；端口，需要手動選擇操作系統(tǒng)中可用的串口，在連接Arduino硬件板時，串口號會進(jìn)行更新，需要重新選擇相連的串口號；開發(fā)板，選擇與計算機連接的開發(fā)板的型號；燒錄引導(dǎo)程序，將編寫好的程序燒寫到Arduino開發(fā)板上，也稱為AVRISP燒寫器。2.1.1Arduino開發(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項集合，如圖所示。包括入門、環(huán)境、故障排除、參考、常見問題以及關(guān)于Arduino的一些基本知識，幫助使用者更好地了解Arduino并解決使用中出現(xiàn)的問題。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（1）點擊文件->首選項（或快捷鍵“Ctrl+，”）進(jìn)入軟件設(shè)置界面，可在此界面設(shè)置編輯器語言、編輯器字體大小、顯示行號、代碼折疊等。通過設(shè)置編輯器語言可進(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開發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（2）點擊文件->示例可打開環(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開發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（3）點擊項目，會發(fā)現(xiàn)工具欄中的圖標(biāo)編譯、上傳也包含在其中。點擊包含庫，選擇列表中的庫文件后，編輯區(qū)自動添加相關(guān)的頭文件。如圖所示。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建3.常用功能介紹（4）點擊工具->開發(fā)板，可進(jìn)行不同開發(fā)板的選擇，列表包含了大部分Arduino開發(fā)板，可通過開發(fā)板管理器添加開發(fā)板選項。點擊端口進(jìn)行端口號選擇。此外工具選項還包含為開發(fā)板燒錄引導(dǎo)程序的相關(guān)選項。如圖所示。2.1.1Arduino開發(fā)環(huán)境搭建完成ArduinoIDE的安裝后，我們通過編寫和上傳第一個程序來學(xué)習(xí)Arduino的完整開發(fā)過程。下面我們來編寫第一個小程序。程序示例：LED閃光燈打開ArduinoIDE，新建一個空的Sketch，編寫第一個程序控制開發(fā)板上的LED燈閃爍，修改參數(shù)調(diào)整閃爍時間。該示例是ArduinoIDE示例Basics中的Blink程序，打開位置如圖所示。2.1.2用ArduinoIDE完成一個小程序Blink程序詳情如圖所示：2.1.2用ArduinoIDE完成一個小程序Blink程序解析：2.1.2用ArduinoIDE完成一個小程序/*Blink打開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,它需要兩個參數(shù)。Delay是內(nèi)建的延遲函數(shù)。*/這是一個簡單的實現(xiàn)LED燈閃爍的程序，在該程序里intLED_BUILTIN=13是用來聲明變量和接口，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)行點亮熄滅LED燈，實現(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個部分。（1）聲明變量及接口。（2）setup()函數(shù)。在Arduino程序運行時首先要調(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、引入類庫文件等。每次Arduino開發(fā)板通電或重啟后，setup()函數(shù)只運行一次。（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)在程序運行過程中不斷地循環(huán)執(zhí)行?？赏ㄟ^該函數(shù)動態(tài)控制Arduino開發(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，通過單片機來實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的模擬和開發(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)客教育實驗室團隊開發(fā)的圖形化編程軟件，它能夠簡化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++下載完成后會得到一個安裝包（.exe程序），雙擊該文件即可開始安裝。1）加載安裝程序（需要十幾秒時間）。2)開始安裝。DevC++支持多國語言，包括簡體中文，但是要等到安裝完成以后才能設(shè)置，在安裝過程中不能使用簡體中文，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、安裝與配置開始配置DevC++。首次使用DevC++還需要簡單的配置，包括設(shè)置語言、字體、和主題風(fēng)格。1)第一次啟動DevC++后，提示選擇語言。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。點擊“OK”按鈕，進(jìn)入DevC++，就可以編寫代碼了。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介紹DEV-C++的使用。第一步，啟動DEV-C++。第二步，在DEV-C++中建立新的源代碼。點擊“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，基本操作與其它文本編輯器是完全相同的。不過，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源文件時，可以插入“文件頭注釋塊”和“C++main”，以快速開始編輯工作。2）編輯區(qū)左邊的行號區(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)合語句層次。3）編輯窗口左邊的“符號和類”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，方便用戶掌握整個程序的結(jié)構(gòu)。行業(yè)PPT模板/hangye/

小貼士在編輯代碼過程中，需要注意以下三個方面：（1）編輯代碼時要及時保存，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)問題；（3）可在main函數(shù)中的return語句前加入system（“pause”）語句，以便在程序運行到該位置時，能夠?qū)Τ绦蜻\行結(jié)果的顯示延時一段時間。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，需要對程序進(jìn)行預(yù)處理、編譯和鏈接的過程，來對程序中的語法、輸入方式等進(jìn)行檢查，并將編譯結(jié)果顯示出來。首先要設(shè)置編譯器。點擊Dev-C++工具欄上的“編譯器選項”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（這是一個免費開源的C/C++編譯器）。選擇時主要是考慮兩個因素：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)試時只能選擇含有“調(diào)試”的方案，只有對于大型程序才需要改用含有“性能分析”和“發(fā)行”的方案。對于大部分用戶來說，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、安裝與配置點擊“運行–>編譯”，就可以完成對程序完整的預(yù)處理、編譯以及鏈接過程如圖所示。通過編譯、鏈接過程能夠快速找到程序中的語法錯誤，提高對程序的調(diào)試效率。第四步：運行程序。在完成程序的編譯、鏈接過程后，生成相應(yīng)的.exe文件。選擇“運行–>運行”來運行程序。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++提供了強大的排錯與調(diào)試工具，下面簡要介紹具體使用方法編譯代碼的過程是通過編譯器對代碼的語法錯誤進(jìn)行詳細(xì)的檢查，但無法檢查出來源代碼中的邏輯錯誤，為了驗證代碼是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的效果，需要對代碼進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試，找出代碼中存在的邏輯錯誤或其他問題。若要清除程序代碼中的邏輯錯誤，就必須學(xué)會使用開發(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誤所在并修改清除之。Dev-C++中沒有單獨的“調(diào)試”菜單，只是在“運行[R]”菜單下面有幾個菜單項與調(diào)試有關(guān)：“切換斷點F4”、“調(diào)試F5”、“停止運行F6”。讀者需要了解這幾個菜單和按鈕，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）開始調(diào)試（Debug）點擊工具欄上的“調(diào)試”按鈕（快捷鍵F5），或點擊菜單“運行–>調(diào)試F5”即可開始調(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++會彈出對話框提示說沒有調(diào)試信息，不能啟動調(diào)試。請點擊“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，就開始運行（通常會彈出一個終端窗口）。運行到程序中的第一條可執(zhí)行語句就暫停。這時候最好是手工調(diào)整一下Dev-C++窗口的大小和位置，以便能夠同時看到Dev-C++窗口和終端窗口（以方便后續(xù)操作）。2）調(diào)試過程中的操作啟動調(diào)試之后，Dev-C++窗口下半部分時會自動顯示調(diào)試面板如圖所示，可以用鼠標(biāo)點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)前運行的代碼中的變量上方，則會自動出現(xiàn)一個小懸浮窗口，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（Breakpoint）如果程序比較長，那么在調(diào)試過程中使用“下一步”按鈕和“單步進(jìn)入”按鈕進(jìn)行操作時比較慢?？梢栽诔绦蛑性O(shè)置斷點，加快調(diào)試操作速度。在事先對程序的運行出錯現(xiàn)象進(jìn)行思考之后，可以推斷出程序出錯的可能原因在于源代碼中的哪些語句。無論是在編輯狀態(tài)還是在調(diào)試過程中，可以把光標(biāo)移動到想要暫停執(zhí)行的那一行，用鼠標(biāo)點擊該行左邊的裝訂區(qū)位置中的行號（或者按F4鍵），該行就會變成紅色，裝訂區(qū)的行號處顯示有一個紅點，表示該行已被設(shè)置為一個斷點，再次操作則取消該行為斷點。請在自己懷疑有問題的部分前后設(shè)置幾個斷點，以便進(jìn)行調(diào)試。程序中可以設(shè)置多個斷點。如果程序中設(shè)置了斷點，那么在啟動調(diào)試時會直接運行到第一個斷點（而不是第一條可執(zhí)行語句）暫停。這時仍然可以用“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誤，則點擊“繼續(xù)”按鈕就會以運行到下一個斷點暫停，無斷點則運行到程序末尾。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)試情況排錯在調(diào)試過程中，要靈活運用“下一步”按鈕和“單步進(jìn)入”按鈕，并隨時查看變量的值，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)試過程中的思考結(jié)果對程序進(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、單步執(zhí)行程序以及設(shè)置watch窗口等。（1）設(shè)置斷點。在需要設(shè)置斷點的地方，單擊其行號，即可完成斷點的設(shè)置，再次單擊可去除該斷點。當(dāng)程序運行到該斷點時，程序會自動停止，開發(fā)人員可以通過觀察當(dāng)前相關(guān)變量的值，來檢測程序中的錯誤之處及其原因。在printf函數(shù)處設(shè)置斷點，如圖所示。行業(yè)PPT模板/hangye/小貼士需要注意的是，在對程序進(jìn)行調(diào)試時，不能直接點擊運行，而應(yīng)選擇主菜單“運行–>調(diào)試”，程序才會停留在預(yù)期的斷點位置，否則程序會完整運行，如圖所示。行業(yè)PPT模板/hangye/小貼士（2）單步執(zhí)行程序在程序調(diào)試過程中，程序會留在設(shè)置斷點處，后面語句的執(zhí)行可在輸出欄的調(diào)試窗口下進(jìn)行。在調(diào)試窗口中，可實現(xiàn)對程序的調(diào)試、下一步、跳過、下一條語句、單步進(jìn)入、跳過函數(shù)、進(jìn)入語句中各種操作，通過對單個語句的詳細(xì)分析來檢測程序中的錯誤，如圖所示。行業(yè)PPT模板/hangye/小貼士（3）設(shè)置watch窗口。在對程序調(diào)試時，通常會對每條語句的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控，為了能更清楚地查看每個變量的動態(tài)值，可通過調(diào)試窗口的“添加查看”來實現(xiàn)。具體操作是，選擇“添加查看”，然后輸入需要監(jiān)控的變量名稱即可完成對該變量的watch窗口的添加。如圖所示，添加了變量a的watch窗口。2.2.3Dev-C++項目開發(fā)Dev-C++不僅支持單文件開發(fā)（適合大部分初學(xué)者），還支持以項目形式的多文件開發(fā)。點擊菜單“文件–>新建–>項目”，或點擊工具欄上的“新建”按鈕再點擊“項目”，就可以打開“新建項目”對話框。該對話框中按照“基本”、“多媒體”、“Windows”和“終端窗口”四類提供了多種項目模板，可供用戶從中選擇合適的項目模板，開始自己的項目開發(fā)。例如，在“基本”類別中包含了“Windows應(yīng)用程序”、“終端窗口應(yīng)用程序”、“靜態(tài)庫”和“動態(tài)庫”等，而在“多媒體”類別下面提供了分別使用Direct3D、EGE和OpenGL三種圖形函數(shù)庫進(jìn)行圖形編程的模板。在使用項目方式進(jìn)行多文件開發(fā)時，編輯窗口左邊的“項目”窗格提供了相應(yīng)的項目組織功能。2.2.3Dev-C++項目開發(fā)在Dev-C++安裝目錄下的Example目錄下提供了一些示例程序，可供初學(xué)者參考學(xué)習(xí)：1）hello.c和hello.cpp：經(jīng)典的輸出“Hello,World!”字符串的簡單程序。分別為C語言版本和C++版本。2）leapyear.c和leapyear.cpp：輸入一個表示年份的數(shù)字，判斷是否閏年。分別為C語言版本和C++版本。3）perfectnum.cpp：輸入一個整數(shù)，檢查它是否為完數(shù)（所有真因數(shù)之和正好等于這個數(shù)）。4）fibonacci.cpp：輸出Fibonacci數(shù)列的前30項，用數(shù)組方式實現(xiàn)。5）winmain.cpp：通過使用WindowsAPI（應(yīng)用程序接口）函數(shù)編寫的點擊按鈕之后彈出對話框輸出“Hello,Windows!”。6）snakegame.cpp：字符界面的貪吃蛇游戲（主要是標(biāo)準(zhǔn)C語言實現(xiàn)的，少量地使用了WindowsAPI函數(shù)）。7）EGE-FiveStarFlag.cpp：使EGE圖形庫（一個面向初學(xué)者的免費開源函數(shù)庫）編寫的圖形界面程序，繪制五星紅旗。8）EGE-RandomLines.cpp：使用EGE圖形庫編寫的圖形界面程序，隨機地繪制折向的線條，并以端點為圓心繪制圓形。講解完畢，謝謝觀看！智能小車C語言程序控制秦磊

梁爽

主編第三章：初識C語言3.1PARTONE概述程序設(shè)計是開發(fā)人員通過編寫計算機軟件程序來解決某種特定問題的過程，而程序設(shè)計語言就是開發(fā)人員在編寫程序時所使用的，用來描述程序執(zhí)行過程中的指令、規(guī)則的符號集合，通常包含語法、語義和語用等方面的內(nèi)容。自20世紀(jì)60年代以來，程序設(shè)計語言一直在不斷地發(fā)展迭代，產(chǎn)生了第一代機器語言、第二代匯編語言、第三代高級語言等。其中，C語言作為第三代高級語言中應(yīng)用最廣泛的語言之一，具有功能豐富、表達(dá)能力強、有豐富的運算符和數(shù)據(jù)類型、使用靈活方便、應(yīng)用面廣、移植能力強、編譯質(zhì)量高、目標(biāo)程序執(zhí)行效率高等優(yōu)點。同時，C語言還具有低級語言的許多特點，如允許直接訪問物理地址，能進(jìn)行位操作，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進(jìn)行操作等。用C語言編譯程序產(chǎn)生的目標(biāo)程序，其質(zhì)量可以與匯編語言產(chǎn)生的目標(biāo)程序相媲美，因此C語言具有“可移植的匯編語言”的美稱，成為編寫應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)和編譯程序的重要語言之一。3.1概述3.2PARTTWOC語言的產(chǎn)生和發(fā)展C語言集高級語言和匯編語言的優(yōu)勢于一身，能夠滿足系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩方面的應(yīng)用需求。C語言的原型是ALGOL60語言，即A語言。1963年，劍橋大學(xué)將ALGOL60語言發(fā)展成為組合程序設(shè)計語言（CombinedProgrammingLanguage，CPL），并于1967年對其進(jìn)行簡化，形成了BCPL。接著，美國貝爾實驗室的KenThompson在1970年對BCPL進(jìn)行了修改，將其命名為“B語言”，并用B語言寫出了第一個UNIX操作系統(tǒng)。1973年，美國貝爾實驗室的DennisM.Ritchie在B語言的基礎(chǔ)上設(shè)計出了一種新的語言，他將BCPL的第二個字母作為這種語言的名字，這就是C語言。為了推廣UNIX操作系統(tǒng)，DennisM.Ritchie在1977年發(fā)表了不依賴具體機器系統(tǒng)的C語言編譯文本《可移植的C語言編譯程序》。1978年，BrianW.Kernighian和DennisM.Ritchie出版了著名的《C程序設(shè)計語言》（TheCProgrammingLanguage），奠定了C語言作為目前最高級的程序設(shè)計語言的地位。3.2C語言的產(chǎn)生和發(fā)展1987年，隨著微型計算機的日益普及，出現(xiàn)了多種C語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各種版本之間存在很大差異。為了改變這種情況，美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所（ANSI）為C語言制定了一套ANSI標(biāo)準(zhǔn)，后來成為現(xiàn)行的C語言標(biāo)準(zhǔn)。1990年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）接受ANSIC為ISOC的標(biāo)準(zhǔn)（ISO9899—1990）。1994年，ISO修訂了C語言的標(biāo)準(zhǔn)。目前流行的C語言編譯系統(tǒng)大多是以ANSIC為基礎(chǔ)開發(fā)的，但不同版本的C語言編譯系統(tǒng)所實現(xiàn)的語言功能和語法規(guī)則略有差別。C語言被稱為“編程之本”，很多人的編程之路都是從C語言開始的。C語言在現(xiàn)今社會的各個領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等。C語言不僅適用于各大主流操作系統(tǒng)（如Windows、Linux、UNIX等），在一些主流開發(fā)框架（如TensorFlow、Bitcoin和OpenGL等）和一些主流服務(wù)器（如Nginx、ApacheTomcat7等）中也有很廣泛的應(yīng)用。3.2C語言的產(chǎn)生和發(fā)展3.3PARTTHREEC語言的特點C語言作為目前最流行的編程語言之一，能夠滿足不同系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件的要求。C語言有以下幾個特點。（1）C語言簡潔、緊湊，使用靈活方便。C語言共有32個關(guān)鍵字和9種控制語句，程序書寫自由，大部分用小寫字母表示。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高級語言的基本結(jié)構(gòu)，也能達(dá)到低級語言對實用性的要求。（2）運算符豐富。C語言共有34個運算符，使得C語言中的運算類型豐富、表達(dá)形式多樣化，能夠完成各種復(fù)雜運算。（3）數(shù)據(jù)類型豐富。3.3C語言的特點C語言作為目前最流行的編程語言之一，能夠滿足不同系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件的要求。C語言有以下幾個特點。（1）C語言簡潔、緊湊，使用靈活方便。C語言共有32個關(guān)鍵字和9種控制語句，程序書寫自由，大部分用小寫字母表示。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高級語言的基本結(jié)構(gòu)，也能達(dá)到低級語言對實用性的要求。（2）運算符豐富。C語言共有34個運算符，使得C語言中的運算類型豐富、表達(dá)形式多樣化，能夠完成各種復(fù)雜運算。（3）數(shù)據(jù)類型豐富。C語言中的數(shù)據(jù)類型有整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等，能實現(xiàn)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的運算。C語言引入了指針概念，使程序執(zhí)行效率更高。（4）C語言具有結(jié)構(gòu)化的控制語句，可實現(xiàn)程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化、模塊化。C語言能夠做到代碼和數(shù)據(jù)分段隔離，程序的各個部分除必要的信息交換外彼此互不影響，使得程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)及調(diào)試。另外，C語言中提供了大量函數(shù)，這些函數(shù)可方便地調(diào)用。C語言中還提供了多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，可實現(xiàn)程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化。3.3C語言的特點C語言作為目前最流行的編程語言之一，能夠滿足不同系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件的要求。C語言有以下幾個特點。（5）C語言語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大。一般的高級語言語法檢查比較嚴(yán)格，能夠檢查出幾乎所有的語法錯誤。而C語言賦予程序編寫者較大的自由度，一行可以寫多條語句，變量類型使用靈活。（6）C語言允許直接訪問物理地址，可直接操作硬件。C語言既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元，可以用來編寫系統(tǒng)軟件。（7）目標(biāo)代碼質(zhì)量高，代碼量小。程序執(zhí)行效率高，執(zhí)行速度快，功能強大。（8）可移植性好?？梢浦残允侵敢环N軟件在不同種類的計算機系統(tǒng)上運行的可能性，C語言適用于多種不同的操作系統(tǒng)，如DOS、UNIX、Windows等?？偠灾?，C語言既有高級語言的特點，又有匯編語言的特點；既是一個成功的系統(tǒng)設(shè)計語言，又是一個實用的程序設(shè)計語言；既能用來編寫不依賴計算機硬件的應(yīng)用程序，又能用來編寫各種系統(tǒng)程序。3.3C語言的特點3.4PARTFOURC語言的基本框架1．C語言的基本元素一個C語言程序是由若干語句構(gòu)成的，語句又是由若干字符構(gòu)成的，字符是C語言中最基本的元素。1）基本字符集字母：26個小寫字母a～z，26個大寫字母A～Z。數(shù)字：10個阿拉伯?dāng)?shù)字0～9?？瞻追喊崭穹⒅票矸?、換行符等?？瞻追挥迷谧址Ａ亢妥址Ａ恐?，目的是提高程序的可讀性。標(biāo)點符號和特殊字符：C語言中有28個標(biāo)點符號和特殊字符。2）標(biāo)識符標(biāo)識符是用來標(biāo)識常量名、變量名、函數(shù)名及文件名等的字符序列。使用時應(yīng)滿足以下條件：標(biāo)識符應(yīng)以字母或下畫線開頭。標(biāo)識符只能由字母、數(shù)字、下畫線組成。3.4C語言的基本框架1．C語言的基本元素3）關(guān)鍵字關(guān)鍵字是C語言中有固定含義的標(biāo)識符，又稱保留字，例如：數(shù)據(jù)類型：int、double等。語句種類：if、for等。程序元素的其他性質(zhì)：define、static等。注意：關(guān)鍵字必須小寫。例如，else與ELSE代表不同含義，else是關(guān)鍵字，ELSE是普通標(biāo)識符。4）運算符運算符用于對對象進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)定義的運算，并得到運算結(jié)果。運算符通常由1個或2個字符組成，如“+”表示加法運算，“=”表示賦值運算，“==”表示相等的判斷等。5）分隔符分隔符用于表示程序中一個實體的結(jié)束和另一個實體的開始。常用的分隔符有括號、逗號、分號等。分隔符沒有具體含義，只是對程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。3.4C語言的基本框架1．C語言的基本元素6）注釋注釋用于對程序進(jìn)行說明，注釋內(nèi)容可以有一行或多行，可以放在程序開頭，也可以放在程序末尾。注釋的一般形式如下：/*注釋內(nèi)容*//*一行或多行注釋*///注釋當(dāng)前行7）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符是C語言中被賦予特定意義的標(biāo)識符。例如：printf：格式化輸出庫函數(shù)的函數(shù)名。scanf：格式化輸入庫函數(shù)的函數(shù)名。INT_MAX：整數(shù)類型的最大數(shù)據(jù)。8）控制語句C語言中有9種控制語句，用小寫字母書寫，作用是壓縮不必要的語句內(nèi)容。3.4C語言的基本框架1．C語言的基本元素6）注釋注釋用于對程序進(jìn)行說明，注釋內(nèi)容可以有一行或多行，可以放在程序開頭，也可以放在程序末尾。注釋的一般形式如下：/*注釋內(nèi)容*//*一行或多行注釋*///注釋當(dāng)前行7）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符是C語言中被賦予特定意義的標(biāo)識符。例如：printf：格式化輸出庫函數(shù)的函數(shù)名。scanf：格式化輸入庫函數(shù)的函數(shù)名。INT_MAX：整數(shù)類型的最大數(shù)據(jù)。8）控制語句C語言中有9種控制語句，用小寫字母書寫，作用是壓縮不必要的語句內(nèi)容。3.4C語言的基本框架2．C語言程序結(jié)構(gòu)C語言通過一個或多個函數(shù)來實現(xiàn)程序功能，函數(shù)是C語言的基本組成部分。C語言程序中必有一個主函數(shù)main()，它是每個程序執(zhí)行過程的起始位置。（1）C語言程序中包含3種函數(shù)。

main()：主函數(shù)，每個C語言程序有且僅有一個主函數(shù)。系統(tǒng)提供的庫函數(shù)，如printf()、scanf()等。程序員自行設(shè)置的函數(shù)，如max()。（2）一個完整的函數(shù)主要由以下兩部分組成。函數(shù)首部（函數(shù)頭），包括函數(shù)名、函數(shù)類型（返回值類型）、函數(shù)屬性、形式參數(shù)名、形式參數(shù)類型等。函數(shù)體，即大括號中的部分。函數(shù)體中包含變量定義部分和執(zhí)行部分。3.4C語言的基本框架2．C語言程序結(jié)構(gòu)下面以主函數(shù)為例說明函數(shù)的結(jié)構(gòu)：main() //函數(shù)首部，指定函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)等信息{ //函數(shù)體的開始

//函數(shù)體內(nèi)的語句} //函數(shù)體的結(jié)束（3）程序中的每條語句均以分號結(jié)束。例如：c=a+b；（4）C語言程序書寫格式自由，一條語句可以占多行，一行也可以有多條語句。（5）C語言程序從主函數(shù)開始執(zhí)行，隨著主函數(shù)的結(jié)束而結(jié)束，其他函數(shù)通過函數(shù)嵌套來執(zhí)行。（6）C語言程序用函數(shù)進(jìn)行輸入和輸出。3.4C語言的基本框架3.5PARTFIVEC語言程序設(shè)計過程C語言程序設(shè)計過程主要包含以下幾個步驟。（1）需求分析：通過分析用戶的特定需求，找到解決問題的方法。（2）算法設(shè)計：給出解決問題的具體算法與實施步驟。（3）編寫程序：將算法翻譯成計算機程序設(shè)計語言，對源程序進(jìn)行編輯、編譯和鏈接。（4）運行和調(diào)試程序：運行可執(zhí)行程序，得到運行結(jié)果，并對運行結(jié)果進(jìn)行分析。若結(jié)果不合理，則需要對程序進(jìn)行調(diào)試，以排除程序中的錯誤。（5）編寫程序文檔：程序調(diào)試完成后，須向用戶提供程序說明書，包括程序名稱、程序功能、執(zhí)行環(huán)境、注意事項等。3.5C語言程序設(shè)計過程C語言程序要經(jīng)過編輯、編譯、鏈接和運行等環(huán)節(jié)才能實現(xiàn)具體功能。具體實現(xiàn)過程如圖所示。3.5C語言程序設(shè)計過程（1）編輯源程序。在IDE的相關(guān)程序編輯器中完成對原始代碼的編輯，輸入的語句一般以文本形式存儲在計算機中，文件擴展名為.c。其中，編輯器可以是ArduinoIDE和Dev-C++等自帶的文本編輯器，也可以是Windows操作系統(tǒng)提供的“寫字板”或各種字符處理軟件等。（2）編譯源程序。寫好的原始代碼是無法直接被計算機執(zhí)行的，計算機只能執(zhí)行0和1的機器指令，因此需要將源程序翻譯成機器指令，這個過程稱為源程序的編譯過程。源程序編譯之后生成的機器指令程序稱為目標(biāo)程序，其文件擴展名為.obj。（3）鏈接程序。在源程序中使用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，如scanf()、printf()等，是從系統(tǒng)函數(shù)庫中調(diào)用的庫函數(shù)。因此，必須將目標(biāo)程序與庫函數(shù)進(jìn)行鏈接，才能生成擴展名為.exe的可執(zhí)行程序文件。（4）運行程序。執(zhí)行.exe文件，得到最終結(jié)果。3.5C語言程序設(shè)計過程3.6PARTSIX編寫簡單的C語言程序【例3-6-1】第一個程序“Hello,World!”行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>intmain(){printf("Hello,World!\n");}程序運行結(jié)果如圖所示。行業(yè)PPT模板/hangye/

小貼士（1）C程序一般用小寫字母書寫。（2）每個C程序有且僅有一個主函數(shù)。（3）程序體必須放在一對大括號中。（4）每條語句的結(jié)尾處必須有分號。（5）printf()函數(shù)的功能是顯示程序運行結(jié)果。（6）“\n”是換行符，即回車換行。（7）“#include”是文件包含命令，屬于預(yù)處理命令，通常放在主函數(shù)之前，用于將有關(guān)的頭文件包含到用戶源文件中。被包含的文件通常是由系統(tǒng)提供的，其擴展名為.h?！皊tdio.h”為標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出庫文件，其內(nèi)定義了printf()函數(shù)的原型?！纠?-6-2】求兩個整數(shù)中的大數(shù)行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>intmax(intx,inty){ intz; if(x>y)z=x;elsez=y; return(z);}main(){ inta,b,c; printf("請輸入兩個整數(shù):");scanf("%d,%d",&a,&b); c=max(a,b); printf("%d,%d中的大數(shù)為：%d\n\n\n",a,b,c);}程序運行結(jié)果如圖所示。行業(yè)PPT模板/hangye/

小貼士（1）本程序的功能是輸入兩個整數(shù)，輸出其中較大的數(shù)。（2）本程序由兩個函數(shù)模塊組成：主函數(shù)main()和子函數(shù)max()。子函數(shù)max()是一個用戶自定義函數(shù)，功能是比較兩個數(shù)的大小，然后把較大的數(shù)返回給主函數(shù)。（3）標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)由系統(tǒng)定義，用戶在程序中直接調(diào)用即可，比如程序中的輸入/輸出函數(shù)scanf()和printf()。與標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)不同，自定義函數(shù)由用戶定義，定義好后就可以像標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)一樣使用。（4）本程序從main()函數(shù)開始執(zhí)行，執(zhí)行到語句“c=max(a,b);”時轉(zhuǎn)到max()函數(shù)，遇到return語句返回主函數(shù)繼續(xù)執(zhí)行，直到程序結(jié)束。（5）本程序的執(zhí)行過程如下：首先在屏幕上顯示提示字符串，請用戶輸入兩個數(shù)，回車后由scanf()函數(shù)語句接收這兩個數(shù)，并送入變量a和b中，然后調(diào)用max()函數(shù)，把a和b的值傳給max()函數(shù)的參數(shù)x和y，在max()函數(shù)中比較x和y的大小，把大者通過中間變量返回給主函數(shù)中的變量c，最后在屏幕上輸出c的值?！纠?-6-3】計算并輸出一個數(shù)的平方行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>main(){ floata,b; a=2.8; b=a*a; printf("%f\n",b);}程序運行結(jié)果如圖所示。行業(yè)PPT模板/hangye/小貼士（1）本程序由一個主函數(shù)main()構(gòu)成，包含4條語句。程序的功能是計算一個數(shù)的平方，并輸出結(jié)果。（2）C語言用函數(shù)進(jìn)行輸入和輸出，如printf()、scanf()。（3）每條語句必須以分號結(jié)尾，但預(yù)處理命令、函數(shù)頭和大括號后不能加分號。練一練1．運行下面的程序，記錄運行結(jié)果，并保存程序。#include"stdio.h"main(){inta,b,sum;floataver;a=12;b=25; sum=a+b; aver=sum/2.0; printf("sumis%d\n",sum); printf("averis%f\n",aver);}練一練2．調(diào)試下面的程序，并改正其中的錯誤，使之順利運行。#include<stdio.h>;main(){floata,b;a=2.8b=4.5;print("a=%f,b=%f\n",a,b);}練一練參照例3-6-1，編寫自己的第一個程序，程序運行結(jié)果如圖所示。講解完畢，謝謝觀看！智能小車C語言程序控制秦磊

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主編第四章：點亮一個LED

為響應(yīng)節(jié)能減排號召，某企業(yè)調(diào)研普通家庭用戶中冰箱、洗衣機、電視機和空調(diào)四件家電的能效情況，測試每件家電的功率后，如何計算總功率呢？【案例導(dǎo)入】【案例導(dǎo)入】：案例源代碼行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>intmain() //主函數(shù) { inta,b,c,d; //用整型定義四件家電各自的功率 longp; //用長整型定義總功率 printf("請分別輸入四件家電的功率："); scanf("%d%d%d%d",&a,&b,&c,&d); //輸入各個功率值 p=a+b+c+d; //求總功率 printf("總功率為："); printf("%ld\n",p); //輸出總功率的值return0;}【案例導(dǎo)入】：案例運行結(jié)果行業(yè)PPT模板/hangye/思考：數(shù)據(jù)類型有什么意義？4.1PARTONEC語言數(shù)據(jù)類型4.1.1常量常量是指程序運行過程中其值不發(fā)生變化的量。C語言中的常量有整型常量、實型常量、字符常量、字符串常量和符號常量等。1．整型常量整型常量就是整常數(shù)，有以下三種表示形式。（1）十進(jìn)制數(shù)：以非0數(shù)字開頭的數(shù)，如123、-123等，其每個數(shù)字位可以是0～9。（2）八進(jìn)制數(shù)：以數(shù)字0開頭的數(shù)，如0123、-0123等，其每個數(shù)字位可以是0～7。（3）十六進(jìn)制數(shù)：以0x（或0X）開頭的數(shù)，如0xffff、0x1111、-0x123等，其每個數(shù)字位可以是0～9、A～F（或a～f）。2．實型常量

實型常量在C語言中又被稱為實數(shù)或浮點數(shù)。在C語言中，實數(shù)只采用十進(jìn)制表示。它有兩種表示形式。（1）普通十進(jìn)制形式。這種形式的數(shù)由整數(shù)部分、小數(shù)點和小數(shù)部分組成（注意：必須有小數(shù)點），如3.14、0.618、.520、1314.、234.0、0.0等。（2）指數(shù)形式。這種形式的數(shù)由三部分組成：實數(shù)部分、字母E或e和整數(shù)部分。例如，1.23×104可以表示為1.23E4或1.23e4。3．字符常量C語言中的字符常量是用單引號（'）括起來的一個字符。如'A'、'x'、'D'、'?'、'3'、'X'等都是字符常量。它有以下特點：（1）字符常量只能用單引號括起來。（2）字符常量只能是單個字符，不能是字符串。（3）字符可以是計算機系統(tǒng)所采用的字符集中的任意字符。字符在計算機內(nèi)是用二進(jìn)制代碼來表示的，大多數(shù)計算機系統(tǒng)采用ASCII碼?！纠?-1-1】分析以下程序，思考程序運行結(jié)果是否符合所學(xué)知識。行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>intmain() //主函數(shù){ inta=123,b=-0x123; //整型常量實例 floatc=3.14,d=.520,e=1.23e4; //實型常量實例 charf='A',g='?'; //字符常量實例 printf("%d %d\n",a,b); //輸出整型數(shù)據(jù) printf("%f %f %f\n",c,d,e); //輸出實型數(shù)據(jù) printf("%c %c\n",f,g); //輸出字符型數(shù)據(jù)return0;}程序運行結(jié)果如圖所示。4．字符串常量字符串常量是用雙引號括起來的字符序列，如"string"、"Thisismyfirstprogram!"。C語言規(guī)定字符串的存儲方式如下：字符串中的每個字符（轉(zhuǎn)義字符只能被看成一個字符）按照它們的ASCII碼的二進(jìn)制形式存儲在內(nèi)存中，并在存放字符串中最后一個字符的位置后面再存入一個字符'\0'（ASCII碼為0的字符），這是字符串結(jié)束標(biāo)志。5．符號常量C語言允許將程序中的常量定義為一個標(biāo)識符，稱為符號常量。符號常量一般使用大寫英文字母表示，以區(qū)別于用小寫英文字母表示的變量。符號常量在使用前必須先定義，定義的形式如下：#define標(biāo)識符常量其中，#define是宏定義命令的專用定義符，標(biāo)識符是符號常量的名稱，常量可以是前面介紹的幾種類型中的任何一種。4.1.2變量

在程序運行過程中，其值能被改變的量稱為變量。

C語言中變量的名稱用標(biāo)識符來表示。所謂標(biāo)識符，是指用來標(biāo)識程序中用到的變量名、函數(shù)名、類型名、數(shù)組名、文件名及符號常量名等的有效字符序列。

合法的標(biāo)識符行業(yè)PPT模板/hangye/

C語言規(guī)定標(biāo)識符只能由字母、數(shù)字和下畫線三種字符組成，且第一個字符必須為字母或下畫線。例如：

year、sum、student_name、_above、lotus_1_2_3是合法的標(biāo)識符。

M.D.john、$123、#33、3d64、a>b是不合法的標(biāo)識符。變量的命名規(guī)則行業(yè)PPT模板/hangye/小貼士變量的命名規(guī)則如下：（1）變量名只能由字母、數(shù)字和下畫線組成，且第一個字符不能為數(shù)字。（2）變量名應(yīng)做到望文知意，便于記憶和閱讀，最好采用英文單詞或其組合，不要使用漢語拼音。（3）變量名要符合言簡意賅的原則。例如，變量名MaxVal就比MaxValueUntilOverflow好用。（4）當(dāng)變量名由多個單詞組成時，每個單詞的第一個字母大寫，其余字母全部小寫。（5）盡量避免變量名中出現(xiàn)數(shù)字編號，如Value1、Value2等。（6）變量名不能與系統(tǒng)中的關(guān)鍵字或特定字相同，也要避免相似。1．整型變量

整型變量可分為基本型、短整型、長整型和無符號型。無符號型又分為無符號整型、無符號短整型和無符號長整型。基本型以int表示。短整型以shortint表示，或以short表示。長整型以longint表示，或以long表示。無符號整型以unsignedint表示。無符號短整型以unsignedshort表示。無符號長整型以unsignedlong表示。整型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存及數(shù)值范圍

以IBMPC和TurboC語言為例，整型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存及數(shù)值范圍見表2-4-1，表中方括號表示內(nèi)容可選。整型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存及數(shù)值范圍

以IBMPC和TurboC語言為例，整型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存及數(shù)值范圍見表2-4-1，表中方括號表示內(nèi)容可選。整型變量的定義整型變量的定義如下所示：【例4-1-2】企業(yè)調(diào)研中需計算兩個統(tǒng)計a、b數(shù)據(jù)的和，試編程解決。行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>intmain(){ inta,b,c; //定義a、b、c為整型變量

a=3276; b=3; c=a+b; printf("c=%d",c); //按整型格式輸出變量c的值return0;}程序運行結(jié)果如圖所示：2．實型變量C語言中的實型變量分為單精度（float型）和雙精度（double型）兩類。實型變量必須在使用前加以定義。例如：floatx,y; /*指定x、y為單精度實數(shù)*/doublez; /*指定z為雙精度實數(shù)*/

通常，一個單精度實數(shù)在內(nèi)存中占4字節(jié)（32位），一個雙精度實數(shù)在內(nèi)存中占8字節(jié)。單精度實數(shù)提供6位或7位有效數(shù)字，雙精度實數(shù)提供15位或16位有效數(shù)字，數(shù)值范圍隨計算機系統(tǒng)而異?！纠?-1-3】某企業(yè)工程應(yīng)用中經(jīng)常需要根據(jù)圓的半徑，計算圓的周長和面積，試編程解決。行業(yè)PPT模板/hangye/#include<stdio.h>#definePI3.1416 /*定義符號常量PI*/main(){ floatr,c,s; printf("請輸入半徑的值："); scanf("%f",&r); c=2*PI*r; /*編譯時用3.1416替換PI*/ s=PI*r*r; printf("c=%f,s=%f",c,s); return0;}程序運行結(jié)果如圖所示：行業(yè)PPT模板/hangye/

定義變量時僅為變量分配內(nèi)存，并不對這部分內(nèi)存進(jìn)行清空操作，其中的原值會被保留且無法確定。

C語言規(guī)定，可以在定義變量的同時給變量賦初值。例如：

inta=3,b=4;

floatPI=3.1415926;

charch1,ch2='a'; /*可對部分變量賦初值*/小貼士練一練行業(yè)PPT模板/hangye/

編程實現(xiàn)：輸入圓柱體的高和半徑，求圓柱體的體積。4.2PARTTWO點亮一個LED的控制系統(tǒng)設(shè)計

日常生活中，進(jìn)入房間按一次開關(guān)，電源導(dǎo)通，就可以打開燈，再按一次開關(guān)，電源斷開，就可以熄滅燈。本章要求利用Arduino開發(fā)板，通過程序設(shè)計來點亮LED。【案例導(dǎo)入】4.2.1硬件電路設(shè)計行業(yè)PPT模板/hangye/

所需硬件包括：

ArduinoUNO（1塊）。

面包板（1塊）。