智能小車C語言程序控制 課件 第二章 集成開發(fā)環(huán)境介紹

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行說明：（1）文件菜單完成程序的編寫后，需要將程序進行存儲，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，以便進行存檔或共享；串口監(jiān)視器（SerialMonitor），用于在Arduino與計算機進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)置編輯器語言可進行中英文切換，還有很多其他外文。設(shè)置完畢后點擊確認，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行詳細的檢查，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，需要對代碼進行進一步的調(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“單步進入”按鈕進行操作時比較慢?？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“單步進入”按鈕進行操作。如果認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“單步進入”按鈕，并隨時查看變量的值，還需在頭腦中進行分析，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)果對程序進行修改。通常需要反復(fù)進行調(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、單步進入、跳過函數(shù)、進入語句中各種操作，通過對單個語句的詳細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+