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1、 智能機(jī)器人小車 創(chuàng)意設(shè)計(jì)制作指導(dǎo)手冊(cè) 江蘇省天一中學(xué)人工智能社團(tuán) 指導(dǎo)老師：鄧一波 俞金炎 二零一一年三月 目 錄 一，機(jī)器人概述 二，機(jī)器人小車硬件結(jié)構(gòu)解析 三，機(jī)器人小車編程語(yǔ)言及環(huán)境 四，智能機(jī)器人小車安裝，調(diào)試 五，智能機(jī)器人小活動(dòng)方案及創(chuàng)意案例 第一章 機(jī)器人概述 1，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 1.1機(jī)器人的由來(lái) 機(jī)器人 是20世紀(jì)才出現(xiàn)的新名詞。1920年，捷克劇作家Capek在他的《羅薩姆萬(wàn)能機(jī)器人公司（R.U.R

2、）》劇本中，第一次提出了機(jī)器人（robot）這個(gè)詞。robot是從古代斯拉夫語(yǔ)robota一詞演變而來(lái)的。robota本是強(qiáng)制勞動(dòng)的意思，Capek在二十世紀(jì)工業(yè)革命后技術(shù)和生產(chǎn)快速發(fā)展的背景下，根據(jù)它造出具有"奴隸機(jī)器"含義的新詞robot。它反映著人類希望制造出象人一樣會(huì)思考，有勞動(dòng) 的機(jī)器代替自己工作的愿望。但在當(dāng)時(shí)，機(jī)器人一詞也僅僅具有科幻意義，并不具備現(xiàn)實(shí)意義，真正使機(jī)器人成為現(xiàn)實(shí)是 20世紀(jì)工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)以后。 人類發(fā)展到20世紀(jì)，隨著社會(huì)分工的細(xì)化，從事簡(jiǎn)單重復(fù)工作的人們強(qiáng)烈渴望有某種能代替自己工作的機(jī)器出現(xiàn)，在 這方面的研究，美國(guó)的英格伯格和德沃爾走在了前面。

3、 1954年，電子學(xué)家德沃爾獲得了一項(xiàng)"可編程序機(jī)械手"的專利，這是一種象人手臂的機(jī)械手，它按程序進(jìn)行工作，這種程序可以根據(jù)不同工作需要來(lái)編制，因此，具有通用性和靈活性，由此，熱衷于機(jī)器人研究的物理學(xué)家英格伯格想到，如果能制造出這種機(jī)器，可象人一樣學(xué)習(xí)別人干活的動(dòng)作，之后便能自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行操作。于是，在1958年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺(tái)真正實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人，并很快得到了應(yīng)用。 隨后，他們成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——尤尼梅遜公司，并將第一批機(jī)器人稱為"尤尼梅物"，意思是"萬(wàn)能自動(dòng)"，英格伯格因此被稱為"工業(yè)機(jī)器人之父"，1984年，他還預(yù)言："我要使機(jī)器人擦地板，做飯，洗刷我

4、的汽車和檢查安全"。 機(jī)器人發(fā)展的三個(gè)發(fā)展階段 隨著人們對(duì)機(jī)器的研究，機(jī)器人也在進(jìn)步，按其發(fā)展過(guò)程機(jī)器人可分為三代：第一代是示教再現(xiàn)型機(jī)器人："尤尼梅特"和"沃爾薩特蘭"這兩種最早的工業(yè)機(jī)器人是示教再現(xiàn)型機(jī)器人的典型代表。它由人操縱機(jī)械手做一遍應(yīng)當(dāng)完成的動(dòng)作或通過(guò)控制器發(fā)出指令讓機(jī)械手臂動(dòng)作，在動(dòng)作過(guò)程中機(jī)器人會(huì)自動(dòng)將這一過(guò)程存入記憶裝置。當(dāng)機(jī)器人工作時(shí)，能再現(xiàn)人教給它的動(dòng)作，并能自動(dòng)重復(fù)的執(zhí)行。這類機(jī)器人不具有外界信息的反饋能力，很難適應(yīng)變化的環(huán)境。 第二代是有感覺(jué)的機(jī)器人：它們對(duì)外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等功能。機(jī)器人工作時(shí)，根據(jù)感覺(jué)器官（傳感器）獲得的信息，靈

5、活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。如：有觸覺(jué)的機(jī)械手可輕松自如地抓取雞蛋，具有嗅覺(jué)的機(jī)器人能分辨出不同飲料和酒類。 第三代是具有智能的機(jī)器人：智能機(jī)器人是靠人工智能技術(shù)決策行動(dòng)的機(jī)器人，它們根據(jù)感覺(jué)到的信息，進(jìn)行獨(dú)立思維、識(shí)別、推理，并作出判斷和決策，不用人的參與就可以完成一些復(fù)雜的工作。日本研制的能演奏數(shù)首曲目?quot;瓦伯特"2號(hào)機(jī)器人，已達(dá)到5歲兒童的智能水平。目前，智能機(jī)器人已在許多方面具有人類的特點(diǎn)，隨著機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展與完善，機(jī)器人的智能水平將越來(lái)越接近人類。 1.2 機(jī)器人的定義 機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受

6、人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。 1.3 機(jī)器人學(xué)的進(jìn)展 機(jī)器人的償還期理論促進(jìn)對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的投資。日本后來(lái)居上，成為“機(jī)器人王國(guó)” 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域。形成新的學(xué)科-----機(jī)器人學(xué) 機(jī)器人向智能化方向發(fā)展 2， 機(jī)器人結(jié)構(gòu)與分類 2.1 機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。 　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動(dòng)副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）常

7、稱為 關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式的不同，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。出于擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人）等。 　　驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作。它輸入的是電信號(hào)，輸出的是線、角位移量。機(jī)器人使用的驅(qū)動(dòng)裝置主要是電力驅(qū)動(dòng)裝置，如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，此外也有采用液壓、氣動(dòng)等驅(qū)動(dòng)裝置。 　　檢測(cè)裝置的作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況，根據(jù)需要反饋給

8、控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動(dòng)作符合預(yù)定的要求。作為檢測(cè)裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測(cè)機(jī)器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測(cè)得的信息作為反饋信號(hào)送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機(jī)器人的動(dòng)作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達(dá)到更高層次的自動(dòng)化，甚至使機(jī)器人具有某種“感覺(jué)”，向智能化發(fā)展，例如視覺(jué)、聲覺(jué)等外部傳感器給出工作對(duì)象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個(gè)大的反饋回路，從而將大大提高機(jī)器人的工作精度。 控制系統(tǒng)有兩種方式。

9、一種是集中式控制，即機(jī)器人的全部控制由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)完成。另一種是分散（級(jí)）式控制，即采用多臺(tái)微機(jī)來(lái)分擔(dān)機(jī)器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級(jí)微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時(shí)，主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算，并向下級(jí)微機(jī)發(fā)送指令信息；作為下級(jí)從機(jī)，各關(guān)節(jié)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)CPU，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算和伺服控制處理，實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)，并向主機(jī)反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機(jī)器人的控制方式又可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。 2.2 機(jī)器人的分類 誕生于科幻小說(shuō)之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。 家務(wù)型機(jī)器人：能幫助人們

10、打理生活，做簡(jiǎn)單的家務(wù)活。 操作型機(jī)器人：能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。 程控型機(jī)器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。 示教再現(xiàn)型機(jī)器人：通過(guò)引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。 數(shù)控型機(jī)器人：不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過(guò)數(shù)值、語(yǔ)言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。 感覺(jué)控制型機(jī)器人：利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。 適應(yīng)控制型機(jī)器人：能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。 學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人：能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“

11、學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。 智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。 我國(guó)的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人

12、，這和我國(guó)的分類是一致的。 空中機(jī)器人又叫無(wú)人機(jī)器，近年來(lái)在軍用機(jī)器人家族中，無(wú)人機(jī)是科研活動(dòng)最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購(gòu)經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域。80多年來(lái)，世界無(wú)人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國(guó)為主線向前推進(jìn)的，無(wú)論從技術(shù)水平還是無(wú)人機(jī)的種類和數(shù)量來(lái)看，美國(guó)均居世界之首位。 3，機(jī)器人學(xué)與人工智能的關(guān)系 機(jī)器人學(xué)與人工智能有十分密切的關(guān)系。人工智能的近期目標(biāo)在于研究智能計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)，以模仿和執(zhí)行人類的某些智力功能，如判斷、推理、理解、識(shí)別、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和其他問(wèn)題求解。這一研究抓住了創(chuàng)造力的首要問(wèn)題----人類智能。人工智能使目前主要用于數(shù)值計(jì)算的計(jì)算機(jī)變得更

13、加富有生氣，并用它來(lái)表達(dá)最復(fù)雜的生物世界----人腦智能。人們的努力遠(yuǎn)非獲得完全成功，但是已經(jīng)在許多研究領(lǐng)域取得進(jìn)展。例如，在規(guī)劃、博弈、問(wèn)題求解、語(yǔ)言與語(yǔ)音理解、視覺(jué)圖像識(shí)別、定理證明、知識(shí)表示與描述等方面，已取得不少研究成果。 1996年2月10～17日，為了紀(jì)念世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生50周年，IBM的“深藍(lán)”同國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫在美國(guó)費(fèi)城舉行六局大賽。結(jié)果 卡斯帕羅夫以4：2獲勝。 1997年5月3～11日， “深藍(lán)”再次挑戰(zhàn)卡斯帕羅夫，此時(shí)“深藍(lán)”的運(yùn)算速度達(dá)每秒2億次，比上次提高了一倍。結(jié)果“深藍(lán)”3.5：2.5獲勝。 目前對(duì)機(jī)器人學(xué)的研究主要還是以控制理論的反饋

14、概念為基礎(chǔ)的。也就是說(shuō)，迄今為止，機(jī)器人上的"智能"是由于應(yīng)用反饋控制而產(chǎn)生的。但是，反饋控制技術(shù)本身并不是建立在人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上的，而屬于古典工程控制理論范疇。 一方面，機(jī)器人學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展需要人工智能基本原理的指導(dǎo)，并采用各種人工智能技術(shù); 另一方面，機(jī)器人學(xué)的出現(xiàn)與發(fā)展又為人工智能的發(fā)展帶來(lái)了新的生機(jī)，產(chǎn)生了新的推動(dòng)力，并提供一個(gè)很好的試驗(yàn)與應(yīng)用場(chǎng)所。也就是說(shuō)，人工智能想在機(jī)器人學(xué)上找到實(shí)際應(yīng)用，并使問(wèn)題求解、搜索規(guī)劃、知識(shí)表示和智能系統(tǒng)等基本理論得到進(jìn)一步發(fā)展。 粗略地說(shuō)，由計(jì)算機(jī)(機(jī)器)來(lái)模仿人類的智能行為，就是人工智能，或稱為機(jī)器智能。而下一代新的機(jī)器人就是應(yīng)

15、用各種人工智能技術(shù)的機(jī)器人，所以叫做智能機(jī)器人。 智能機(jī)器人 盡管目前在工業(yè)上運(yùn)行的90%以上的機(jī)器人都談不上有什么智能，機(jī)器人執(zhí)行的許多任務(wù)也根本不需要運(yùn)用傳感器; 但是，隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展和自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高，對(duì)機(jī)器人的功能提出了更高的要求，特別是需要各種具有不同程度智能的機(jī)器人和機(jī)器人化裝置。 最近20年已生產(chǎn)出一批具有傳感裝置(如視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等)的機(jī)器人以及少數(shù)具有與環(huán)境進(jìn)行"對(duì)話"能力的交互機(jī)器人(interactive robot)。這些機(jī)器人就屬于智能機(jī)器人，它們能夠執(zhí)行一些過(guò)去無(wú)法解決的工作任務(wù)。 智能機(jī)器人已在自主系統(tǒng)和柔性加工系

16、統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用。自主機(jī)器人能夠設(shè)定自己的目標(biāo)，規(guī)劃并執(zhí)行自己的動(dòng)作，使自己不斷適應(yīng)環(huán)境的變化。柔性加工系統(tǒng)由機(jī)器人工段(robotic work cell)或柔性工段組成。每個(gè)機(jī)器人工段能夠完全自動(dòng)地完成一系列操作、裝卸、運(yùn)輸或加工。把機(jī)器人工段與其他工段相連接，就形成一個(gè)柔性組合式機(jī)器人生產(chǎn)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱柔性加工系統(tǒng)。 第二章 機(jī)器人小車硬件結(jié)構(gòu)解析 1，智能機(jī)器人小車概述： TY-1智能機(jī)器人小車是由江蘇省天一中學(xué)人工智能社團(tuán)師生共同設(shè)計(jì)，研發(fā)，制作的一款多功能，智能化，可編程機(jī)器人。該機(jī)器

17、人以小車作為基本活動(dòng)載體，搭配一塊功能強(qiáng)大的控制電路板，在配備各種傳感器的情況下可實(shí)現(xiàn)足球，滅火，探險(xiǎn)等多種可變復(fù)雜功能。另外，對(duì)比于當(dāng)前許多商品機(jī)器人，該機(jī)器人又具有結(jié)構(gòu)小巧，造價(jià)低廉的特點(diǎn)。所以，該機(jī)器人可作為中學(xué)生普及機(jī)器人知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力的良好載體。通過(guò)學(xué)生親身參與到設(shè)計(jì)，制作的全過(guò)程中，使學(xué)生從更深的此層次上加深對(duì)機(jī)器人的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣和愛(ài)好。 該智能機(jī)器人小車外觀如圖一所示： 圖一 TY-1智能機(jī)器人小車基本參數(shù)： 整體尺寸：130mm*155mm*110mm（長(zhǎng)*寬*高） 整車重量：450g 工作電壓：DC 7~12V 典型工作電壓：DC 7.2V

18、 工作電流：300~ 峰值電流：1A 行動(dòng)速度：20~250mm/ 2，智能機(jī)器人小車結(jié)構(gòu)解析： TY-1智能機(jī)器人小車基本構(gòu)成主要包括小車車架、機(jī)器人控制板和傳感器組成。 TY-1智能機(jī)器人小車車架主要包括左右減速電、左右驅(qū)動(dòng)輪子、車架固定板、萬(wàn)向輪、固定螺絲等幾個(gè)部分組成。 2.1減速電機(jī)： 減速電機(jī)采用普通直流電機(jī)，結(jié)合機(jī)械減速箱制作而成。價(jià)格低廉。由于采用塑料齒輪，不適合高扭矩的場(chǎng)合，但用于小功率機(jī)器人小車非常適合。 減速電機(jī)基本參數(shù)： 1,工作電壓: 3V～12V DC(建議工作電壓在6到8V左右)。 2,最大扭矩: 800gf cm

19、 min(3V時(shí))。 3,轉(zhuǎn)速比: 1:48。 4,負(fù)載電流: 70mA (250mA MAX)(3V時(shí))。 5，轉(zhuǎn)速15f/min(3V時(shí))。 2.2車輪： 輪子直徑約65MM，厚度約28MM，輪轂采用高強(qiáng)度塑料，輪胎采用黑色橡膠。 2.3萬(wàn)向輪： 萬(wàn)向輪采用具有滑動(dòng)轉(zhuǎn)向軸承的平面萬(wàn)向輪，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。輪子采用尼龍制造，經(jīng)久耐磨，質(zhì)量可靠。 2.4電源： 小車電源采用六節(jié)5號(hào)堿性電池，電池電壓為9V。小車電源采用六節(jié)5號(hào)五號(hào)鎳氫可充電電池，電池電壓為7.2V。 3，智能機(jī)器人小車控制板： 控制板是機(jī)器人小車核心部件之一。小車的智能化主要是由控制板來(lái)實(shí)現(xiàn)

20、的?？刂瓢宓闹饕饔檬峭ㄟ^(guò)運(yùn)行在板載微控制芯片中的用戶程序，來(lái)完成檢測(cè)、采集傳感器所接受到的外界信號(hào)，并根據(jù)程序編制的控制算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成小車的運(yùn)動(dòng)控制。 所以，微控制芯又是控制板的核心部件。它是一個(gè)小型的CPU，執(zhí)行指令，完成機(jī)器人小車的控制任務(wù)。本控制板所采用的是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的單周期，低功耗微控制芯片ATmega8。ATmega8單片機(jī)是高性能、低功耗的 8 位微處理器，8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512 字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，非常豐富的內(nèi)部設(shè)備，在構(gòu)成系統(tǒng)是不需要添加復(fù)雜的外圍芯片設(shè)備，因此適合低成本智能小車的應(yīng)用需

21、要。ATmega8是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega8 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega8 有如下特點(diǎn):8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash( 具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié) EE

22、PROM，1K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C), 片內(nèi)/ 外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口， 10 位6 路 (8 路為TQFP 與MLF 封裝)ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及五種可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而SRAM、T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休

23、眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)

24、(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。 通過(guò)將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega8 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega8 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語(yǔ)言編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板。 3.1智能機(jī)器人小車控制板接口說(shuō)明： 智能機(jī)器人小車控制板實(shí)物如下圖所示?？刂瓢鍘в?個(gè)電源輸入口，由于輸入DC 7~12VDE 工作電壓。1個(gè)九針串口，用于用戶程序下載到板載控制器Atmega8。14個(gè)三線數(shù)字信號(hào)輸入

25、輸出口，用于外接數(shù)字信號(hào)傳感器或數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。6個(gè)三線模擬信號(hào)輸入口，用于外接模擬信號(hào)傳感器的信號(hào)輸入。2個(gè)電機(jī)接口，用于外接控制直流電機(jī)。2個(gè)二線電機(jī)控制接口，其中一線用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，一線用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度（功率值）。 智能機(jī)器人小車控制板接口詳細(xì)說(shuō)明： 接口名稱 作用 說(shuō)明 電源插座 為控制板提供電源 DC 7~12V，插頭外內(nèi)電極為正，外電極為負(fù) 程序下載串口 用戶機(jī)器人程序下載 速率9600波特，8位數(shù)據(jù)，1位停止位 數(shù)字I/O口 數(shù)字傳感器信號(hào)輸入，或輸出數(shù)字控制信號(hào)。 D0~D13,三線接口，提供+5V、電源地和數(shù)字信號(hào)線。其中D9、D

26、10、D11還具有PWM信號(hào)輸出能力，用于控制電機(jī)等設(shè)備的功率值。如果微控制器用ATmega168替換，D3、D5、D6也具有PWM信號(hào)輸出能力，其他相同。數(shù)字信號(hào)電平范圍為0~+5V。 模擬I/O口 外接模擬信號(hào)傳感器的信號(hào)輸入。 A0~A5, 三線接口，提供+5V、電源地和模擬信號(hào)線。模擬信號(hào)電平范圍為0~+5V。超夠或許會(huì)損壞器件。 電機(jī)接口 外接控制直流電機(jī) J30 用于控制一號(hào)直流電機(jī)。J31用于控制二號(hào)直流電機(jī)。 電機(jī)控制接口 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速 MOTO1用于一號(hào)電機(jī)控制信號(hào)的輸入，其中 DIR1用于和數(shù)字接口連接，控制一號(hào)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向（高電平為正，低電

27、平為反）。PWM1用于和具有PWM輸出功能的數(shù)字接口連接用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速（功率值）。變化范圍為0~255.。MOTO2同MOTO1. J32 ISP 控制器Bootloader的燒寫 燒寫啟動(dòng)程序 SERIAL ON 串口使能 跳線在0-1之間時(shí)不允許串口工作，但可以停止串口電路，用于節(jié)能。跳線在1-2之間時(shí)允許串口工作，下載程序。 J3AUTOSESET 程序下載自動(dòng)復(fù)位 當(dāng)加上跳線開關(guān)時(shí)用戶程序在下載過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)在東南否則要手動(dòng)進(jìn)行。 3.2智能機(jī)器人小車控制板原理說(shuō)明： 智能機(jī)器人小車電源部分如下圖所示，電源插座P1接入外部電源，D1為防止電源反接二極管，C

28、1、C3為濾波電容，VIN為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源標(biāo)簽，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源從該處引出。U1為L(zhǎng)M7805五伏穩(wěn)壓集成塊。C2 ,C4是輸出濾波電容，+5V標(biāo)簽是控制板5V穩(wěn)壓電源的引出點(diǎn)。D2是電源指示發(fā)光二極管。 智能機(jī)器人小車程序下載串口如右圖所示，該電路是由分立元件構(gòu)成的串口電路。其中J1為串口使能選擇開關(guān)SERIAL ON，當(dāng)跳線開關(guān)置于1-2之間時(shí)，串口電路切斷+5V電源，串口電路不可使用，可以降低電源消耗。當(dāng)跳線開關(guān)置于2-3之間時(shí)，串口電路接通+5V電源，串口電路可以正常使用，用于用戶小車控制程序下載。J3為程序下載過(guò)程中的自動(dòng)復(fù)位跳線開關(guān)，當(dāng)加上跳線開關(guān)時(shí)用戶程序在下載過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)在東

29、南否則要手動(dòng)進(jìn)行。雖然該電路采用價(jià)格低廉的分立元件，單時(shí)間使用效果很好，工作非常穩(wěn)定。 智能機(jī)器人小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如右圖所示。該電路由電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路L293D結(jié)合一些外圍電路構(gòu)成。其中J30 MOTO1用于一號(hào)電機(jī)控制信號(hào)的輸入，DIR1用于和數(shù)字接口連接，控制一號(hào)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向（高電平為正，低電平為反）。PWM1用于和具有PWM輸出功能的數(shù)字接口連接用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速（功率值）。變化范圍為0~255。MOTO2同MOTO1。 智能機(jī)器人小車控制電路如下圖所示，該電路以耗微控制芯片（單片機(jī)）ATmega8為核心。其中，J32為控制器Bootloader啟動(dòng)程序的燒寫。J32

30、、J33為D0~D13十四個(gè)數(shù)字I/O口，用于數(shù)字傳感器信號(hào)輸入，或輸出數(shù)字控制信號(hào)。J34為A0~A5模擬六個(gè)模擬I/O口外，用于外接模擬信號(hào)傳感器的信號(hào)輸入。S1為手動(dòng)復(fù)位按鈕。其他都是一些輔助電路，原理簡(jiǎn)單，不再贅述。 4，智能機(jī)器人小車光電傳感器： 機(jī)器人小車實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜功能的基礎(chǔ)是首先要實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)導(dǎo)航。在本活動(dòng)中小車導(dǎo)航時(shí)是通過(guò)小車的巡線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下車巡線簡(jiǎn)單可靠，容易操作。本光電傳感器通過(guò)發(fā)光二極管D2發(fā)射可見(jiàn)光，在物體表面反射后被光敏三極管接受到?？刂瓢逋ㄟ^(guò)檢測(cè)光敏三極管兩端的電壓值來(lái)判斷物體表面的顏色。 第三章 機(jī)器人小車編

31、程語(yǔ)言及環(huán)境 由于本次活動(dòng)的機(jī)器人控制器所采用的微控制器型號(hào)和網(wǎng)絡(luò)上廣泛流行的Arduino開源互動(dòng)平臺(tái)項(xiàng)目完全一致，所以在機(jī)器人開發(fā)語(yǔ)言和編程環(huán)境上面完全可以借用該平臺(tái)的一切資源。一來(lái)可以降低機(jī)器人小車設(shè)計(jì)制作的難度，更主要的是Arduino開源互動(dòng)平臺(tái)是一個(gè)資源非常廣泛，支持者和愛(ài)好者眾多的優(yōu)秀平臺(tái)。 1，Arduino語(yǔ)言 Arduino語(yǔ)言是建立在C/C++基礎(chǔ)上的，其實(shí)也就是基礎(chǔ)的C語(yǔ)言，Arduino語(yǔ)言只不過(guò)把AVR單片機(jī)（微控制器）相關(guān)的一些參數(shù)設(shè)置都函數(shù)化，不用我們?nèi)チ私馑牡讓樱屛覀儾涣私釧VR單片機(jī)（微控制器）的朋友也能輕松上手。 在與Arduin

32、o DIYER接觸的這段時(shí)間里，發(fā)現(xiàn)有些朋友對(duì)Arduino語(yǔ)言還是比較難入手，那么這里我就簡(jiǎn)單的注釋一下Arduino語(yǔ)言（本人也是半罐子水，有錯(cuò)的地方還請(qǐng)各位指正）。 1.1， 基礎(chǔ)C語(yǔ)言 1.1.1關(guān)鍵字： if...else 必須緊接著一個(gè)問(wèn)題表示式(expression)，若這個(gè)表示式為真，緊連著表示式后的代碼就會(huì)被執(zhí)行。若這個(gè)表示式為假，則執(zhí)行緊接著else之后的代碼. 只使用 if不搭配else是被允許的。 范例： if (val == 1) { digitalWrite(LED,HIGH); } for 用來(lái)明定一段區(qū)域代碼重復(fù)指行的次數(shù)。 范例

33、： for (int i = 0; i < 10; i++) { ("ciao"); } switch case if敘述是程序里的分叉路口，switch case 是更多選項(xiàng)的路口。Swith case 根據(jù)變量值讓程序有更多的選擇，比起一串冗長(zhǎng)的if敘述，使用swith case可使程序代碼看起來(lái)比較簡(jiǎn)潔。 范例 ：switch (sensorValue) { case 23: digitalWrite(13,HIGH); break; case 46: digitalWrite(12,HIGH); break; default: // 以上條

34、件都不符合時(shí)，預(yù)設(shè)執(zhí)行的動(dòng)作 digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); } while 當(dāng)while之后的條件成立時(shí)，執(zhí)行括號(hào)內(nèi)的程序代碼。 范例 : // 當(dāng)sensor值小于512，閃爍LED燈 sensorValue = analogRead(1); while (sensorValue < 512) { digitalWrite(13,HIGH); delay(100); digitalWrite(13,HIGH); delay(100); sensorValue = analogRead(1)

35、; } do... while 和while 相似，不同的是while前的那段程序代碼會(huì)先被執(zhí)行一次，不管特定的條件式為真或?yàn)榧?。因此若有一段程序代碼至少需要被執(zhí)行一次，就可以使用do…while架構(gòu)。 范例 ：do { digitalWrite(13,HIGH); delay(100); digitalWrite(13,HIGH); delay(100); sensorValue = analogRead(1); } while (sensorValue < 512); break 讓程序代碼跳離循環(huán)，并繼續(xù)執(zhí)行這個(gè)循環(huán)之后的程序代碼。此外，在break也

36、用于分隔switch case 不同的敘述。 范例 : //當(dāng)sensor值小于512，閃爍LED燈 do { // 按下按鈕離開循環(huán) if (digitalRead(7) == HIGH) break; digitalWrite(13,HIGH); delay(100); digitalWrite(13,HIGH); delay(100); sensorValue = analogRead(1); } while (sensorValue < 512); continue 用于循環(huán)之內(nèi)，它可以強(qiáng)制跳離接下來(lái)的程序，并直接執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)。 范例

37、 : for (light = 0; light < 255; light++) { // 忽略數(shù)值介于 140 到 200之間 if ((x > 140) && (x < 200)) continue; analogWrite(PWMpin, light); delay(10); } return 函數(shù)的結(jié)尾可以透過(guò)return回傳一個(gè)數(shù)值。 例如，有一個(gè)計(jì)算現(xiàn)在溫度的函數(shù)叫 computeTemperature()，你想要回傳現(xiàn)在的溫度給temperature變量，你可以這樣寫： int temperature = computeTemperature(

38、); int computeTemperature() { int temperature = 0; temperature = (analogRead(0) + 45) / 100; return temperature; } goto 1.1.2語(yǔ)法符號(hào)： ; (分號(hào)) Arduino 語(yǔ)言每一行程序都是以分號(hào)為結(jié)尾。這樣的語(yǔ)法讓你可以自由地安排代碼，你可以將兩個(gè)指令放置在同一行，只要中間用分號(hào)隔開。 （但這樣做可能降低程式的可讀性。） 范例： delay(100); {} (大括號(hào)) 大括號(hào)用來(lái)將程式代碼分成一個(gè)又一個(gè)的區(qū)塊，如以下范例

39、所示，在loop()函數(shù)的前、后，必須用大括號(hào)括起來(lái)。 范例： void loop(){ n("cial"); 程式的注釋就是對(duì)代碼的解釋和說(shuō)明，編寫注釋有助于程式設(shè)計(jì)師(或其他人)了解代碼的功能。 Arduino處理器在對(duì)程式碼進(jìn)行編譯時(shí)會(huì)忽略注釋的部份。 Arduino 語(yǔ)言中的編寫注釋有兩種方式。 //單行注釋： 這整行的文字會(huì)被處理器忽略 /*多行注釋： 在這個(gè)范圍內(nèi)你可以 。寫一整首詩(shī) */ 1.1.3運(yùn)算符： = + 相加 - 相減 * 相乘 / 相除 % 余數(shù)除法 == 等于 !=不等于 <

40、小于 > 大于 <= 小于等于 >= 大于等于 && 交集 || 聯(lián)集 ! 反相 ++ 累加 遞減 += -= *= /= 1.1.4Arduuino復(fù)合運(yùn)算符 += , -= , *= , /= 對(duì)一個(gè)變量和另一個(gè)參數(shù)或變量完成一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算。+=（以及其他）可以縮短語(yǔ)法長(zhǎng)度。 Syntax語(yǔ)法 x += y; // 等價(jià)于 x = x + y; x -= y; // 等價(jià)于 x = x - y; x *= y; // 等價(jià)于 x = x *

41、 y; x /= y; // 等價(jià)于 x = x / y; Parameters參數(shù) x：任何變量類型 y：任何變量類型或常數(shù) Examples范例 x = 2; x += 4; // x現(xiàn)在為6 x -= 3; // x現(xiàn)在為3 x *= 10; // x現(xiàn)在為30 x /= 2; // x現(xiàn)在為15 Syntax語(yǔ)法 x++; // increment x by one and returns the old value of x // 將x的值加1并返回原來(lái)的x的值

42、。 ++x; // increment x by one and returns the new value of x // 將x的值加1并返回現(xiàn)在的x的值。 x-- ; // decrement x by one and returns the old value of x // 將x的值減1并返回原來(lái)的x的值。 --x ; // decrement x by one and returns the new value of x // 將x的值減1并返回現(xiàn)在的x的值。 Parameters參數(shù) x: an

43、integer or long (possibly unsigned) x：一個(gè)整數(shù)或長(zhǎng)整數(shù)（可以無(wú)符號(hào)） Returns返回 The original or newly incremented / decremented value of the variable. 返回變量原始值或增加/消耗后的新值。 Examples范例 x = 2; y = ++x; // x now contains 3, y contains 3 // x現(xiàn)在為3，y為3 y = x--; // x cont

44、ains 2 again, y still contains 3 // x現(xiàn)在仍然為2，y將為3 1.1.5數(shù)據(jù)類型： boolean 布林 布爾變數(shù)的值只能為真(true)或是假(false) char 字符 單一字符例如 A，和一般的計(jì)算機(jī)做法一樣Arduino 將字符儲(chǔ)存成一個(gè)數(shù)字，即使你看到的明明就是一個(gè)文字。 用數(shù)字表示一個(gè)字符時(shí)，它的值有效范圍為 -128 到127。 注意：有兩種主流的計(jì)算機(jī)編碼系統(tǒng)ASCII 和UNICODE。ASCII 表示了127個(gè)字符， 用來(lái)在序列終端機(jī)和分時(shí)計(jì)算器之間傳輸文字。 UN

45、ICODE可表示的字符量比較多，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)它可以用來(lái)表示多國(guó)語(yǔ)言。 在位數(shù)需求較少的信息傳輸時(shí)，例如意大利文或英文這類由拉丁文，阿拉伯?dāng)?shù)字和一般常見(jiàn)符號(hào)構(gòu)成的語(yǔ)言，ASCII仍是目前主要用來(lái)交換信息的編碼法。 byte 字節(jié)類型 儲(chǔ)存的數(shù)值范圍為0到255。如同字符一樣字節(jié)型態(tài)的變量只需要用一個(gè)字節(jié)(8位)的內(nèi)存空間儲(chǔ)存。 int 整數(shù) 整數(shù)數(shù)據(jù)型態(tài)用到2字節(jié)的內(nèi)存空間，可表示的整數(shù)范圍為 –32,768 到 32,767; 整數(shù)變量是Arduino內(nèi)最常用到的數(shù)據(jù)型態(tài)。 unsigned int 無(wú)符號(hào)整數(shù)(絕對(duì)值) 無(wú)號(hào)整數(shù)同樣利用2

46、字節(jié)的內(nèi)存空間，無(wú)號(hào)意謂著它不能儲(chǔ)存負(fù)的數(shù)值，因此無(wú)號(hào)整數(shù)可表示的整數(shù)范圍為0 到 65,535。 long 長(zhǎng)整數(shù) 長(zhǎng)整數(shù)利用到的內(nèi)存大小是整數(shù)的兩倍，因此它可表示的整數(shù)范圍從 –2,147,483,648 到 2,147,483,647。 unsigned long 無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整數(shù) 無(wú)號(hào)長(zhǎng)整數(shù)可表示的整數(shù)范圍為0 到 4,294,967,295。 float 浮點(diǎn)數(shù) 浮點(diǎn)數(shù)就是用來(lái)表達(dá)有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)值，每個(gè)浮點(diǎn)數(shù)會(huì)用掉四字節(jié)的RAM，注意芯片內(nèi)存空間的限制，謹(jǐn)慎的使用浮點(diǎn)數(shù) 。 double 雙字節(jié)浮點(diǎn) 也叫雙精度浮點(diǎn)數(shù)，可表達(dá)最大值

47、為 1.3157 x 10308。 string 字符串 字符串用來(lái)表達(dá)文字信息，它是由多個(gè)ASCII字符組成(你可以透過(guò)序串端口發(fā)送一個(gè)文字訊息或者將之顯示在液晶顯示器上)。字符串中的每一個(gè)字符都用一個(gè)組元組空間儲(chǔ)存，并且在字符串的最尾端加上一個(gè)空字符以提示Ardunio處理器字符串的結(jié)束。下面兩種宣告方式是相同的。 例如： char string1[] = "Arduino";//7字符+1空字符 char string2[8] = "Arduino"; // 與上行相同 array 數(shù)組 一串變量可以透過(guò)索引去直接取得。假如你想要儲(chǔ)存不同程

48、度的LED亮度時(shí)，你可以宣告六個(gè)變量light01，light02，light03，light04，light05，light06，但其實(shí)你有更好的選擇，例如宣告一個(gè)整數(shù)數(shù)組變量如下： int light[6] = {0 , 20 , 50 , 75 , 100} "array" 這個(gè)字為沒(méi)有直接用在變量宣告，而是[]和{}宣告數(shù)組。 1.1.6 控制指令 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換： char() byte() int() long() float() 常量：在Arduino語(yǔ)言中事先定義了一些具特殊用途的保留字。 HIGH | LOW 表示數(shù)字IO口的電

49、平，HIGH 表示高電平（1）， LOW 表示低電平（0）。 HIGH 和LOW 也用來(lái)表示你開啟或是關(guān)閉了一個(gè)Arduino的腳位(pin) INPUT | OUTPUT 表示數(shù)字IO口的方向，INPUT 表示輸入（高阻態(tài)），OUTPUT 表示輸出（AVR能提供5V電壓 40mA電流）。 true | false true 表示真（1），false表示假（0）。 變數(shù)： 變量用來(lái)指定Arduino 內(nèi)存中的一個(gè)位置，變量可以用來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，程序人員可以透過(guò)腳本代碼去不限次數(shù)的操作變數(shù)的值。 因?yàn)锳rduino 是一個(gè)非常簡(jiǎn)易的微處理器，但你要宣告一個(gè)

50、變量時(shí)必須先定義他的數(shù)據(jù)型態(tài)，好讓微處理器知道準(zhǔn)備多大的空間以儲(chǔ)存這個(gè)變量值。 1.2， Arduino 語(yǔ)言結(jié)構(gòu) 以上為基礎(chǔ)c語(yǔ)言的關(guān)鍵字和符號(hào)，有c語(yǔ)言基礎(chǔ)的都應(yīng)該了解其含義，這里也不作過(guò)多的解釋。 1.2.1結(jié)構(gòu)： 聲明變量及接口名稱（int val;int ledPin=13;）。 void setup() 在程序開始時(shí)使用，在這個(gè)函數(shù)范圍內(nèi)放置初始化Arduino 板子的程式，主要程式開始撰寫前， 使Arduino 板子裝置妥當(dāng)?shù)闹噶羁梢猿跏蓟兞?、管腳接口模式、啟用庫(kù)等（例如：pinMode(ledPin,OUTPUT);）。 void l

51、oop() 在setup()函數(shù)之后，即初始化之后，loop() 讓你的程序循環(huán)地被執(zhí)行。使用它來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)Arduino。連續(xù)執(zhí)行函數(shù)內(nèi)的語(yǔ)句，這部份的程式會(huì)一直重復(fù)的被執(zhí)行，直到Arduino 板子被關(guān)閉。 1.2.2功能 數(shù)字 I/O pinMode(pin, mode) 數(shù)字IO口輸入輸出模式定義函數(shù)，將接口定義為輸入或輸出接口，用在setup()函數(shù)里，pin表示為0～13接口名稱， mode表示為INPUT或OUTPUT。即“ pinMode(接口名稱,OUTPUT或INPUT)”。 范例 : pinMode(7,INPUT); // 將腳位 7 設(shè)定

52、為輸入模式 digitalWrite(pin, value) 數(shù)字IO口輸出電平定義函數(shù)，將數(shù)字接口值至高或低、開或關(guān)，pin表示為0～13，value表示為HIGH或LOW，即digitalWrite(接口名稱, HIGH或LOW)。但腳位必須先透過(guò)pinMode明示為輸入或輸出模式digitalWrite才能生效。比如定義HIGH可以驅(qū)動(dòng)LED。 范例 : digitalWrite(8,HIGH); //將腳位 8設(shè)定輸出高電位 int digitalRead(pin) 數(shù)字IO口讀輸入電平函數(shù)，讀出數(shù)字接口的值，pin表示為0～13，value表示為HI

53、GH或LOW，即digitalRead（接口名稱）。比如可以讀數(shù)字傳感器。當(dāng)感測(cè)到腳位處于高電位時(shí)時(shí)回傳HIGH，否則回傳LOW。 范例 : val = digitalRead(7); // 讀出腳位 7 的值并指定給 val 1.2.3模擬 I/O int analogRead(pin) 模擬IO口讀函數(shù)，從指定的模擬接口讀取值，Arduino對(duì)該模擬值進(jìn)行10-bit的數(shù)字轉(zhuǎn)換，這個(gè)方法將輸入的0-5電壓值轉(zhuǎn)換為 0到1023間的整數(shù)值。pin表示為0～5（Arduino Diecimila為0～5，Arduino nano為0～7）。即“analogRead

54、(接口名稱)”，比如可以讀模擬傳感器（10位AD，0～5V表示為0～1023）。 范例 : val = analogRead(0); //讀出類比腳位 0 的值并指定給 val變數(shù) analogWrite(pin, value) 數(shù)字IO口PWM輸出函數(shù)，給一個(gè)接口寫入模擬值（PWM波）。改變PWM腳位的輸出電壓值。對(duì)于 ATmega168芯片的Arduino（包括Mini或BT），該函數(shù)可以工作于 3, 5, 6, 9, 10和 11號(hào)接口，即“analogWrite(接口名稱, 數(shù)值)”,pin表示3, 5, 6, 9, 10, 11，value表示為0～255。比如可用于電機(jī)

55、PWM調(diào)速或音樂(lè)播放。 例如：輸出電壓2.5伏特（V），該值大約是128。 范例 : analogWrite(9,128); // 輸出電壓約2.5伏特（V） 1.2.4 擴(kuò)展 I/O shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value) SPI外部IO擴(kuò)展函數(shù)，通常使用帶SPI接口的74HC595做8個(gè)IO擴(kuò)展，把資料傳給用來(lái)延伸數(shù)位輸出的暫存器，此函式通常使用在延伸數(shù)位的輸出。函式使用一個(gè)腳位表示資料、一個(gè)腳位表示時(shí)脈。dataPin為數(shù)據(jù)口，clockPin為時(shí)鐘口，bitOrder用來(lái)表示位元間移動(dòng)的方式，為數(shù)據(jù)傳輸方向（

56、MSBFIRSTMSBFIRSTMSBFIRSTMSBFIRST高位在前，LSBFIRSTLSBFIRSTLSBFIRSTLSBFIRST低位在前），value會(huì)以byte形式輸出，表示所要傳送的數(shù)據(jù)（0～255），另外還需要一個(gè)IO口做74HC595的使能控制。 范例 : shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, 255); unsigned long pulseIn(pin, value) 脈沖長(zhǎng)度記錄函數(shù)，設(shè)定讀取腳位狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，返回時(shí)間參數(shù)（us），例如使用紅外線、加速度感測(cè)器測(cè)得某一項(xiàng)數(shù)值時(shí)，在時(shí)間單位內(nèi)不會(huì)改變狀態(tài)。pin表示

57、為0～13，value為HIGH或LOW。比如value為HIGH，那么當(dāng)pin輸入為高電平時(shí)，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)pin輸入為低電平時(shí)，停止計(jì)時(shí)，然后返回該時(shí)間。 范例 : time = pulsein(7,HIGH); // 設(shè)定腳位7的狀態(tài)在時(shí)間單位內(nèi)保持為HIGH 1.2.5時(shí)間函數(shù) unsigned long millis() 返回時(shí)間函數(shù)（單位ms）， 回傳晶片開始執(zhí)行到目前的毫秒，該函數(shù)是指，當(dāng)程序運(yùn)行就開始計(jì)時(shí)并返回記錄的參數(shù)，該參數(shù)溢出大概需要50天時(shí)間。 范例: duration = millis()-lastTime; // 表示自"lastTime"至

58、當(dāng)下的時(shí)間 delay(ms) 延時(shí)函數(shù)（單位ms），延時(shí)一段時(shí)間，暫停晶片執(zhí)行多少毫秒， delay(1000)為一秒。 范例: delay(500); //暫停半秒（500毫秒） delayMicroseconds(us) 延時(shí)函數(shù)（單位us）暫停晶片執(zhí)行多少微秒。 delayMicroseconds(1000); //暫停1豪秒 1.2.6數(shù)學(xué)函數(shù) min(x, y) 求最小值 ，回傳兩數(shù)之間較小者 范例： val = min(10,20); // 回傳10 max(x, y) 求最大值 ，回傳兩數(shù)之間較大者 范例： val = max

59、(10,20); // 回傳20 abs(x) 計(jì)算絕對(duì)值 ，回傳該數(shù)的絕對(duì)值，可以將負(fù)數(shù)轉(zhuǎn)正數(shù)。 范例： val = abs(-5); // 回傳5 constrain(x, a, b) 約束函數(shù)，下限a，上限b，判斷x變數(shù)位于a與b之間的狀態(tài)。x若小于a回傳a；介于a與b之間回傳x本身；大于b回傳b 范例： val = constrain(analogRead(0), 0, 255); // 忽略大于255的數(shù) map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh) 約束函數(shù)，value必須在fromLow與toLow之

60、間和fromHigh與toHigh之間。將value變數(shù)依照f(shuō)romLow與fromHigh范圍，對(duì)等轉(zhuǎn)換至toLow與toHigh范圍。時(shí)常使用于讀取類比訊號(hào)，轉(zhuǎn)換至程式所需要的范圍值。 例如： val = map(analogRead(0),0,1023,100, 200); // 將analog0 所讀取到的訊號(hào)對(duì)等轉(zhuǎn)換至100，200之間的數(shù)值。 pow(base, exponent) 開方函數(shù)，base的exponent次方?；貍饕粋€(gè)數(shù)(base)的指數(shù)(exponent)值。 范例： double x = pow(y, 32); // 設(shè)定x為y的32次方

61、 sq(x) 平方 sqrt(x) 開根號(hào) 回傳double型態(tài)的取平方根值。 范例： double a = sqrt(1138); // 回傳1138平方根的近似值 33. 1.2.7三角函數(shù) sin (rad) 回傳角度（radians）的三角函數(shù)sine值。 范例： double sine = sin(2); // 近似值 0. cos(rad) 回傳角度（radians）的三角函數(shù)cosine值。 范例： double cosine = cos(2); //近似值-0. tan(rad) 回傳角度（radia

62、ns）的三角函數(shù)tangent值。 范例： double tangent = tan(2); //近似值-2. 1.2.8隨機(jī)數(shù)函數(shù) randomSeed(seed) 隨機(jī)數(shù)端口定義函數(shù)，seed表示讀模擬口analogRead(pin)函數(shù) 。 事實(shí)上在Arduino里的亂數(shù)是可以被預(yù)知的。所以如果需要一個(gè)真正的亂數(shù)，可以呼叫此函式重新設(shè)定產(chǎn)生亂數(shù)種子。你可以使用亂數(shù)當(dāng)作亂數(shù)的種子，以確保數(shù)字以隨機(jī)的方式出現(xiàn)，通常會(huì)使用類比輸入當(dāng)作亂數(shù)種子，藉此可以產(chǎn)生與環(huán)境有關(guān)的亂數(shù)（例如：無(wú)線電波、宇宙雷射線、電話和螢光燈發(fā)出的電磁波等）。 范例： randomSeed(an

63、alogRead(5)); // 使用類比輸入當(dāng)作亂數(shù)種子 long random(max) 隨機(jī)數(shù)函數(shù)，返回?cái)?shù)據(jù)大于等于0，小于max。 范例： long randnum = random(11); // 回傳 0 -10之間的數(shù)字 long random(min, max) 隨機(jī)數(shù)函數(shù)，返回?cái)?shù)據(jù)大于等于min，小于max。 范例： long randnum = random(0, 100); // 回傳0 – 99 之間的數(shù)字 1.2.9外部中斷函數(shù) attachInterrupt(interrupt, , mode) 外部中斷只能用到

64、數(shù)字IO口2和3，interrupt表示中斷口初始0或1，表示一個(gè)功能函數(shù)，mode：LOWLOWLOWLOW低電平中斷，CHANGECHANGECHANGECHANGE有變化就中斷，RISINGRISINGRISINGRISING上升沿中斷，F(xiàn)ALLINGFALLINGFALLINGFALLING 下降沿中斷。 detachInterrupt(interrupt) 中斷開關(guān)，interrupt=1 開，interrupt=0 關(guān)。 1.2.10中斷使能函數(shù) interrupts() 使能中斷 10noInterrupts() 禁止中斷 1.2.11串

65、口收發(fā)函數(shù) (speed) 串口定義波特率函數(shù)，設(shè)置串行每秒傳輸數(shù)據(jù)的速率（波特率），可以指定Arduino從電腦交換訊息的速率，通常我們使用9600 bps。，speed表示波特率，如9600，19200等。在同計(jì)算機(jī)通訊時(shí)，使用下面這些值：300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600或 115200 bps（每秒位元組）。。你也可以在任何時(shí)候使用其它的值，比如，與0號(hào)或1號(hào)插口通信就要求特殊的波特率。用在setup()函數(shù)里 范例： (9600) int able() 判斷緩沖器狀態(tài)?；?/p>

66、傳有多少位元組（bytes）的資料尚未被read()函式讀取，如果回傳值是0代表所有序列埠上資料都已經(jīng)被read()函式讀取。 范例： int count = able(); int () 讀串口并返回收到參數(shù)。 ()——讀取持續(xù)輸入的數(shù)據(jù)。讀取1byte的序列資料 范例： int data = (); () 清空緩沖器。 有時(shí)候因?yàn)橘Y料速度太快，超過(guò)程式處理資料的速度，你可以使用此函式清除緩沖區(qū)內(nèi)的資料。經(jīng)過(guò)此函式可以確保緩沖區(qū)(buffer)內(nèi)的資料都是最新的。 范例： (); (data) 從串行端口輸出數(shù)據(jù)。(數(shù)據(jù))默認(rèn)為十進(jìn)制等于(數(shù)據(jù)，DEC)。 (data, encoding) 經(jīng)序列埠傳送資料，提供編碼方式的選項(xiàng)。(數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的進(jìn)制)如果沒(méi)有指定，預(yù)設(shè)以一般文字傳送。 范例： (75); // 列印出 "75" (75, DEC); //列印出 "75" (75, HEX); // "4B" (75 的十六進(jìn)位) (75, OCT); // "113" (75 in的八進(jìn)位) (75,