模块化软件在单片机及教学机器人上的应用新书介绍

模块化软件在单片机及教学机器人上的应用新书介绍前 言随着科学技术的发展，智能机器人这一综合技术（通用技术与信息技术）的前沿领域也得到了飞速的发展，有专家预言，从信息产业的角度看，本世纪第一个十年将是智能机器人的时代。一、开展智能机器人教育的必要性今日教育的超前发展，是为以后的经济和社会发展打基础。为了使现在的学生能够适应未来信息时代的要求，在信息技术基础教育内容中及时增加有关智能机器人知识的教学内容是有必要的。随着智能机器人市场的逐步形成，为青少年专门开发的智能机器人平台也应运而生，从而为大专、中学、小学开展智能机器人的教学创造了物质条件。1智能机器人教育的意义智能机器人的教学和活动能够培养学生的创新精神和实践能力，有助于探索我国教育改革的新途径，其意义不言而喻：（1）有利于培养创造型人才，提高国民素质，全面实现创新能力教育目标。（2）有利于全面贯彻党的教育方针，全面实施并推进素质教育。（3）有利于迎接知识经济的挑战，全面实施科教兴国的战略。（4）有利于挖掘青少年的创造潜能，促进青少年素质全面、和谐、创新发展。2智能机器人的技术教育价值 （1）技术的综合性。智能机器人集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能、多媒体技术、通信技术、网络技术、语音控制与识别等众多领域的科学与技术知识，可以说，目前没有一种技术平台比智能机器人更综合。 （2）技术的先进性。智能机器人是技术前沿之一，集成了许多领域的先进技术。 （3）技术的自我更新性。智能机器人发展的终极目标是类人机器人，需要人类几十年的努力，在此发展过程中，智能机器人能自主吸收众多技术领域的新发展，具有良好的技术自我更新性，从而在本质上保证了智能机器人作为技术教育平台能持续走在时代前列。 （4）自主体验性。智能机器人非常便于设计各种科技作品或比赛，学生在实施智能机器人科技作品的自主体验过程中，能够培养动手能力、创新能力、综合能力、协作能力和进取精神等。 （5）兴趣激发性。智能机器人科技作品或比赛富有挑战性，趣味盎然，有效激发学生对技术的兴趣。 其中（4）、（5）两项特性和新的自主体验教育模式吻合。其实，智能机器人作为新的技术教育装备，本质上支持自主体验教育模式，也只有采用自主体验教育模式，教育智能机器人才能体现真实的教育价值。 3智能机器人和高中技术教育的契合在教育部将颁布的“高中技术课程标准”的内容模块中，“信息技术基础”、“算法与程序设计”、“人工智能初步”、“技术与设计”、“电子控制技术”、“简易机器人制作”等6个模块的知识和实体智能机器人的知识吻合，吻合度近50，这得益于智能机器人的技术综合性。“算法与程序设计”、“网络技术应用”、“多媒体应用”、“数据管理技术”、“服装及其设计”、“建筑与其设计”等6个模块的知识和虚拟智能机器人的知识，又有将近50的吻合度，这得益于虚拟智能机器人的技术综合性。虚拟智能机器人与实体智能机器人结合互动、联动，把12个模块的知识和智能机器人的知识吻合，有将近90以上的吻合度，这得益于智能机器人的技术综合性。如果再加上机器人语音识别技术，人机对话及语音控制等应用，智能机器人包含的科技知识面更广泛了。根据以上分析，教育智能机器人作为技术教育的全新装备在中国即将全面展开的基础教育改革中将扮演极为重要的角色。 4简易机器人制作的内容和要求简易机器人制作，是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的模块，主要内容有单片机及其控制程序、单片机与控制电路、单片机与传动机械，如图1所示。通过本模块的学习，学生应该知道单片机和机械传动的基本知识，能设计与制作由单片机和传动机械等组成的简易自动控制机器或简单的自动控制系统。单片机与传动机械单片机与控制电路单片机及其控制程序简易机器人制作图1 简易机器人制作模块教学中要重视使用计算机技术提供的学习平台，突出简易机器人的实际应用，合理选择价格低廉、可多次编程的单片机型号和通俗易懂的单片机编程语言。并应注意应用实例的典型性，着重系统和技术试验等技术思想方法在设计过程中的具体运用，力争达到举一反三的效果。二、本书编写目的SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人可以像积木一样组合，仅用一条ISP下载线就可开发AVR系列单片机及教学机器人。SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人硬件普遍适用于小学、中学和大专院校学生学习单片机技术和机器人创新开发，简单易学，且成本低、应用广泛。双龙电子公司创建的结构化模块化SLBASIC/SLROBOT C解释型语言软件及模块化图形化SLBASIC/SLROBOT C流程图语言软件，语言简要清晰、直观、形象、容易掌握，入门快，精通也快，易于初学者理解和掌握。SLBASIC语言的语句，采用大家熟悉的高级语言BASIC基本语句，以行号形式书写；SLROBOT C语言的语句，采用大家熟悉的高级C语言的格式书写。与单片机汇编语言相比，模块化SLBASIC/SLROBOT C解释型及流程图语言软件（简称双龙模块化语言软件）有许多优点：（1）接近人类语言习惯易学好用。（2）采用模块化程序结构，使复杂问题简单化无语法编译错误。（3）语句功能强，通用性好，易于移植可以适合各种单片机。（4）程序的可读性和维护性好理解快。双龙模块化语言软件有面向通用单片机I/O口和专用外设的操作语句、结构化语句、模块化的程序设计语句，所以可把很多复杂问题简单化。双龙模块化语言软件目前适用AVR单片机、SPCE061A语音单片机及含ISP/IAP功能的MCS-51单片机和PIC单片机等，这是跨平台软件。普通高中新课程标准中的有关课程内容，尤其“简易机器人制作”课程，内容丰富且课时很紧，使用双龙模块化语言软件就能很好地解决这种矛盾。因为双龙模块化语言软件面向单片机I/O口，可以很简单清晰地讲解、演示I/O口功能；它采用高级语言书写形式，接近人类语言及思维方式，有程序流程结构形式，入门容易，精通也快。所以双龙模块化语言软件，是单片机、机器人初学者的首选语言。学习者如果要进一步深造，同样的单片机硬件、同样的机器人硬件、同样的双龙模块化语言软件程序例子，双龙电子还提供对应用单片机汇编语言、对应多种高级语言达到同样效果的程序例子供读者学习参考。基于此，本书将重点介绍如何利用SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人进行单片机技术学习、机器人制作及创新开发，以期为青少年用单片机实现科技创新和用机器人参加竞技比赛，以及参与单片机、机器人课程教学提供强有力的工具。1服务于全国科技创新大赛邓小平同志说过，教育要面向现代化，面向世界，面向未来。创新是一个民族进步的灵魂，高科技必须从青少年开始抓起。改革开放以来，我国十分重视青少年的高科技教育和创新活动，在全国开展了科技创新大赛。（1）每年四月，由教育部关心下一代工作委员会、中国关心下一代委员会办公室、中国少年先锋队全国工作委员会办公室、中国科学技术协会青少年工作部、中国发明协会办公室等单位主办全国性“中小学生信息技术创新与实践活动”，竞赛项目共有8大类15小类，其中智能机器人与发明创新占了重要地位。（2）每年八月，由中国科协、教育部、科技部、国家环境保护总局、国家体育总局、自然科学基金委员会、共青团中央、全国妇联等单位主办的“全国青少年科技创新大赛”，已有二十多年的历史，设专区展示青少年机器人创意设计的优秀作品。设立这些全国性青少年科技创新和科学研究项目的科技比赛的根本宗旨在于推动青少年科技活动的开展，培养青少年的创新精神和实践能力，提高青少年的科技素质，鼓励优秀人才的涌现。最近几届全国青少年创新大赛中，利用单片机的创新项目占总项目的比例大幅度增加，这使得人们开始关注简便易学的单片机，了解单片机作为嵌入式微控制器的真实含义，并且已意识到这是提高青少年动手能力、提高学生素质教育的好方法。在最近几年的创新大赛中，双龙公司的SL-DIY系列实验板得到了广泛的应用，也取得了不俗的成绩，例如北京景山学校的“跳舞机器人”和“双足行走机器人”、北京101中学的“自学习远程控制可视探测机器人”等。另外，中国矿大（徐州）、北京邮电大学、重庆师范大学等应用SL-DIY系列实验板参加大学生电子大赛及CCTV大赛，也获得了多项大奖。2服务于“简易机器人制作”等课程目前根据我国相关规定，普通高中技术课程标准中，“简易机器人制作”已经被纳入普通高中选修课程。简易机器人制作课程为学生运用先进技术和先进方法进行创新设计和制作，提供了展示才华的舞台。另外高中新课程标准中“电子控制技术”、“技术与设计”等课程中的相关教学内容也可用通用单片机来做演示实验和创新开发。三、本书主要内容和使用说明1主要内容本书结合广州天河双龙电子有限公司研发的SL-DIY08-8单片机开发实验器及以该主机板为核心组成的教学机器人，着重阐述了如何创新开发制作，以及如何对教学机器人设计编程、对教学机器人进行调试控制。第1章讲述了SL-DIY08-8系列单片机开发实验板工作原理，以及如何用积木式组成单片机实验板及构建教学机器人硬件结构系统。第2章介绍了模块化图形化SLBASIC流程图软件的特点、流程图软件的基本模块及编程下载调试方法。第3章介绍了模块化SLBASIC解释型语言软件的特点及其使用。第4章介绍了模块化图形化SLROBOT C流程图软件的特点、流程图软件的基本模块及编程下载调试方法。第5章介绍了模块化SLROBOT C解释型语言软件的特点及其使用。第6章介绍了如何用SL-DIY08-8单片机开发实验器及教学机器人去实现科技创新开发。第7章研究SLBASIC语言综合程序编程设计，从大量程序实例中，了解、掌握程序设计方法，从而达到自己创新开发编写应用程序。第8章介绍了SL-DIY08-8教学机器人用多种软件的开发方法。第9章介绍了SLVOC50S语音模块的开发与应用，学会设计“会说话”的产品。2使用说明本书是一本实用性、实践性很强的机器人开发应用指导教材，可作为“简易机器人制作”课程、青少年科技创新大赛的教学参考书或指导老师的实用参考书，也可作为单片机、教学机器人的培训教材。广州天河双龙电子有限公司还可提供机器人图片、录像、单片机相关工作软件、单片机及机器人应用源程序，以及图文并茂的多媒体培训光盘作为本书的补充。读者可以从双龙公司网站上免费获得双龙图形编辑软件、虚拟机器人软件、语音识别软件的下载安装调试，真正体验智能机器人的神奇之处。有条件的读者也可以购买SL-DIY08-8实体机器人，使实体机器人与虚拟机器人同步协调工作，并设计出“会说话”的科技作品，真正使自己投身于单片机学习、机器人的创新开发中。四、其他SL-DIY08-8单片机实验器及教学机器人由广州天河双龙电子有限公司开发，本书的每个实验程序都是在SL-DIY08-8单片机实验器及教学机器人上进行的，并由广州天河双龙电子有限公司的许松、李青、陈松、司徒松福、李彦超、周夕永及中青世纪科技的张雁冰等科技人员实验通过。为了配合本书读者有效地进行机器人制作实践活动，双龙电子提供了多媒体教学培训光盘，光盘内有AVR单片机及教学机器人各种工具软件及大量程序源代码，也可从双龙电子网站/gb/nsoft.asp及中青世纪科技网站下载。本书由耿德根、周湘峻、许松等编著，广州天河双龙电子有限公司总经理耿陆卫、总工詹卫前及中青世纪科技提供大量资料及实验设备，并给予了多方面的帮助，在此一并致谢!作者2006年6月7日于广州目 录前 言第1章 SL-DIY08-8教学机器人1.1 SL-DIY08-8教学机器人主机板概况11.2 SL-DIY08-8教学机器人主机控制板21.3 SL-DIY02-8C焊接扩展板91.4 SL-DIY02-8D红外传感器板91.5 SLVOC50S语音模块板9第2章 模块化图形化SLBASIC流程图软件2.1 交互式编程132.1.1 概述142.1.2 系统特点142.1.3 SLBASIC系统组成142.1.4 系统要求152.1.5 进入SLBASIC流程图工作窗口152.1.6 运行SLBASIC流程图软件152.1.7 快捷按钮162.1.8 模块库区162.1.9 流程图程序生成区162.1.10 机器人源文件显示区172.2 流程图编辑软件模块的使用172.2.1 直行模块的操作172.2.2 转向模块的操作182.2.3 启动电机模块操作（V2.0版本有）202.2.4 停止电机模块操作（V2.0版本有）212.2.5 延时模块操作222.2.6 发音模块的操作222.2.7 发光二极管模式操作252.2.8 舵机（伺服电机）控制模块操作262.2.9 表达式模块操作262.2.10 多次循环模式操作272.2.11 无条件跳转模块操作即永远循环282.2.12 条件跳转模块操作292.2.13 结束模块操作292.2.14 I/O控制模块302.2.15 开关量传感器模块操作312.2.16 模拟量传感器模块操作312.2.17 流程图中语音模块的操作322.2.18 流程图中调用子程序、子程序开始及子程序结束的操作332.3 编程思路332.3.1 循环模块的使用332.3.2 把解释型SLBASIC程序用SLBASIC流程图替代332.3.3 运动参数的测定332.4 程序下载操作34第3章 模块化SLBASIC解释型语言3.1 小型模块化SLBASIC解释型语言35模块化SLBASIC解释型语言软件开发环境363.2 标识注释语句363.3 输出语句373.4 语句413.5 条件判断、转移及循环语句433.6 子程序调用与返回语句443.7 伺服电机（舵机）机器人控制语句453.8 其他语句493.9 字符集553.10 算术运算符553.11 关系运算符553.12 音乐乐曲的编写56第4章 模块化图形化SLROBOT C流程图软件4.1 交互式编程604.1.1 概述604.1.2 系统特点604.1.3 SLROBOT C系统组成614.1.4 系统要求614.1.5 进入SLROBOT C流程图工作窗口624.1.6 运行SLROBOT C流程图软件624.1.7 快捷按钮624.1.8 模块库显示区634.1.9 流程图编辑区634.1.10 源文件显示区634.2 流程图编辑软件模块的使用644.2.1 直行模块的操作644.2.2 转向模块的操作654.2.3 启动电机模块操作674.2.4 停止电机模块操作684.2.5 延时模块操作684.2.6 发音模块的操作694.2.7 “发光二极管”模块操作714.2.8 舵机（伺服电机）“控制”模块操作724.2.9 表达式模块操作734.2.10 多次循环模式操作734.2.11 永远循环头、永远循环尾744.2.12 条件跳转模块操作744.2.13 条件判断跳转模块操作754.2.14 结束模块操作764.2.15 “I/O控制”模块764.2.16 “开关量传感器”模块操作774.2.17 “模拟量传感器”模块操作784.2.18 流程图中“语音”模块的操作794.3 编程思路794.3.1 循环模块的使用794.3.2 把SLROBOT C解释型语言程序用SLROBOT C流程图替代804.3.3 运动参数的测定804.4 程序下载操作804.1.1 SLROBOT C的TXT文件的下载操作804.1.2 SLROBOT C流程图软件的下载操作81第5章 模块化SLROBOT C解释型语言5.1 小型机器人模块化SLROBOT C解释型语言835.1.1 模块化SLROBOT C解释型语言软件开发环境845.1.2 标识注释语句845.1.3 输出语句845.1.4 输入语句895.1.5 条件判断、转移及循环语句915.1.6 伺服电机（舵机）机器人控制语句955.1.7 其他语句965.1.8 字符集1015.1.9 算术运算符1015.1.10 逻辑运算符1015.1.11 关系运算符1025.1.12 音乐乐曲的编写1035.2 SLROBOT C的编辑下载“玩”1055.3 SLROBOT C文档编辑操作1055.4 SLROBOT C的TXT文件的下载操作105第6章 SL-DIY08-8教学机器人的创新开发6.1 创新是一个民族进步的灵魂1076.2 创新思维（创意）方法1086.3 以发光二极管为例说他的应用或创新1096.4 机器人创意产品1096.5 伺服电机（舵机）创意细分1106.6 输血血型配对指示器的设计1116.7 用单片机演示父母血型与子女间血型关系1136.8 双龙机器人发出语音后动作1166.9 机器人发出语音后，机器人边运动边发出乐曲声1176.10 遥控加语音提示程序机器人边讲边运动1176.11 跳舞机器人、歌曲指挥机器人设计1186.12 男声指挥女声机器人119第7章 SLBASIC综合程序编程设计7.1 程序举例1：声控机器人行走1217.2 程序举例2：机器人行走循环程序1217.3 程序举例3：机器人行走多次循环程序1227.4 程序举例4：测试微动开关状态1227.5 程序举例5：机器人避悬崖程序1237.6 程序举例6：机器人边走边唱避悬崖程序1237.7 程序举例7：机器人原地转圈，边转边唱歌程序1247.8 程序举例8：机器人走8字循环程序1257.9 程序举例9：机器人走S形字，碰到障碍，后退转弯程序1257.10 程序举例10：用1只减速电机制作仿生机器人行走1267.11 程序举例11：机器人走8字（用电机调速方法）1267.12 程序举例12：机器人走园渐开线1277.13 程序举例13：用2只伺服电机控制的四足仿生机器人1277.14 程序举例14：声控伺服电机及轮式机器人行走1277.15 程序举例15：单只红外光电开关寻黑线程序1287.16 程序举例16：2只红外光电开关寻黑线程序1287.17 程序举例17：3只红外光电开关寻黑线程序1297.18 程序举例18：“会说话”的语音电压表132第8章 SL-DIY08-8用多种语言软件的开发方法8.1 SL-DIY08-8教学机器人开发实验器程序的下载操作1338.1.1 连机1338.1.2 下载1338.2 多种编程语言实验程序目录1378.2.1 以输出报警声程序为例1378.2.2 解释型SLBASIC【程序清单】输出报警