机器人等级考试3级培训材料

全国青少年机器人技术等级考试培训讲义（3级理论及实操）青蜓派教育科技（天津）有限公司版权所有考试大纲三级理论部分知道电流、电压、电阻、导体、半导体等概念知道串联、并联的概念知道模拟量、数字量、I/O知道电子电路领域的相关理论及相关人物知道二极管的特性程序的三种基本结构能够绘制程序流程图能够应用图形化编程软件实操部分能够完成简单的串联、并联电路LED显示效果电路能够处理按键类型的开关输入信号能够使用光敏电阻搭建环境光线检测感应电路LED的亮度变化能够控制蜂鸣器发声目录第一章走进智能殿堂 4Arduino介绍 4Arduino特点 5跨平台 5简单清晰的开发 5硬件开发的趋势 6第二章电路初探 6基本概念 6电压、电流、接地 6电阻和电阻器 7欧姆定律 92.1.4短路 10电路搭设注意事项 10元器件技术参数 10元器件电源引脚标识 10电路基础 10信号、模拟信号、数字信号 11导体、绝缘体和半导体 12电路、串联电路和并联电路 12高电平和低电平 14二级管、晶体管 14上拉电路、下拉电路 16第三章程序基础 17流程图绘制 17顺序结构 17选择结构 17循环结构 18常用流程图符号 18基本语法 18if语句格式 18switch语句 19for循环应用 20while语句 20do-while语句 21标准数据类型 223.3.1整型 223.3.2实型 22字符型 23布尔型/逻辑型 23运算符 23算数运算 24关系运算 24逻辑运算 24优先级 25常量及变量 263.6函数 263.7进制转换 27第四章应用实例 27串联电路 27并联电路 29闪烁LED灯 30炫彩流水灯 32按键开关点亮LED灯 33光敏电阻控制LED灯亮度 35蜂鸣器响起来 37读取电位器模拟信号值 38电位器控制LED灯亮度 39呼吸灯 39自助红绿灯 40第一章走进智能殿堂Arduino介绍Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE2005年冬季开发。它构建于开放原始码simpleI/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是ArduinoIDEIDE代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是通过Arduino编程语言（基于Wiring）和Arduino开发环境（基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信（比如，MaxMSP）来实现。Arduino特点跨平台ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。简单清晰的开发ArduinoIDE基于processingIDEArduino语言基于wiringAVRGCC库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。硬件开发的趋势ArduinoArduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。第二章电路初探基本概念电压、电流、接地和电压的极性发生周期性的变化，日常照明及家用电器使用的均为交流电。AC是交流电源的英语缩写，DC是直流电源的英语缩写。交流电是指电流方向随时间作周期性变化的电流。直流电是大小和方向都不变的电流。例如我们常用的手机充电器、笔记本、平板电脑的电源适配器都是这种电源。手机、笔记本电脑等电子产品丰富了我们的生活，当电子产品工作时，需要通过电池或者电源适配器供电，通过电源适配器将交流电转换为直流电。电流电流表示电荷流动的强度大小，电流的单位是A(AmPere1324A。像智能手机耗电较低，其电流通常采用毫安表示。智能手机的工作电流大概为200mA。1A=1000maArduinoUNO 40mA的电流。UNO主控板总的输出电流为200mA。电压在没有外力的作用下，水流的方向总是向低处流动，这是因为有水位差的存在。水位流动示意图势差，简称电压。电压表示推动电流能力的大小，电压的单位是。相同电路条件下，电压越高，推动电荷运动的能力越大，电路中的电流也越大；反之，电压越低，推动电荷运动的能力越弱，电路中的电流就越小。ArduinoUNO 5V3.3V接地电压表示的是两点间的电位差，在电路中，一点的电压是指这一点与参考点之间的电压的差值。通常把高电位称为正极，参考点一般位于低电位称为负极或接地（Ground,简称GND)。电路图中，电源的接地通常用符号表示。当参考点不是电路中的最低电位时，会出现负电压。下面以普通的干电池来说明和地的关系。普通干电池的电压是1.5V，采用2节干电池串联在一起，各点的电压如图所示。称GND)。电路图中，电源的接地通常用符号表示。当参考点不是电路中的最低电位电压示意图在后续的学习中，电路图中电源地的符号往往不止一个，实际组装时，所有接地都要连接在一起，称为共地。这样电路中的所有电压才能有一个相同的基准参考点。电阻和电阻器电阻体阻碍电流通过的能力大小。类似于水流流经水管时，水管内壁光滑程度不同，水流的流量也会不同。电阻的阻值单位是(欧姆。电阻器具有不同电阻值的元器件。在电路中，电阻器可以降低和分散电子元器件所承受的电压，避免元器件损坏。电阻器通常简称为电阻。电阻没有极性，在电路图中，电阻的符号为：。为：。常用的四条色环标记：第一条和第二条为阻值的有效数字，第三条代表乘数因子的指数，第四条表示公差，颜色为金色或银色（如果无第四条色环，公差就是20%。五条色环常用于精密电阻，前三条色环表示有效数字，第四条色环是乘数因子，而第五条和第四条色环之间的间隙比其他间隙宽，用以指示第五条色环是公差色环。电阻值计算举例四色环和五色环的区别欧姆定律在纯电阻电路中，电压、电流和电阻）示：电流与电压成正比，与电阻成反比，U=R*I I=U/R R=U/I串联电路中，保持电源两端的电压不变，加大电路中电阻的阻值，则电路中的电流如何？（）A串联电路中，保持电源两端的电压不变，加大电路中电阻的阻值，则电路中的电流如何？（）A不变在纯电阻电路中，电压（U),电流（I)和电阻（R)之间的关系正确的有（）A.电流和电压成反比，和电阻成正比B.电流和电阻成正比，和电压成反比C.电流和电压成正比，和电阻成反比D短路会发生爆炸。造成短路的原因很多，在加电之前，使用万用表检查，或者采用试触法，确保电路中电源与地之间没有短路。电路搭设注意事项学习搭设电路，应注意如下事项：免直接和引脚接触。不得带电插拔元器件，须先关闭电源，然后进行元器件的插拔操作。电路通电前，先检査，避免短路，避免元器件正负极接反而造成电路损坏。元器件技术参数在搭设电路中，会使用到各种元器件，在使用元器件前，需要了解该元器件的基本技术参数，元器件的详细参数可查看该元器件的数据手册（Datasheet)。一般来说，必须了解其基本的工作参数，如工作电压、工作电流、数据通信方式。UNO主控板提供5V3.3V40mA，所有引脚的总输出电流为200mA。如果超出该范围，则可能会损坏UNO3.35V电压，可能会损坏元器件。当元器件需要5V3.3V元器件电源引脚标识在搭设电路的过程中，确保元器件的电源接线正确非常重要，如果接反，那么轻则烧毁元器件，重则导致短路，引发危险。元器件常见的电源和地的标识符如下。V5VVCC、VDD。GGND、VEEVSS电路基础信号、模拟信号、数字信号信号（Single)神、声音、语调等都是信号的某种表达方式，传递出相应的信息。此外常见的温度、压力、流量等也是反映信息的物理量。在控制系统中，可以通过传感器将各种非电的物理量转换成电信号。电信号很容易传送、控制和存储，所以电信号是目前应用最为广泛的信号。控制系统的主要作用是通过传感器接收外界信息，发送给控制器主板）电路中，一般将信号分为模拟信号和数字信号。模拟（Analog)信号在时间和数值上均具有连续性的信号。大多数信息转换成的信号均为模拟信号。例如：气温、水龙头的流量、光的亮度等。数字（Digital)信号在时间和数值上均具有离散性的信号。数字信号一般通过模拟信号转换而来。模拟信号和数字信号：在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量的信号叫数开关量可以组成表示八个状态的数字量。：在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量的信号叫模续的。反映的是电量测量数值（如电流、电压。（input/output，I/O，描述的是在计算机上输入输出数据的操作系序或设备。练习在时间和数值上都不连续的物理量为模拟量。下列关于IO口的说法正确的是（)IO口就是输入输出接口只能输入或输出低电平只能输入或输出高电平输入或输出高电平或低电平都可以相对于控制器来说，所有的信息都是控制器通过一个接口给机器人设备的，当控制器需要设备通过此接口返回信息，则这个接口为（)输出接口 输入接口B.C.输入接口、输出接口均可以D.只能是输入接口但不能是输出接口导体、绝缘体和半导体导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流。为自由电子，留下的正离子（原子实）以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。金属导体的电阻率一般随温度降低而减指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、电视机以镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。璃、橡胶等。绝缘体的电阻率极高，达108～1020欧·米练习下列常见的物品中能被磁铁吸引的是A.橡皮 B塑料尺C铜钥匙 .钉下列四组物体中，都属于绝缘体的一组是？（）A.陶瓷、干木、塑料B.水泥、铜丝、铁块C碳棒、人体、大地D大地、人体、陶瓷电路、串联电路和并联电路电路：由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路，称为电路。（用电器方式联接起来。如电阻、电容、电感、二极管、三极管、电源和开关等，构成的网络。电路规模的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。根据所处理信号的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。杰克·基尔比JackS.上第一块集成电路。

集成电路之父1958年9月12日，基尔比研制出世界是连接电路元件的基本方式之一。将电路元件（如电阻、电容、电感，用电器等）过各用电器的电流都相等。开关在任何位置控制整个电路，即其作用与所在的位置无关。电流只有一条通路，经电阻等于各电子元件的电阻和，各处电流相等，总电压等于各处电压之和。是使在构成并联的电路元件间电流有一条以上的相互独立通路，为电路组成9V灯泡分别由两组导线分开地连接到电池，则两灯泡为并联。特点：用电器之间互不影响。一条支路上的用电器损坏，其他支路不受影响。串联分压，并联分流。也就是说，在同一电路中，如果串联，电流相同，电压按照电阻大小分配。如果并联，电压都相同，电流按照总电压和各个电阻的比求。练习我们口常生活中，家中的彩电，电灯，冰箱等电器设备之间的连接方法是（)A.可以是串联，也可以是并联B.—定是串联C.—定是并联D.电灯与冰箱是串联，电灯与彩电是并联图所示的电路中，电流表测量的是（）A.A2测量的是灯L2的电流B.A2测量的是干路的电流C.A2测量的是灯L1和灯L2的电流之和 D.测量的是L1的电流有关并联电路，下列说法正确的有（)A.干路电流和支路电流相等C.电源电压和支路电压相等D.干路电流等于所有支路电流之和串联电路的特点有（）A.电流处处相等 .压处处相等各用电器互不影响D.各用电器互相影响高电平和低电平3.5引脚读取的数字信号值为1-0.51.5V，则作为低电平识别，对应引脚读取的数字信号值为01.5当引脚为输出状态时，通过程序控制向引脚写数字则该引脚输出的低电平为0V。通过程序控制向引脚写数字则该引脚输出的高电平为ArduinoUNO 主控板的工作电5V。如果通过程序来控制与LED相连引脚的输出电压在5V和0V之间切换，那么将实现LED灯闪烁的效果。二级管、晶体管二极管是常见的半导体器件之一。二极管有很多种类型，如整流二极管、开关二极管等。二极管最基本的特性是单向导电性。所以二极管经常用在把交流电压和电流转换成直流电压和电流的电路中，如常见的AC/DC电源适配器。二极管为极性器件，电路图中，不同类型的二极管符号不同，PN结二极管的符号为当二极管正极与电源正极连接、负极与电源负极相连时，二极管能通，反之二极管不能通。二极管的这种性质称单向导电性二极管的作用就是正向导通，反向截止，起到稳压整流作用练习二极管之所以被称为“半导体”是因为它具有什么特性？（）有两个引脚单向导电性导电性双向导电性有三只引脚，分别叫做、C(集电极）和能可以概述为：基极Base)相当于控制台，集电极Collector发射极NPN和PNP两种类型，它们的符号如图NPN型晶体三极管通常情况下，是断开状态，当一个小的电流流人基极PNP型晶体三极管与NPN型相反，当一个小的电流流出基极NPN型和PNP型晶体三极管的负载连接如图所示。NPN接法练习

接法 PNP三极管是一种（)的半导体器件A.电流控制B.以上都对C.电压控制-D.既是电压又是电流控制三极管有哪几类（)A.NPPB.PNNC.PNPD.NPN上拉电路、下拉电路与按键相连的电阻阻值为10k该电阻的作用为下拉电阻。在电路中，通过按键开关来切换高、低电平，一般通过串联一个10k的电阻来实5VPull-down该电阻称为“上拉电阻”和“下拉电阻通过按键来切换高、低电平，常见电路有三种，分别为:上拉电阻电路；下拉电阻电路；内部上拉电路。75V7的电压和地相连接，产生低电平，电路中10k电阻称为上拉电阻。当按键开关断开时，数字引脚7通过电阻和地相连接，产生低电平。当按键开关闭合时，数字引脚7的电压和5V电源相连接，产生高电平。电路中10k电阻称为下拉电阻。串联电路面包板视图第三章程序基础流程图绘制程序结构：在C语言程序中，一共有三种程序结构：顺序结构、选择结构(分支结构)、循环结构；顺序结构BeginBeginRL=2*3.14*RS=3.14*R*REnd顺序结构选择结构到某个节点后，会根据一次判断的结果来决定之后向哪一个分支方向执行；是是条件成否语句语句语句选择结构循环结构循环结构有一个循环体，循环体里是一段代码。对于循环结构来说，关键在于根据判断的结果，来决定循环体执行多少次；循环结构常用流程图符号开始或结束处理 输入或输出连接框 判断 流程线基本语法if1.If（表达式）语句功能：当条件成立即表达式值为真时，执行“语句i3.1条件成是条件成是语句格式2.关于if-els语句：表达式）注：条件测试为true时所执行的程序块叫做then子句，条件测试为false时所执行的语句叫做else子句。是是条件成否语句语句switch在有多个选择条件的情况下，使用if语句嵌套显得繁琐且效率不高。这时候使用switch-case-default语句。switch-case-default语句的格式：switch（表达式）{casecase……

1][break];2][break];case常量表达式n：[语句n][break];default语句n+1;switch-case-default语句的含义：当（表达式）{符合常量表达式1,执行语句1符合常量表达式2,执行语句2……符合常量表达式n，执行句n;上述都不符合：执行语句n+1default子句可以省略。如果default1到常量表达式nswitchswitch规则：（l）合法的switch语句中的表达式，其取值只能是整型、字符型、布尔型或枚举型。常量表达式是由常量组成的表达式，值的类型与表达式的类型相同。任意两个case“语句组”可以是一个语句也可以是一组语句。for格式：语句段注：这里的语句段如果是多条语句，需要用花括号括起来，表示整个结构一起做循环练习有关模拟量的说法正确的是（)在时间上连续的物理董在数值上连续的物理量在时间和数值上都连续的物理量语句说法正确的是A.i必须配套else使用 多语句不存在C.elseelse10A.if()...else...B.for()...C.while()... D.do...while()3A.顺序结构C.循环结构

while1格式1:while（表达式语句；格式2:while（表达式{1;2:…….}执行过程：1、先计算出条件表达式的值。2、如果值为false，循环终止，并接着执行，在整个while循环之后的语句。3、如果值为true，整个循环体将被执行，而后又回到while循环语句的第一行（条件表达式，再次对条件进行检查，然后重复第23步。do-while11:do语句；while（条件表达式2:do{1;2;……}while（条件表达式）;2、执行过程先执行循环体，然后判断循环条件。如条件成立，继续循环，直到条件为假（直到表达式不成立while循环先执行循环体，因此do-while循环至少要执行一次循环体，而while标准数据类型速度，通常要根据处理的数的最大可能决定选用不同的数据类型。在常量和变量的声明中，我们已经了解了相关的数据类型，接下来我们来进行一次详细的梳理。整型整型数据通常采用我们平常使用的十进制整数表示。如138,0，-512等都是整型常18.0在某些应用中，不可能出现负数，则整型数中有一半的数值范围是被浪费的。因此在C/C+＋中可以将所有的数都看成正整数，称为无符号数。在各种整数类型前加上关键词unsigned进行定义。实型实型数据包括正实数、负实数和实数零。实型数据一般以浮点形式（浮点数）表示。一个浮点数分为尾数和阶码两部分。阶码表示小数点在这个数中的位置，尾数表示数的有效数值。浮点类型的分类：单精度437围为，10-38~1038双精度double：占用8字节，5字节尾数，3字节指数，精确度15~16位，双精度浮点数范围为10-307～10308浮点数有两种表示法：日常记数法和科学计数法等都是实型常量。注：一个整数可以当作实数使用，但反过来不行。如：1.25x1051.25e+05e”表示10e算机内的表示形式是一样的，总是用浮点方式存储。字符型字符型数据实质就是存放一个字母或符号，占一个字节，存放的是字符的内码。字符类型名：char布尔型/逻辑型因此又叫逻辑型数据1MB=1024KB1KB=1024字节运算符

布尔型数据可以进行逻辑运算，算数运算优先级从高到低关系运算优先级从高到低逻辑运算优先级从高到低优先级常量及变量掌握变量的概念和应用变量来源于数学，是计算机语言中能储存计算结果或能表示值抽象概念。变量可以通过变量名访问。常量在整个操作过程中其值保持不变的数据，通常在命令或程序中直接定义其值。常量在程序运行时不会被修改。常量通常分为字面常量（直接常量）和符号常量。变量C++中变量声明的格式：类型名变量名；类型名，同介绍常量时的类型名如：int/义ans可以同时定义多个变量，用逗号分隔：如：floatx,y,z/三个单精度浮点数xyz函数函数的定义：给定一个数集Ax。现对A中的元素x，记作x，得到另一数集B。假设B中的元素为y。则y与x之间的等量关系可以用y=f（x）表示。我们把这个关系式就叫函数关系式，简称函数。函数概念含有三个要素：定义域A、值域C和对应法则练习已知以下语句执行后a,b,c的值是（）inta=10,b=20,cIf(a<b)c=a+b,A.a=20,b=30,c=10Ba=20,c=30,c=10Ca=10,b=20,c=30D.a=10,b=30,c=20执行以下语句后的值是intx=10,y=20;z=30：if(x>y){z=x;x=y;y=z;}A.x=10,y=20,z=30;B.x=20,y=30,z=30;B.x=20,y=30,z=10;D.x=20,y=30,z=20执行以下语句后Z的值是（)intx=24,y=36,z=8：if(x>y){z=x;}else{z=y;}A.24B.36C.8进制转换21;812、3、4567;10进制，用十个阿拉伯数字：0到9;16进制就是逢16进1，但我们只有0~9这十个数字，所以我们用AB:C,D,EF这六个字母来分别表示10,11,12,314，15。字母不区分大小写。二进制转换十进制“1101100”二进制换算十进制的算法：1*23+0*21+0*2°十进制转二进制除以2取余，逆序输出第四章应用实例串联电路认识元件4个引脚，分别位于中间凹槽的2在电路中，按键符号为在电路中，LED的符号为(LightEmittingLED)是极性元件，在引出的两根引脚中，较长的引脚是阳极，连接到电源，较短的引脚为明帽底部有一个切口，该切口侧也代表LED的阴极。不同颜色的LED灯有不同的工作电压，一般直径是5mm的LED1.7-2.2V在电路中，按键符号为在电路中，LED的符号为所需元件序号1器件按键开关数量22LED灯13220电阻1电路搭建电路运行2灯才会点亮，在电路中，态。串联电路中，流经每个元器件的电流大小是相同的。并联电路所需器件序号1器件按键开关数量22LED灯13220电阻1电路运行灯点亮。在电路中，两个按键并联接在电路两端的电压时相同的。电路搭建LED灯序号1序号1器件LED灯数量1332201项目目的LED灯点亮并熄灭，并循环往复电路搭建面包板示意图电路图程序LED灯设为高电平点亮，延时0.5秒，关闭延时0.5秒。序号13序号13器件LED灯（红、黄、绿）220电阻数量33项目目标3个颜色的LED灯，让三个灯顺序点亮，并循环往复电路搭建面包板示意图电路图程序黄灯、绿灯和红灯分别连接arduino的数字端口4，5，6，设置高电平点亮，延时0.5秒关闭，顺次点亮每盏灯。按键开关点亮LED灯所需器件序号器件数量1LED灯（红、绿）22220电阻2310K电阻14按键开关4按键开关1采用下拉电阻，当按键松开时，数字端口低电平，红灯亮，绿灯灭；按键按下高电平，红灯灭，绿灯亮。电路搭建面包板示意