第4講C51接口與觸覺導(dǎo)航“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

工作導(dǎo)向創(chuàng)新實(shí)踐教材程序設(shè)計(jì)(第4版)在編程讓機(jī)器人通過觸覺“胡須”導(dǎo)航之前，必須首先安裝并測(cè)試“胡須”。如圖4-1所示，安裝機(jī)器人觸覺“胡須”所需的硬件清單如下。觸覺導(dǎo)航與單片機(jī)輸入接口實(shí)際上，當(dāng)單片機(jī)啟動(dòng)或復(fù)位時(shí)，所有的I/O引腳默認(rèn)為輸入。也就是說，當(dāng)將“胡須”連接到單片機(jī)某個(gè)I/O引腳時(shí)，該引腳會(huì)自動(dòng)作為輸入。任務(wù)1安裝并測(cè)試機(jī)器人“胡須”(1)拆掉連接主板到前支架的兩顆螺釘。(2)參考圖4-2，進(jìn)行下面的操作。(3)將12mm銅螺柱穿過主板上的圓孔，擰進(jìn)主板下面的螺柱中，擰緊。(4)將兩個(gè)螺釘分別穿過M3尼龍墊圈擰進(jìn)銅螺柱中。任務(wù)1安裝并測(cè)試機(jī)器人“胡須”安裝“胡須”(5)把須狀金屬絲的其中一個(gè)勾在尼龍墊圈之上，另一個(gè)勾在尼龍墊圈之下，調(diào)整它們的位置，使它們橫向交叉但又不接觸。(6)擰緊螺釘?shù)姐~螺柱上。(7)參考接線圖4-3，搭建胡須電路。安裝好觸覺“胡須”的機(jī)器人如圖4-5所示。任務(wù)1安裝并測(cè)試機(jī)器人“胡須”測(cè)試“胡須”通過編程讓單片機(jī)探測(cè)什么時(shí)候“胡須”被觸動(dòng)。由圖4-3可知，連接到每個(gè)“胡須”電路的I/O引腳監(jiān)視著10kΩ上拉電阻上的電壓變化。當(dāng)“胡須”沒有被觸動(dòng)時(shí)，連接胡須的I/O引腳的電壓是5V；當(dāng)胡須被觸動(dòng)時(shí)，I/O短接到地，所以I/O引腳的電壓是0V。上拉電阻上拉電阻就是與電源相連并起到拉高電平作用的電阻。此電阻還起到限流的作用，如圖4-3中的10kQ電阻即為上拉電阻。上面的例程用來測(cè)試“胡須”的功能是否正常。任務(wù)1安裝并測(cè)試機(jī)器人“胡須”例程：TestWhiskers.c將delay

nus函數(shù)的參數(shù)n以不同的值組合可以使機(jī)器人以其他的方式運(yùn)行。例如以下程序段：任務(wù)1安裝并測(cè)試機(jī)器人“胡須”位操作符位操作符用于對(duì)字節(jié)或字中的位(bit)進(jìn)行測(cè)試、置位或移位處理，這里的字節(jié)或字是針對(duì)C語言標(biāo)準(zhǔn)的char和int

數(shù)據(jù)類型而言的，如圖4-1。位操作符if語句在第3講中學(xué)習(xí)的switch語句是選擇控制語句中的一種，還有一種語句是if語句，它根據(jù)給定的條件進(jìn)行判斷，以決定執(zhí)行某個(gè)分支程序段。if語句的使用形式之一為：if(表達(dá)式)語句1；else語句2；其語義是：如果表達(dá)式的值為真，則執(zhí)行語句1，否則執(zhí)行語句2。任務(wù)1安裝并測(cè)試機(jī)器人“胡須”C語言提供了一個(gè)可以代替某些“if-else”語句的簡(jiǎn)便易用的操作符“?”。該操作符是三元的，其一般形式為：表達(dá)式1?表達(dá)式2:表達(dá)式3。操作符它的執(zhí)行過程是：先求解表達(dá)式1，如果為真(非0)，則求解表達(dá)式2，并把表達(dá)式2的結(jié)果作為整個(gè)條件表達(dá)式的值；如果表達(dá)式1

的值為假(0)，則求解表達(dá)式3，并把表達(dá)

式3的值作為整個(gè)條件表達(dá)式的值。任務(wù)2通過“胡須”導(dǎo)航下面的程序讓機(jī)器人向前走直到碰到障礙物，然后用它的一根或者兩根“胡須”探測(cè)障礙物。字符型數(shù)據(jù)

if-else-if形式，它可以進(jìn)行多分支選擇，其一般形式為：其語義是：依次判斷表達(dá)式的值，當(dāng)某個(gè)值為真時(shí)，則執(zhí)行其對(duì)應(yīng)的語句，然后跳到整個(gè)if語句之外繼續(xù)執(zhí)行程序；如果所有的表達(dá)式均為假，則執(zhí)行語句n，然后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序。任務(wù)2通過“胡須”導(dǎo)航關(guān)系與邏輯運(yùn)算符“關(guān)系”二字指的是一個(gè)值與另一個(gè)值之間的關(guān)系；“邏輯”二字指的是連接關(guān)系的方式。因?yàn)殛P(guān)系和邏輯運(yùn)算符常在一起使用，所以將它們放在一起討論。關(guān)系與邏輯運(yùn)算符概念中的關(guān)鍵是True(真)和Flase(假)。C語言中，非0為True；0為Flase。使用關(guān)系與邏輯運(yùn)算符的表達(dá)式對(duì)Flase和True分別返回0和1。如表4-2。轉(zhuǎn)義字符：注意賦值運(yùn)算符“=”與關(guān)系運(yùn)算符“==”的區(qū)別：賦值運(yùn)算符“=”用來給變量賦值；關(guān)系運(yùn)算符“—”用來判斷兩個(gè)值是否是相等的關(guān)系。任務(wù)2通過“胡須”導(dǎo)航例程：RoamingWithWhiskers.c這個(gè)程序示范了一種利用if語句測(cè)試“胡須”的輸入并決定調(diào)用哪個(gè)運(yùn)動(dòng)子程序的方法?！翊蜷_主板和伺服電機(jī)的電源；●輸入、保存并運(yùn)行程序RoamingWithWhiskers.c；●嘗試讓機(jī)器人行走，當(dāng)機(jī)器人在其路線上遇到障礙物時(shí)，它將后退、旋轉(zhuǎn)至另一個(gè)方向。20%30%40%50%如果兩根“胡須”都被觸動(dòng)了即P14state()和P23state()都為0，則先調(diào)用Backward()，緊接著調(diào)用LeftTurn()兩次。如果只是右邊“胡須”被觸動(dòng)了即只有P14state()==0，則程序先調(diào)用Backward()，再調(diào)用LeftTurn()。如果兩根“胡須”都沒有被觸動(dòng)在這種情況下，在else中調(diào)用Forward()。任務(wù)2通過“胡須”導(dǎo)航“胡須”導(dǎo)航機(jī)器人怎樣行走如果左邊“胡須”被觸動(dòng)了即只有P23state()=0，則程序先調(diào)用Backward()，再調(diào)用RightTum()。任務(wù)3機(jī)器人進(jìn)入死區(qū)后的人工智能決策編程逃離墻角死區(qū)技巧是記下“胡須”交替觸動(dòng)的總次數(shù)。技巧的關(guān)鍵是程序必須記住每個(gè)“胡須”的前一次觸動(dòng)狀態(tài)，并和當(dāng)前觸動(dòng)狀態(tài)對(duì)比?！锸紫纫獧z查的是，是否有且只有一根“胡須”被觸動(dòng)?！锛偃缬小昂殹北挥|動(dòng)，接下來要做的事情就是檢查當(dāng)前狀態(tài)是否與上次不同?！锶绻l(fā)現(xiàn)“胡須”連續(xù)4次被觸動(dòng)，那么計(jì)數(shù)器值置1，并且進(jìn)行“U”形拐彎。★緊接著的else語句對(duì)應(yīng)機(jī)器人沒有陷入墻角的情況，故將計(jì)數(shù)器值置1。任務(wù)3機(jī)器人進(jìn)入死區(qū)后的人工智能決策下面是一個(gè)包含if…else嵌套語句的C語言例程，用于探測(cè)連續(xù)的、交替出現(xiàn)的胡須觸動(dòng)過程。例程：EscapingCorners.cEscapingCorners.c是如何工作的由于該程序是經(jīng)RoamingWithWhiskers.c修改而來的，下面只討論與探測(cè)和逃離墻角