2小时学会编程.docx
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2小时学会编程
5.3两小时学会编程
编程就是把你对一件事的想法和思路用机器语言表达出来。
比如你正坐在沙发上，想要倒一杯水喝。
首先你要站起来，然后拿起杯子，再倒水。
编程也是一样的，你要完成一项任务，就要把中间的每一个步骤都分解开来，然后一一解决。
举个例子说吧，让机器人走一个正方形。
正方形是由四条长度相等的直线组成的，所以机器人所走的路径就是：
直走，长度为a；转九十度；直走a；转九十度；直走a；转九十度；直走a，转九十度。
这就是程序。
当然这样写机器并不能理解，怎样让机器读懂你的思路呢。
下面具体介绍一些编程的方法。
5.3.1编程的方法
程序有一定的结构。
常见的有顺序结构、选择结构和循环结构。
顺序结构就是先做第一件事，再做第二件事，再做第三件事……拿刚才的例子来说，先走直线，然后转九十度，再走直线……这就是顺序结构。
一开始喝水的例子：
站起，拿杯子，倒水，也是一个顺序结构。
选择结构就是有一个判断条件，当条件成立的时候做时间1，不成立的时候做事件2。
就象过马路一样，如果是红灯就要停下，如果不是红灯就可以走。
停和走就是两个事件，红灯是否亮就是判断条件。
循环结构分为当循环和直到循环两种。
当循环就是当条件p成立时，反复执行A操作，否则跳出循环。
直循环就是先执行A操作，再判断p是否成立，直到p成立时跳出循环。
现在我们就把刚才让机器人走正方形的例子写出来。
让大家有一个比较直观的了解。
其中如果有不理解的函数没有关系，下一节中会作出详细的介绍。
这里只要求大家知道程序编写的过程。
voidmain（）/*建立一个主函数*/
{
drive（100,0）;/*直走*/
sleep（1.0）;/*走1秒，随意控制一定长度*/
drive（50,50）;/*左转*/
sleep（0.6）;/*转0.6秒，大致九十度*/
drive（100,0）;/*直走*/
sleep（1.0）;/*走1秒，随意控制一定长度*/
drive（50,50）;/*左转*/
sleep（0.6）;/*转0.6秒，大致九十度*/
drive（100,0）;/*直走*/
sleep（1.0）;/*走1秒，随意控制一定长度*/
drive（50,50）;/*左转*/
sleep（0.6）;/*转0.6秒，大致九十度*/
drive（100,0）;/*直走*/
sleep（1.0）;/*走1秒，随意控制一定长度*/
drive（50,50）;/*左转*/
sleep（0.6）;/*转0.6秒，大致九十度*/
stop（）;/*停止*/
}
这就是一个简单的程序，用的是顺序结构，是不是很容易理解呢？
也许大家会觉得这样做太复杂了，有没有简单一点的方法呢？
当然是有的。
下面这个程序也能让机器人走出直线，看上去就简单多了。
voidmain（）/*定义一个主函数*/
{
inti;/*定义一个中间变量*/
for（i=0;i<4;i++）/*只要i小于4就一直循环，即循环执行4次*/
{
drive（100,0）;/*直走*/
sleep（1.0）;/*走1秒，随意控制一定长度*/
drive（50,50）;/*左转*/
sleep（0.6）;/*转0.6秒，大致九十度*/
}
stop（）;/*停止*/
}
这个程序用的是什么结构大家看出来了吗？
对，当循环结构。
所以对于这种每一个步骤所做的工作都一样，又要连续做几次的事件，我们就可以考虑用循环结构来编写程序。
再来介绍一个用选择结构编写的程序。
在控制能力风暴的程序编写中，大部分都是运用这种结构的。
voidmain（）
{
inti;
i=ir_detect（）;/*ir_detect用于检测前方是否有障碍物，有为1*/
if（i=0）
{
drive（100,0）;/*前方没有障碍物直走*/
}
else
{
drive（50,50）;/*否则左转*/
}
}
是不是和红绿灯的原理很接近呢？
这个程序中还运用了传感器数据的接收，传感器是用来感测周围环境的工具，就象我们的眼睛、鼻子和耳朵一样，它们可是机器人身上必不可少的组成部分，在机器人项目里大家就会体会到传感器的用途了。
上面介绍的这些程序看上去还是很容易理解的吧！
可是这些毕竟只是简单的程序，只要稍微动动脑子就能把事情的各个步骤都分清楚了，如果遇到比较复杂的问题，光是拍拍脑袋可是想不清楚的，这就需要大家把手和脑一起用起来了。
我们要学习画图了。
接下来我们就来认识一下这个对我们编程有很大作用的工具：
结构流程图。
流程图表达的信息就是整个时间发展过程。
在流程图里，我们统一用菱形表示条件，用长方形表示事情的一个个过程、阶段，用箭头表示流程的方向。
光是说比较不容易理解，下面我们就来看一个流程图。
这就是流程图。
先检测光线强弱，接下来判断条件是否成立亮度低于临界值”就是条件，当条件满足时，就右转，不满足就左转；然后显示亮度值。
无论一件事多复杂都可以用流程图来描述，然后只要根据流程图中的步骤用C语言写下来就可以了。
复杂的程序可能包含多个任务，而且每一个任务都比较复杂，如果把那么多任务都在一起，看上去可能会显得很乱。
所以我们再学习一个新的概念：
主程序和子程序。
子程序表达的是每一个分步骤所需完成的任务。
主程序里如果做到这个动作，只要输入子程序的名字就可以了。
下面我们还是来看一下喝水的例子。
为了方便理解我把程序名都用中文代替，程序也只是为了表达子程序是如何调用的，并不是规范的写法。
主函数（）（main）
{
站起来；
拿起杯子；
倒水；
}
站起来（）
{
站起来的过程；
}
拿杯子（）
{
拿杯子的过程；
}
倒水（）
{
倒水的过程；
}
明白了吗？
这就是子程序的调用。
以后我们还会再介绍一种子程序的调用方法：
进程的调用。
它们之间是有区别的，以后我们在学习。
介绍了那么多方法，大家一定已经跃跃欲试了吧，现在还不行，我们还缺了一个重要的环节，那就是库函数。
也就是刚才出现在程序中的drive（）,sleep（）,stop（）等函数，只有在知道了它们的使用方法以后，你编写出来的程序才能用来操作机器人。
5.3.2常用库函数
电机控制
1、stop（）
关闭两个电机。
2、motor（intm,intp）
以功率级别p启动电机m。
功率级别从（-100到+100）。
m=1表示左马达，m=2表示右马达。
例如：
motor（1,50）;
让右马达以功率100启动。
2、drive（inta,intb）
同时设定两个电机的速度，a平移速度，b旋转速度。
也可以这样来理解，a-b为左电机转速，a+b为右电机转速。
例如：
drive（100,0）;
这时左右电机转速都为100，机器人走直线。
下面我们来看看以上两个函数的运用。
例1、
voidmain（）
{
drive（60,30）;
sleep（5.0）;
stop（）;
}
大家来考虑一下，drive（60,30）,两个电机是怎样运作的？
当运行了5秒钟以后，执行stop（）函数，机器人会怎么样呢？
为什么sleep（）函数中一定要输入5.0而不是5呢？
例2、这个程序是让机器人走一个圆，大家看一下这个程序和上面的程序有什么区别
voidmain（）
{
motor（0,30）;
motor（1,90）;
sleep（5.0）;
stop（）;
}
有什么发现吗？
对了，这两个程序实现的效果是一样的。
现在请大家再考虑一个问题，drive（）函数和motor（）函数有什么区别呢？
4、dcmotor3（intflag）flag=1启动电机。
flag=0关闭电机。
Dcmotor3这个电机是用来控制电扇的。
所以flag=1电扇旋转，flag=0电扇停止。
运行一下以下这个函数，大家就能掌握这个函数了。
voidmain（）
{
dcmotor3
（1）;
sleep（5.0）;
dcmotor3（0）;
}
风扇转动5秒后自动停止。
传感器输入
1、photo_right（）右光敏电阻
photo_left（）左光敏电阻
photo_right（）和photo_right（）的返回值是数字量。
范围从0到255，数值越大说明探测到的光线越暗。
最亮的时候输出值为5。
看看室内和室外的光线有什么区别。
voidmain（）
{
intleft;
intright;
while
（1）
{
left=photo_left（）;
right=photo_right（）;
printf（"left=%d",left）;
printf（"right=%d",right）;
printf（“\n”）;
sleep（0.5）;
}
}
这里的while
（1），是让传感器不断地检测信号。
pintf（“\n”）是为了刷新屏幕,因为能力风暴的屏幕只有两行，\n是回车的意思，这样下一次显示就仍旧是从第一行输出了。
Sleep（0.5）是让数据在屏幕上停留0.5秒后自动刷新。
屏幕上显示的值表示了房间内的明暗程度，数值会不断变化，表示每个地方的亮度是不同的。
2、analog
（2）麦克风
他的变化范围是0—255。
一般最静时输出值为127，声音有变化时，数值也会有变化。
输入下面这个函数，然后对着麦克风说话，看看屏幕上的值会有什么变化。
voidmain（）
{
inti;
while
（1）
{
i=analog
（2）;
printf（"sound=%d",i）;
printf（"\n"）;
sleep（0.5）;
}
}
屏幕上显示的值可能会变化不大，这是由于硬件的约束，只可以粗略地表示出声音的轻响程度。
3、ir_detect（）红外线传感器，利用红外线反射的时间差来判断障碍物的方位。
返回值，0b00:
没有障碍,0b01:
右边有障碍,0b10:
左边有障碍,0b11:
前方有障碍。
这些数字都是二进制的，在程序编写过程中，可以用上面给出的数字，也可以把它们转化成十进制。
下面的例子就是用十进制编写的。
注意：
这是没有改装时的情况，如果对能力风暴的红外传感器进行改装的话，就不能用上面的方法进行判断了。
试试用手分别遮住左边和右边的红外发射器，看看结果。
记住，一定要用手掌，用手指是没有效果的。
voidmain（）
{
inti;
while
（1）
{
ir=ir_detect（）;/*接受信号*/
if（ir=1）
{
printf（"\nright”）;
sleep（0.5）;
}
if（ir=2）
{
printf（"\nleft"）;
sleep（0.5）;
}
}
}
屏幕上会不断显示left和right，表示左边或右边有障碍物。
4、bumper（）碰撞传感器检测。
它是由四位二进制数表示的，下面的数字可以告诉你那里受到了碰撞。
左前右前左后右后
0010000110000100
由此可推出
前（左前+右前）后（左后+右后）左（左前+左后）右（右前+右后）
0011110010100101
上面的数字是二进制数，书写时记得要在数字前加0b，表示二进制。
我们来写一个程序，看看碰撞环受到碰撞时，bumper（）函数是怎么工作的。
voidmain（）
{intbmpr;
printf（"\n"）;
while
（1）
{bmpr=bumper（）;
printf（"BumperTest"）;
if（bmpr==0）printf（"none\n"）;/*bumper=0，说明没有碰撞*/
else
{if（bmpr==0b1000）printf（"\nBackLeft"）;
else
{if（bmpr==0b0100）printf（"\nBackRight"）;
else
{if（bmpr==0b0010）printf（"\nFrontLeft"）;
else
{if（bmpr==0b0001）printf（"\nFrontRight"）;
}
}
}
}
sleep（0.5）;
}
}
输入这个程序后，当你碰机器人碰撞环的时候，屏幕上就会显示是那里受到了碰撞。
大家还可以自己加入对：
前、后、左、右的判断。
声音
1、beep（）产生一段0.3秒500赫兹的音频信号。
发声结束后返回。
输入程序听听看。
voidmain（）
{
beep（）;
}
程序运行时你会听到3秒钟的蜂鸣声。
2、tone（floatfrequency,floatlength）产生一个秒长为length,音调为frequency赫兹的音频信号。
3、set_beeper_pitch（floatfrequency）设置音频频率为frequencyHz。
4、beeper_on（）打开喇叭
beeper_off（）关闭喇叭。
以上三个函数可以通过下面这个函数来帮助了解。
voidmain（）
{
tone（500.0,2.0）;
set_beeper_pitch（1000.0）;
beeper_on（）;
sleep（5.0）;
beeper_off（）;
}
你会先听到两秒钟较低的声音，再听到五秒钟较高的声音。
进程调度
1、start_process（function-call（...）,[TICKS],[STACK-SIZE]）
创建新进程。
star_process取得一个进程标识，创建一个进程。
两个可选参数：
进程的时间片数和栈大小。
返回一个整数，新进程的进程ID。
2、kill_process（intpid）撤消进程。
进程是用来控制函数的执行的，如果大家不理解，没有关系，在下面介绍多任务的那一小节中会有介绍。
浮点运算
sin（floatangle）返回角的正弦。
角以弧度为单位。
cos（floatangle）返回角的余弦。
角以弧度为单位。
tan（floatangle）返回角的正切。
角以弧度为单位。
atan（floatangle）返回角的余切。
角以弧度为单位。
sqrt（floatnum）返回num的均方根。
log10（floatnum）返回num的以１０为底的对数。
log（floatnum）返回num的自然对数。
exp10（floatnum）返回１０的num次方。
exp（floatnum）返回e的num次方。
a^（float）返回a的b次方。
这些函数是帮助大家进行数学运算的，使用起来非常方便，就象按计算器一样。
我们来看看下面这个函数的运行结果。
不妨和计算器算出的结果进行一下比较。
voidmain（）
{
sin（0.5）;
tan（0.5）;
sqrt（9.0）;
3.0^（2.0）;
}
以上就是常见的库函数，熟悉了他们以后，就可以让机器人作简单的动作了。
试试让机器人跳个舞吧。
如果不知道怎么办，可以下载一下交互式C语言自带的dance.c，看看机器人是怎么运动的，考虑一下。
5.3.3多任务
交互式C语言支持多任务。
什么是多任务呢？
我们不妨想像一下，支持多任务的语言，就像一个有交通警的十字路口。
十字路口有东南西北四个方向，交通警让东边先过一辆，再让南边走一辆，然后西边走一辆，在北边走一辆。
然后重复。
看上去就像四条路上的车辆在一起运动一样。
不采用进程调用的程序，就好象我们在第一节中介绍的子程序调用，它是怎么工作的呢？
子程序的调用，就像一个没有警察官的十字路口，各路车辆自由行驶，最终大家都是可以通过路口的，但是这个过程显得比较混乱，没有秩序。
在程序的执行中，有可能是做完A再做B，也有可能是做一半A就开始做B，没有规律。
对于同步性要求不是很高的程序可以使用子程序调用的方式，但对于同步性要求很高的程序就一定要使用进程。
比如：
机器人寻找火源，他一边要防止自己撞到墙上，一边要搜索那里有火，两个过程必须同时进行，这时就要用到进程的调用了。
对于程序来说呢，看上去就像是好几个程序同时执行。
其实在电脑中的执行是有先后顺序的，先做A的一部分，再做B的一部分，然后是C的一部分……只是时间间隔很短，看不出来而已。
在上一章中我们曾经看到过一个库函数，start_process（）和kill_process（），这两个函数就是帮助实现多任务的。
start_process（）用于启动一个程序，它的格式是这样的：
start_process（function-call（...）,[TICKS],[STACK-SIZE]）
TICKS和STACK-SIZE是两个参数，分别表示：
进程的时间片数和栈大小。
现阶段硬要去理解他的意义不大。
一般我们在使用这个函数时只要知道在start_process（）的括号里放入你需要执行的子程序。
如果有多个子程序需要同时进行，只要连续写几个start_process（…）就可以了。
另一个函数kill_process（），用于取消一个进程，也就是让一个程序停止执行。
它的格式是这样的：
kill_process（intpid）
这个函数的使用要和start_process（）结合起来。
我们来看一个例子：
voidmain（）
{
intpid;
pid=start_process（check_sensor（））;
sleep（1.0）;-
kill_process（pid）;
}
这个例子中check_sensor（）,这个程序执行了1秒后终止。
这就是kill_process（），的用法。
为了让大家更深地对多任务进行了解，我们在机器人项目一节中会举一个台球碰撞的例子
到这里，大家就已经学会了多个任务的的执行。
程序的编写过程基本就是这些内容了，接下来就要让机器人来执行你编写的程序了。
在把程序下载到机器人上去之前，还有一个必不可少的环节，那就是程序的调试。
5.3.4程序的调试方法
所谓程序的调试就是对程序的查错和排错。
程序编写过程中的错误有很多种，有语法错误，逻辑错误等，要想成功调试，首先要知道常见的错误有哪些，如何解决。
下面列举几种常见的错误，供初学者参考。
1、忘记定义变量。
例如：
voidmain（）
{
while
（1）
{
ir=ir_dectect（）;
printf（"\nir=%d",ir）;
sleep（0.5）;
}
}
C语言要求对每一个变量先定义后使用，如果没有定义变量，程序下载时会出现这样的话“未说明的变量ir”。
应在函数体的开头加“intir”。
2、输入输出的数据类型与所用格式说明符不一致。
例如：
voidmain（）
{
drive（100,0）;
sleep
（1）;
}
下载这个命令时会出现这样的话“参数不兼容（要求是,给的是）”。
杂这个程序中sleep（）函数的参数要求是实型，而1是整型，要把1改成1.0。
3、括号不配对
例如：
voidmain（）
{
intir;
while
（1）
{ir=ir_detect（）;
printf（"\nir=%d",ir）;
sleep（0.5）;
}
这个程序编译时会出现这样一句话，“语法错误在符号""附近。
出现这句话的原因是：
有两个左括号却只有一个右括号。
应该改成
voidmain（）
{
intir;
while
（1）
{ir=ir_detect（）;
printf（"\nir=%d",ir）;
sleep（0.5）;}
}
4、在应该加括号的地方忘记了加括号。
例如：
for（i=0;i<4;i++）
drive（100,0）;
sleep（1.0）;
这里在for后面本来应该有括号，保证程序的循环，现在没有括号，程序只执行一次就结束了。
应改为
for（i=0;i<4;i++）
{
drive（100,0）;
sleep（1.0）;
}
5、在不该加分号的地方加了分号，该加的地方缺省了。
例如：
if（i=1）;
if是条件语句，不需要加分号。
drive（100,0）
drive（）是命令函数，后面要加分号。
以上这些是初学者最容易犯的错误，注意了这些错误以后，我们就可以来说说调试了。
调试程序一般应经过以下几个步骤：
1、自己检查。
在写好一个程序以后，不要匆匆忙忙上机，而应对纸面上的程序进行人工检查。
这一步是十分重要的，它能发现大家由于疏忽而造成的多数错误。
为了更有效地进行人工检查，所编的程序应尽量做到以下几点：
（1）尽量多加注释，帮助理解每段程序的作用。
注释就是前面大家经常见到的/**/这种形式。
两个星号中间的语句就是注释语句，在C语言中被注释掉的语句是不参加编译的。
有时也把需要修改的程序用星号注释掉这样如果修改后仍不正确，还有原稿可以参考。
（2）尽量多用子程序，主程序要尽量简短。
这样既易于阅读也便于调试。
2、在人工检查无误后，就可以上机调试了。
在编译时出现的语法错误，可以根据提示的信息具体找出程序中错误的位置和类型。
有时提示错误的行并不一定就是出错误的行，错误可能在上下一行中出现。
3、在改正语法错误后就可以执行程序了，有时候明明没有错误了，执行出来的结果还是不是自己要求的那样，这是怎么回事呢？
出现这种情况很可能是因为在程序的计算过程中有错误。
比如：
本来应该是a+b，结果你输入时成了a-b。
在语法上确实没有错误，但结果可就差得很远了。
4、最后一种错误就是逻辑错误，那可是你一开始就犯的错误了。
出现这种问题时，你就需要拿出原来的流程图，看一下思路是不是正确，判断条件是不是找错了，与和
或的关系是不是错了……。
如果觉得整段程序看起来太复杂，不妨在每段子程序里多加几个“printf”，分段看看程序执行中哪一步出了问题。
总之，程序调试是一项细致深入的工作，需要下功夫、动脑子、善于多积累经验。
而且需要极好的耐心，千万不能遇到问题就失去信心，慢慢来，你一定能够做好的。
5.3.4机器人项目
讲了那么多编程的有关知识，现在我们开始自己动动手吧。
做一个有趣的试验，帮助大家巩固一下前面学到的知识。
让你的机器人可以跟着你走，如果撞上了你，它会停一停；如果看不见你了，它也会停下来。
先来想一下这个程序分成几个部分，应该用什么结构和方法来编写？
我们来分析一下。
机器人的行走路线是这样的。
撞到障碍物，看不到东西：
停；左边有人：
往左走；右边有人：
往右走；前方有人：
往前走。
下面我们来看一下程序。
voidmain（）
{
i
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