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| 单片机创新开发与机器人制作 |
| 出版社/厂家：北京航空航天大学出版社. |
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内容简介 本书介绍了机器人无所不能的本领。详细介绍了ATMEL公司AVR单片机的特点及其开发应用工具；机器人控制核心部件为什么选用AVR单片机
;单片机控制程序编程下载的方法；单片机创新开发的方法；有关机器人的基本知识，包括轮式机器人、仿生机器人、虚拟机器人、机器人的语
音识别与语音控制的创新制作等。教你如何对机器人设计编程,对机器人进行调试控制。本书介绍的SLDIY系列积木化AVR单片机实验板，适用于
“简易机器人制作”课程标准，解决了“简易机器人制作”教学的6大平台。SLDIY系列实验板的软件、硬件，普遍适用于小学、中学和大学单片机学习和应用开发，简单易学，且成本低，应用广泛。基于此，本书重点介绍如何利用SLDIY系列实验板进行机器人制作和创新开发，以期为青少年参加机器人创新大赛以及参与机器人课程教学提供有力的工具。
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。它服务于全国机器人创新大赛,服务于“简易机器人制作”课程,是指导老师的实用参考书,亦可作为单片机、机器人的培训教材。并附含有机器人图片、录像、单片机相关工作软件及单片机及机器人应用源程序等内容的光盘,作为本书的补充。
前言 随着信息技术的发展，智能机器人(包含实体智能机器人和虚拟智能机器人)这一信息技术的前沿领域也得到了飞速地发展。有专家预言，从信息产业的角度看，21世纪的第一个10年将是智能机器人的时代。
开展智能机器人教育的必要性
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的内容中及时地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应运而生，这为中小学开展智能机器人的教学创造了物质条件。
智能机器人教育的意义
智能机器人的教学和科技活动中能够培养学生的创新精神和实践能力，这有助于探索我国教育改革的新途径，其意义不言而喻： 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；
有利于全面贯彻党的教育方针,全面实施并推进素质教育；
有利于迎接知识经济的挑战，全面实施科教兴国的战略；
有利于挖掘青少年的创造潜能，促进青少年素质的全面发展。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、计算机硬件和软件、人工智能、多媒体技术、通信技术与网络技术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的综合性更强。
② 技术的先进性。 智能机器人是前沿技术之一，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，这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，能持续走在时代的前列。
④ 自主体验性。 智能机器人项目非常便于设计各种项目或比赛，学生在实施智能机器人项目的自主体验过程中，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。 智能机器人项目或比赛富有挑战性，趣味盎然，能有效激发学生对科学技术的兴趣。 其中第④、⑤两项特性和新的自主体验教育模式相吻合。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。
智能机器人与高中技术教育的契合
教育部颁布了“高中技术课程标准”的内容模块，其中，“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”6个模块的知识与实体智能机器人的知识约有50％的吻合度，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”6个模块的知识与虚拟智能机器人的知识又约有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个模块的知识与智能机器人的知识融合，有约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技术,智能机器人包含的科技知识面就更广泛了。
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。
“简易机器人制作”课程的内容和要求
“简易机器人制作”课程是基于计算机技术的学习平台，它将机械传动与单片机的应用有机组合，主要内容有单片机与控制程序、单片机与控制电路和单片机与传动机械，如图01所示。通过本模块的学习,学生应当掌握单片机和机械传动的基本知识,能设计和制作由单片机及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。
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。同时要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,力求达到举一反三的效果。
简易机器人制作模块本书的编写目的
SLDIY系列积木化AVR单片机开发实验板,可以像积木一样组合,仅用一条ISP下载线就可学习开发AVR系列单片机。SLDIY系列单片机开发实验板硬件普遍适用于小学、中学和大学单片机学习和应用开发，简单易学，且成本低，应用广泛。因此，本书重点介绍如何利用SLDIY系列单片机开发实验板进行单片机学习及创新开发和机器人制作，以期为青少年参加机器人创新大赛以及参与机器人课程教学提供有力的工具。
服务于全国机器人创新大赛
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，高科技教育必须从青少年抓起。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，在全国开展了机器人创新大赛： 每年4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的全国性“中小学生信息技术创新与实践活动”，竞赛项目共有8个大类，15个分类，其中智能机器人与发明创新占了重要地位。
每年8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”，已经具有20多年的历史，并设专区展示青少年机器人创意设计的优秀作品。这些全国性青少年科技创新和科学研究项目的科技比赛，其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。在最近几届全国青少年创新大赛中，利用单片机开发的创新项目占总项目的比例大幅度增加，这使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SLDIY系列单片机开发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、北京101中学、中国矿业大学(徐州)、北京邮电大学、重庆师范大学等，应用SLDIY系列单片机开发实验板参加大学生电子大赛及CCTV大赛，也都获得多个大奖。
服务于“简易机器人制作”课程
目前，根据我国相关规定，“简易机器人制作”已经被纳入普通高中必修课程。该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。
本书介绍的SLDIY系列积木化AVR单片机开发实验板，适用于“简易机器人制作”课程标准，解决了“简易机器人制作”教学的6大平台，包括机械结构平台、单片机硬件控制平台、单片机软件编程平台、机器人外包装平台、虚拟机器人平台及机器人语音识别与控制平台，让“简易机器人制作”课程更具可行性和实用性。
本书的主要内容和使用说明
主要内容
本书结合广州市天河双龙电子有限公司研发的SLDIY积木化AVR单片机开发实验板，介绍有关机器人的基本知识，包括轮式机器人、仿生机器人和虚拟机器人，机器人的语音识别与语音控制的创新制作等，以及如何对机器人设计编程和进行调试控制。第1章讲述什么是机器人,介绍机器人的定义、功能和结构，展示各种无所不能的机器人。
第2章介绍机器人制作的工具，首先说明选用AVR单片机是因为其进入门槛低，性能优越，费用低廉；然后介绍双龙电子的SLDIY系列开发实验板的功能及其所采用的ATmega系列芯片的性能特点。
第3章通过引导读者下载实验来“玩”机器人，包括PonyProg软件的安装与设置以及程序下载操作，接着用11个实验让读者动手实现对AVR单片机下载“玩”,体会AVR单片机I/O口的神奇性、创新开发应用的容易性，以达到举一反三的目的。
第4章介绍SL积木轮式机器人，包括其结构功能、工作原理以及简单测试程序。
第5章详细介绍积木式轮式机器人的综合程序,包括寻迹、避悬崖等汇编源程序、C高级语言源程序设计方法及程序清单。
第6章介绍仿生机器人的设计与制作，首先介绍SLDIY024学习型伺服电机驱动板结构原理、伺服电机工作原理以及SLDIY的6大平台；然后介绍SLROBOT1四足仿生机器人的设计与制作。
第7章讲述虚拟智能机器人的设计以及语音识别与语音控制，并列举双龙机器猫、机器娃娃、熊猫及小猴王的对话设计。使用说明① 本书是在籍明哲等编著的《青少年AVR单片机入门与制作》［1］基础上编写的,所以对于AVR单片机的初学者,必须先学习该书内容，再来学习本书；或学习本书光盘内“学习班学习内容”文件夹中的指令、编辑、调试有关内容。
② 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、青少年创新大赛的教学参考书或指导老师的实用参考书,亦可作为单片机、机器人学习的培训教材。
广州市天河双龙电子有限公司还提供机器人图片、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。读者也可以从双龙公司网站(http://www.avr.com.cn)免费获得最新双龙图形编辑软件、虚拟机器人软件和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。有条件的读者可以购买或自己动手组装一个实体机器人,使实体机器人与虚拟机器人同步协调工作,并实现语音识别与语音控制功能,从而让自己投身于单片机学习、机器人的创新开发中。
其他
SLDIY系列积木式AVR单片机开发实验板由广州市天河双龙电子有限公司开发，本书的每个实验程序都是在SLDIY系列单片机开发实验板上进行，由广州市天河双龙电子有限公司的李青、陈松、李鹏飞等技术人员实验通过。为了配合本书读者有效地进行机器人的制作实践活动，本书附带光盘内有AVR单片机各种工具软件及大量的程序源代码。
本书由耿德根主编,詹卫前、李青等设计SLDIY系列单片机开发实验板，并编制其有关实验程序，虚拟机器人及语音识别软件模块由双龙电子有限公司的许松、邓荆波研制开发。承蒙北京航空航天大学出版社的支持,并得到籍明哲、马丽娟、李军、耿陆卫、耿陆明等及中国科普博览网(http://www.kepu.com.cn)的唐安莉、黎文等的大力协助，ATMEL公司、广州市天河双龙电子有限公司、中鸣数码科技有限公司等提供了大量资料及实验设备,并给予多方面的帮助,在此一并致谢!
编者
2005年1月于北京
目录 第1章 什么是机器人？
1.1 机器人的定义1
1.1.1 科幻小说中的机器人1
1.1.2 机器人的定义2
1.1.3 机器人的分类4
1.2 机器人的功能与结构5
1.2.1 机器人无所不能5
1.2.2 功能决定结构6
1.2.3 机器人的结构7
1.3 机器人的时代11
1.3.1 火星探测机器人12
1.3.2 能打太极拳的机器人13
1.3.3 会跳舞的机器人13
1.3.4 SL积木式轮式机器人14
1.3.5 六足仿生机器兽15
1.3.6 SLROBOT通用仿生机器人15
1.3.7 景山学校的双足机器人16
1.3.8 双龙虚拟机器人16
第2章 机器人制作的工具
2.1 为什么选用AVR单片机？18
2.1.1 什么是AVR单片机？18
2.1.2 AVR单片机的优势特征19
2.2 SLDIY系列积木式单片机开发实验板21
2.2.1 SLDIY系列单片机开发实验板概述21
2.2.2 SLDIY系列单片机开发实验板的组合功能23
2.2.3 SLDIY023单片机开发实验板24
2.3 AVR单片机的性能特点27
2.3.1 ATmega16/ATmega16L芯片的性能特点27
2.3.2 ATmega8535芯片的性能特点29
2.3.3 ATmega8515/ATmega16/ATmega8535/ATmega32引脚图30
第3章 单片机下载实验“玩”
3.1 PonyProg2000软件的下载与设置32
3.1.1 PonyProg2000软件的下载33
3.1.2 PonyProg2000软件的设置33
3.2 软件下载操作37
3.2.1 装入.hex文件 37
3.2.2 下载操作37
3.3 AVR单片机程序的下载实验38
【实验1】I/O端口PB0作输入，PA0作输出40
【实验2】I/O端口PA0作输入,PB0作输出41
【实验3】I/O端口的一对一控制42
【实验4】I/O口作LED灯闪烁应用44
【实验5】用1个I/O端口控制2个I/O端口45
【实验6】用1个I/O端口控制8个I/O端口46
【实验7】PB0控制PA口LED跑马灯46
【实验8】4个I/O端口的广告灯47
【实验9】I/O端口的又一应用——输出报警声47
【实验10】I/O端口的又一应用——发出乐曲声48
【实验11】I/O端口的又一应用——声控49
第4章 SL积木式轮式智能机器人
4.1 SL积木式智能机器人概述51
4.1.1 SL积木式智能机器人的组成51
4.1.2 SL积木式轮式智能机器人的结构51
4.1.3 SL积木式轮式智能机器人的功能53
4.2 SL积木式轮式机器人工作原理55
4.2.1 机器人工作电源55
4.2.2 遥控收发器55
4.2.3 直流减速电机驱动电路56
4.2.4 复位电路58
4.2.5 声控电路58
4.2.6 音响器59
4.2.7 红外光电收发管59
4.2.8 光敏电阻60
4.2.9 接触传感器60
4.2.10 机器人工作指示61
4.3 SL积木式轮式机器人的简单测试程序61
【实验1】测试机器人直走、倒退、左右转、原地转等61
【实验2】测试机器人前进、倒退循环63
【实验3】测试用PB0开关控制报警65
【实验4】测试机器人各输入I/O端口66
【实验5】测试声控报警68
【实验6】测试光控报警69
第5章 SL积木式轮式机器人的程序
5.1 SLDIY06_4综合程序使用说明72
5.2 寻迹机器人程序74
5.2.1 最简单的机器人寻迹程序74
5.2.2 声控启动的机器人寻迹程序80
5.2.3 机器人寻迹ICC AVR源程序89
5.3 悬崖机器人程序93
第6章 仿生机器人的设计与制作
6.1 伺服电机118
6.1.1 SLDIY024伺服电机驱动板118
6.1.2 伺服电机(舵机)工作原理120
6.1.3 伺服电机控制程序121
6.2 简易机器人设计124
6.2.1 “对牛弹琴”简易机器人124
6.2.2 “音乐指挥家”简易机器人125
6.3 机器人制作平台125
6.3.1 六大平台概述125
6.3.2 双龙图形编辑软件的使用129
6.3.3 SLDIY029伺服电机机器人专用控制板142
6.4 SLROBOT1仿生机器人的制作147
6.4.1 仿生机器人概述148
6.4.2 SLROBOT1四足仿生机器人148
第7章 虚拟智能机器人的设计与制作
7.1 虚拟机器人的设计157
7.1.1 问题的提出157
7.1.2 虚拟机器人的分类与特点158
7.1.3 虚拟机器人的软件安装与调试159
7.2 机器人语音识别与语音控制160
7.2.1 智能机器人语音识别161
7.2.2 语音识别软件模块1.0版使用 161
7.2.3 虚拟机器人语音识别与控制的创新大赛专用软件设计163
7.3 虚拟机器人实例165
7.3.1 双龙机器猫对话设计165
7.3.2 双龙语音机器娃娃对话设计166
7.3.3 双龙机器人熊猫对话设计168
7.3.4 双龙机器人小猴王对话设计170
附录AAVR单片机的并口ISP下载线DIY
附录BSLDIY023 ATmega16汇编语言源程序
【实验1】I/O端口PB0作输入，PA0作输出174
【实验2】I/O端口PA0作输入，PB0作输出175
【实验3】I/O端口一对一控制177
【实验4】I/O口作LED灯闪烁应用179
【实验5】用1个I/O端口控制2个I/O端口181
【实验6】用1个I/O端口控制8个I/O端口184
【实验7】PB0控制/PA口LED跑马灯186
【实验8】4个I/O端口的广告灯188
【实验9】I/O端口的又一应用——输出报警声192
【实验10】I/O端口的又一应用——发出乐曲声194
【实验11】I/O端口的又一应用——声控200
附录CSL ISP1.3.2编程软件使用说明
C1通信参数设置及器件选择208
C2文件管理操作209
C3重载和编辑209
C4编程选项210
C5加密211
C6信息及进度条212
C7操作按钮212
C8项目管理及注册212
附录D光盘内容说明
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