全国青少年机器人-三四级知识点串讲课件.pptx

1、三四级知识点串讲三级考试大纲(一)知识1.掌握电流、电压、电阻、导体、半导体等概念2.掌握串联、并联的概念3.了解模拟量、数字量、I/O 口输入输出等概念4.了解电子电路领域的相关理论及相关人物5.了解二极管的特性6.掌握程序的三种基本结构7.掌握程序流程图的绘制8.掌握图形化编程软件的使用9.掌握变量的概念和应用10.了解函数的定义（二)电子电路基础 1.掌握简单的串联、并联电路的连接 2.掌握搭建不同的 LED 显示效果电路的内容 3.掌握处理按键类型的开关输入信号的内容 4.掌握使用光敏电阻搭建环境光线检测感应电路的内容 5.掌握通过可调电阻控制 LED 的亮度变化的内容 6.掌握控制蜂

2、鸣器发声的内容三级考试内容电子部分 基础电路：电流、电压、电阻、串并联编程部分（模块）数字量与模拟量的输入和输出控制电子元器件的工作原理程序：顺序结构，分支结构三级考试形式 1.题型：选择，判断 2.分数：100分 3.时间：30分钟 4.内容：编程和电子相关知识上机：理论编程实操测试员评分按要求完成指定电路（80分）答卷：作品的程序知识（20分）电流、电压、电阻1串联、并联2模拟量、数字量、I/O3电子电路领域理论及人物4二极管特性5电流、电压、电阻1 科学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流。通常用字母 I 表示，它的单位是安培（A）1A=1000 mA 1mA=1

3、000A 物理上规定电流的方向，是正电荷定向运动的方向。电流运动方向与电子运动方向相反。在电源外部电流由正极流向负极。在电源内部由负极流回正极。电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压的国际单位制为伏特（V，简称伏）。1kV=1000V 1V=1000mVVCC：电源（Volt Current Condenser）GND：接地（Ground）项目电压值碱性电池标称电压 1.5VArduino Nano主控板的工作电压5V对人体安全的电压一般不高于36V家庭电路的电压 220V动力电路电压380V电阻（Resistance，通

4、常用“R”表示），是一个物理量，在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是。1M=1000K 1K=1000 电阻器（Resistor）在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的，一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。1M=1000K 1K=1000导体（conductor）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

5、流。不善于传导电流的物质称为绝缘体（Insulator），绝缘体又称为电介质。它们的电阻率极高。绝缘体的定义：不容易导电的物体叫做绝缘体。绝缘体和导体，没有绝对的界限。绝缘体在某些条件下可以转化为导体。欧姆定律:在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。电压（U）、电流（I）和电阻（R）的关系用方程式表示：U=I*R I=U/R R=U/I串、并联电路2 由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路，称为电路。在电路输入端加上电源使输入端产生电势差，电路连通时即可工作。电流的存在可以通过一些仪器测试出来，如电压表或电流表偏转、灯泡发光等。1、在进行电路连接

6、操作前，尽可能消除身体所带静电，拿取电子元器件时，手避免直接和引脚接触。2、不得带电插拔元器件，先关闭电源，然后进行元器件的插拔操作。3、电路通电前，先检查，避免短路，避免元器件正负极反接而造成电路损坏。用一个电源、两个灯泡、一个开关和若干导线组成一个电路，如果要让两个灯泡都发光有几种接法？串联：几个电路元件沿着单一路径互相连接，每个节点最多只连接两个元件，此种连接方式称为串联。串联电路：以串联方式连接的电路称为串联电路特点：只有一条支路，流过每个电阻的电流相等 简称LED，它是一种将电能转化成光能的元器件。一般有两个极性，在引出的两根引脚中，较长的引脚是阳极，连接到电源；较短的引脚为阴极，连

7、接到地。如右所示。LED 灯帽底部有一个切口，该切口侧也代表 LED 的阴极。不同颜色的 LED 有不同的工作电压，一般 5mm直径的 LED 工作电压在 1.72.2V 之间按键开关也叫复位开关，这种开关有两种状态，按下闭合，电路导通，不给按力时，按钮自动抬起，电路断开。按键开关背面有四个引脚，分别位于中间凹槽的两侧，无极性。当开关打开时，仅同侧的两个引脚导通。当开关闭合时，四个引脚全部导通。默认开关处于打开状态，按键按下时，开关处于闭合状态。在使用按键开关接入电路时要注意，要接入对角线的两个脚，或者是凹槽两侧的两个脚；不要接入有字的两侧的两个脚。杜邦线将电路各元器件连接在一起。杜邦线端部有

8、两种接头形式：一种为公头，端部有导线伸出，另一种称为母头。杜邦线可用于面包板实验的引脚扩展，增加实验项目等。可以非常牢靠地和插针连接,无需焊接,可以快速进行电路试验。面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。1.串联电路电流处处相等。即I=I1=I2=In.2.串联电路总电压等于各分电压之和，即U=U1+U2+Un.。且各元件电压和电阻成正比，即电阻越大，分压越大。3.串联电路总电阻等于各电阻之和。即R=R1+R2+Rn。几个电路

9、元件沿着单一路径互相连接，每个节点最多只连接两个元件，此种连接方式称为串联。使用到的器件：按键两个，发光二极管、电阻220欧、面包板、杜邦线、Nano控制器、Nano扩展板（排针）各一个。原理图中的电源5V和地GND我们从Nano扩展板引出，其中8个接口我们都可以使用。例子中我们使用的是接口8。1.所有并联元件的端电压是同一个电压，即图示电路中的V。2.并联电路的总电流是所有元件的电流之和。图示电路中，i是总电流，i1、i2、i3分别是元件1、2、3的电流，i=i1+i2+i3。两个按键开关中，按下其中一个时，LED 灯点亮。在电路中，两个按键并联连接在电路中。在并联电路中，当并联的元器件有一

10、个处于闭合状态时，整个电路处于导通状态。并联电路中，电路两端的电压是相同的 道路两旁的路灯总是一齐亮，一齐灭。请问它们采用了那种电路的连接方式，这样做的好处是什么？物理上规定电流的方向，是正电荷定向运动的方向。电流运动方向与电子运动方向相反。在电源外部电流由正极流向负极。在电源内部由负极流回正极。模拟量、数字量、I/O3时间电压（a）模拟信号 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。在时间和数值上均具有离散性（不连续的）的信号。数字信号一般通过模拟信号转换而来。（b）数字信号时间电压输入信号是指某一设备需要外界某种能源（比如电力

11、）或者信号“流入”或者通过时才可以工作的，那么这个使设备工作的能源的点，就是输入端，这个能源也就是输入能源。常见的输入设备有键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等。输出信号如果该设备可以提供能源或信号供其它设备工作的或者是送到线路上甚至向空间发射（比如电磁波）的，那么提供能源或者信号的这个点，就是输出点，它所提供的能源或信号，就是输出。常见的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。在数字电路中常常需要将模拟量和数字量相互转换，模拟输入引脚可以将外部输入的模拟电压信号转换成芯片运算时可以识别的数字信号，从而实现读入模拟值的功能。

12、模拟/数字转换分为取样和量化两个阶段，如下图所示。电子电路领域理论及人物4安培法拉第二极管特性5半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。根据掺入的杂质材料性质的不同，杂质半导体分为P（空穴）型半导体和N（电子）型半导体。P型半导体内有很多空穴（带正电）；而N型半导体里有很多电子。把PN结两端引两个电极封装起来就形成了二极管，二极管是常见的半导体器件之一。二极管：（英语：Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，即电流从正极流向

13、负极，它的图示表示为：在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。极管是极性器件，上图中有色环一端，表示为二极管的阴极。（1）二极管加正向电压时，当电压很小时，外部电压不足以克服PN结内电场，二极管不导通，电流几乎为0，这时二极管相当于一个很大的电阻；当电压慢慢变大时，二极管导通，电流很大，二极管相当于一个很小的电阻，且阻值不固定，电压越大，阻值越小。（2）二极管加反向电压时，二极管截止，这时二极管相当于一个很大的电阻，反向电流很小；当电压慢慢变大时，通过二极管的电流就会增大，这时二极管被击穿，这种击穿叫做二极管的反向击穿。击穿时，反向电流

14、剧增，二极管失去单向导电性，甚至因过热而被烧坏。（3）二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。图形化软件的使用7程序流程图89变量的概念及应用10控制器6程序的三种基本结构控制器6图形化编程软件7Scraino软件是一款基于Scratch3.0开发的图形化编程工具，不仅保留了Scratch的原生形态，同时添加了对Arduino开源硬件的支持，将Ardu

15、ino程序语句封装成独立的脚本，与Scratch官方脚本相结合，进行积木式搭建，不仅可以实现软件与硬件之间的交互，还可以实时生成C+语言代码，并将代码烧录到控制器中，实现对硬件设备的开发，进行脱机控制，以及构建小型物联网系统，给用户带来多维的体验方式。流程图8 流程图是使用图形来表述程序思路的一种方法，直观形象，易于理解。常用的流程图符号有以下几种：程序的三种基本结构9结构化程序设计中，只有三种基本的结构：顺序、选择和循环。顺序结构是程序设计过程中自然形成的，也是三种结构中最简单的一种。选择结构与我们日常中使用的自然语言“如果.则.否则.”十分相近，只是其嵌套时的二义性在形式上必须有一个明确的

16、规定。循环结构是三者中最为复杂的，也是使用最多的。一个算法往往要用循环结构来描述，一个程序能否正确编写又往往取决于对循环结构的正确理解和使用。因此，有必要深入对循环结构做一个分析，本书将在多个案例程序中介绍循环结构。变量10类型类型字节长度字节长度说明说明boolean1仅限于逻辑true和falsechar1用于存储一个8bit的字符Unsigned char1无符号字符型int2表示有符号整数Unsigned int 无符号整形long4长整型float4单精度浮点型数据double4双精度浮点型数据String 字符串array？引用型数据类型对象void0以变量名引用的某类型数据序列在

17、编写程序时，我们必须给变量取一个合适的名字，就好像每个人都有自己的名字一样，否则就难以区分。在变量命名时，必须遵循以下规则：（1）变量名必须以字母或下划线打头，名字中间只能由字母、数字和下划线“_”组成；（2）变量名中不能包含空格；（3）变量名在有效的范围内必须是唯一的。有效的范围就是引用变量可以被程序识别、使用的作用范围例如一个过程、一个窗体等等。（4）变量名不能是C语言中的保留字也称关键字（指对C编译器有特殊含义的词语，如int，char等等）。四级考试大纲（一）知识 1.掌握数学（加减乘除）、比较（大于小于等于）及逻辑（与或非）运算 2.了解数值在二进制、十进制和十六进制之间进行转换 3

18、.掌握驱动电机或伺服电机运转的内容 4.掌握已有的一些传感器功能函数的使用 5.熟练通过编程实现选择结构和循环结构 6.掌握函数的应用，能够完成自定义的函数 7.了解类库的概念 8.了解自律型机器人的行动方式 9.了解细分领域的机器人理论及相关人物 10.掌握较为合理的使用变量和自定义函数的内容四级考试大纲（二）机器人搭建 1.掌握使用输出数字信号的传感器的内容，如灰度传感器、接近开关、触碰传感器 2.掌握使用输出模拟量信号的传感器的内容，如光线强度传感器 3.掌握使用输出数字脉冲信号的传感器的内容，如超声波测距、红外遥控信号接收传感器 4.掌握驱动电机或伺服电机运转的内容 5.掌握数学（加减

19、乘除）、比较（大于小于等于）及逻辑（与或非）运算 6.熟练应用控制器I/O 口实现数字量输出 7.掌握控制机器人平台移动的内容 8.了解利用三极管完成控制电路通断的电路 9.掌握简单的自律型机器人制作（比如简单避障、单线条巡线）10.熟练通过编程实现选择结构和循环结构 11.掌握函数的应用，能够完成自定义的函数运算模块1进制转换2条件语句模块3循环语句模块4传感器函数5运算模块1简单运算逻辑运算进制转换2将二进制数转换成等值的十进制数称为二十转换。转换时，从右到左，用二进制的每个数乘以2的相应次方（称为权数），然后按照十进制加法规则求和，这种方法称为“按权相加法”。十二转换就是将十进制数转换为

20、等值的2进制数，采用“除2取余，逆序排列”法。具体做法是：用2整除十进制整数，可以得到一个商和余数；再用商除2，又会得到一个商和余数，如此进行，直到商为0时为止，然后把先得到的余数作为二进制数的低位有效位，后得到的余数作为二进制数的高位有效位，依次排列起来。由于4位二进制数正好有16个状态，所以在二进制数转换为十六进制数时，只要从低位到高位将没4位二进制数分成一组，用等值的十六进制数代替即可。十六进制数转换成等值的二进制数，只需将十六进制数的每一位用等值的4位二进制数代替。如，数（8FA）16=（100011111010）2的转换如下：（8 F A）16=（1000 1111 1010）2 条

21、件语句模块3If（条件）语句；else 语句；按下开关，LED灯亮起当光线比较弱时，外接LED亮起，否则，LED熄灭循环语句模块4for(int i=0;i 255?255:speed;speed=speed=0)digitalWrite(pin1_dir,HIGH);analogWrite(pin2_pwm,speed);else digitalWrite(pin1_dir,LOW);analogWrite(pin2_pwm,-speed);float getDistance(uint8_tpin1,uint8_t pin2)pinMode(pin1,OUTPUT);pinMode(pin2

22、,INPUT);digitalWrite(pin1,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(pin1,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(pin1,LOW);float distance=pulseIn(pin2,HIGH)/58.00;delay(10);return distance;void IR_key()static double ir_LastTime;if(irrecv.decode(&results)ir_LastTime=millis();if(results.value!=429496729

23、5)key=results.value;irrecv.resume();else if(millis()-ir_LastTime)=180)key=0;void _Tone(int pin,uint16_t frequency,uint32_t duration)int period=1000000L/frequency;int pulse=period/2;pinMode(pin,OUTPUT);for(uint32_t i=0;i duration*1000L;i+=period)digitalWrite(pin,HIGH);delayMicroseconds(pulse);digitalWrite(pin,LOW);delayMicroseconds(pulse);答疑 Q&A