Programmierung des Lego NXT in C (NXC) - Fakultät für Informatik ...

Programmierung
des Lego NXT
in C
Hochschule Mannheim
Fakultät für Informatik

Der NXT Stein
Technische Daten
• 32-bit ARM7 Microcontroller
• 256 Kbytes FLASH, 64 Kbytes RAM
• 8-bit AVR microcontroller
• 4 Kbytes FLASH, 512 Byte RAM
• Bluetooth Kommunication (drahtlos)
• USB Anschluß (12 Mbit/s)
• 4 Eingänge
• 3 Ausgäne
• Es können bis zu 3 Steine miteinander
verbunden werden (Kommunikation ist nur
mit einem Stein möglich)
• 100 x 64 pixel LCD Display (graphisch)
• Lautsprecher

Motoren und Sensoren für den NXT
Der NXT Motor
- Servo-Motor
- verfügt über integrierten Rotationssensor
- Rotationssensor
- misst Geschwindigkeit und Abstand
- leitet Ergebnisse an intelligenten NXT Stein weiter
- Motoren können auf ein Grad genau gesteuert werden
- Mehrere Motoren können kombiniert werden und mit
derselben Geschwindigkeit arbeiten

C – Programmierung
des NXT mit NXC

Not eXactly C (NXC)
Einführung
- Programmiersprache zur Programmierung des NXT
- enthält die lexikalischen Regeln für den Compiler, die Programmstruktur,
Befehle und Ausdrücke und die Operationen des Preprozessors
- ist abhängig von Groß- und Kleinschreibung

Kommentare
NXC - Sprachelemente
- Es gibt es 2 Arten der Darstellung von Kommentare
- Die erste Darstellungsweise basiert auf die Darstellung von Kommentaren in C
- Kommentar beginnt mit /*
- Kommentar endet mit */
- Kommentare können sich über mehrere Zeilen erstrecken
- Beispiel 1:
/* Das ist ein Kommentar */
- Beispiel 2::
/* Das ist ein Kommentar, der sich
über 2 Zeilen erstreckt */
- Die zweite Darstellungsweise basiert auf die Darstellung in C++
- Jede Kommentarzeile beginnt mit //
- Beispiel 1:
// Das ist ein Kommentar
- Beispiel 2::
// Das ist ein Kommentar, der sich
// über 2 Zeilen erstreckt
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Whitespace
NXC - Sprachelemente
- Whitespace sind Leerzeichen, Tabulatoren und Zeilenumbrüche
- Verwendung zur Teilung von Token und um ein Programm lesbar zu machen
- Leerzeichen in Ausdrücken für die Addition und Substruktion haben keinen
Einfluss auf das Programm
- Beispiel:
x=2;
x = 2;
Beide Ausdrücke weisen der Variablen x die Zahl 2 zu.
- Es gibt Operanten, die aus 2 oder mehr Zeichen sind, in diesen darf kein
zusätzliches Leerzeichen eingefügt werden
- Beispiel:
x = 1 >> 4; //setzt x auf 1 rechts ausgerichtet mit 4 bits
x = 1 > > 4; // Fehler

Numerische Konstante
NXC - Sprachelemente
- Können entweder in dezimaler oder in hexadezimaler Form geschrieben werden
- Dezimale Konstanten bestehen aus einer oder mehreren dezimalen Stellen
- Hexadezimale Zahlen beginnen mit 0x oder 0X, gefolgt durch eine oder mehrere
hexadezimale Stellen
- Beispiel:
x = 10;
// ordnet x die Zahl 10 zu (dezimal)
x = 0x10; // setzt x auf 16 (10 hexadezimal)
Zeichenketten Konstante
- Zeichenketten werden in doppelte Anführungsstriche gesetzt
- Beispiel für Ausgabe auf dem LCD des NXT:
TextOut(0, LCD_LINE1, „testing“);

NXC - Sprachelemente
Bezeichnungen und Schlüsselwörter
- Bezeichner werden für Variablen, Aufgaben, Funktionen und Unterprogrammnamen
benutzt
- das erste Zeichen in einem Bezeichner muss ein Buchstabe (groß oder klein) oder
ein Unterstrich (_) sein.
- Eine Reihe von Bezeichnern wird von NXC selbst reserviert
- Bezeichner von NXC

Variablen
NXC - Sprachelemente
- Folgende Variablentypen können z. B. verwendet werden:
int
char
bool
string
long
short
-Variablen werden deklariert durch
- Schlüsselwort für den Typ,
- Liste von Variablen getrennt durch Komma
- ggf. einem Startwert
- beendet mit einem Semikolon
- Beispiel:
int x;
// deklariert x als integer Zahl
bool x,y; // deklariert x und y als boolesche Zahl
long a=1,b; // deklariert a mit Startwert 1, und b

Motoren

Motorensteuerung
4 grundlegende Arten der Motorensteuerung
1. Ein- und Ausschalten der Motoren jegliche Festlegungen
(unregulierter Modus);
2. Festlegung der Motorengeschwindigkeit (Geschwindigsregulierter Modus)
3. Paarung von Motoren, sie laufen dann mit der selben Geschwindigkeit
(Synchronisierte Motorregelung)
4. Steuerung von einem oder einem Set von Motoren über ein Ziel oder
Entfernung, dass/die erreicht werden muss (Tachometer begrenzter Modus)

Unregulierte Motorensteuerung
Motorensteuerung
Kommandos:
OnFwd und OnRev
Off
Funktionsweise der Befehle
- Einschalten der Motoren
- Bremsen sind aktiviert
- Regulierungsmodus ist nicht in Betrieb (idle)
- Führt ein Reset auf den Block und das Tachometer aus
(möchte man kein Reset ausführen, so verwendet man OnFwdEx und OnRevEx
Syntax:
OnFwd(OUT_ABC, Geschwindigkeits%);
OnRev(OUT_ABC, Geschwindigkeits%);
Off(OUT_ABC);

Unregulierte Motorensteuerung
Beispiel:
task main()
{
OnFwd(OUT_ABC,75);
Wait(5000);
OnRev(OUT_AC, 75);
Wait(5000);
Off(OUT_ABC);
Wait(5000);
}
Motorensteuerung

Motorensteuerung
Geschwindigkeitsregulierte Motorensteuerung
Kommandos:
OnFwdReg und OnRevReg
Off
Funktionsweise der Befehle
- Arbeitsweise wird besonders im niedrigen Geschwindigkeitsbereich sichtbar
- Firmware hat hier mehr Möglichkeiten Justierungen auszuführen
- Regulierungsmodus ist in Betrieb (speed)
- Führt ein Reset auf den Block und das Tachometer aus
(möchte man kein Reset ausführen, so verwendet man
OnFwdRegEx und OnRevRegEx
Syntax:
OnFwdReg(OUT_ABC, Geschwindigkeits%, Geschwindigkeitsmodus);
OnRevReg(OUT_ABC, Geschwindigkeits%, Geschwindigkeitsmodus);
Off(OUT_ABC);

Geschwindigkeitsregulierte Motorensteuerung
- Beispiel -
task MotorStatus()
{
while (true)
{
NumOut(0, LCD_LINE1, MotorActualSpeed(OUT_A));
NumOut(0, LCD_LINE2, MotorActualSpeed(OUT_C));
}
}
task main()
{
start MotorStatus;
OnFwdReg(OUT_ABC, 40, OUT_REGMODE_IDLE);
Wait(5000);
OnRevReg(OUT_AC, 40, OUT_REGMODE_SPEED);
Wait(5000);
Off(OUT_ABC);
StopAllTasks();
}

Synchronisierte Motorensteuerung
Motorensteuerung
Kommandos:
OnFwdSync und OnRevSync
Off
Funktionsweise der Befehle
- Bezieht sich auf ein Motorenpaar (jeweils auf 2 Motoren)
- Kann nicht für einen oder alle drei Motoren genutzt werden
- Lässt die 2 ausgewählten Motoren mit der selben Rate (synchron) laufen
- Führt ein Reset auf den Block und das Tachometer aus
(möchte man kein Reset ausführen, so verwendet man
OnFwdSyncEx und OnRevSyncEx
Syntax:
OnFwdSync(OUT_AC, Geschwindigkeits%, Drehung in %);
OnRevSync(OUT_AC, Geschwindigkeits%, Drehung in %);
Off(OUT_ABC);
Geschwindigkeits% 0…100
Drehung in % -100…100

Synchronisierte Motorensteuerung
- Beispiel -
Beispiel: Geradeaus Fahren
task main()
{
OnFwdSync(OUT_AC, 75, 0);
Wait(5000);
OnRevSync(OUT_AC, 75, 0);
Wait(5000);
Off(OUT_ABC);
}

Tachometer begrenzte Motorensteuerung
Kommandos:
RotateMotor
Motorensteuerung
Funktionsweise der Befehle
- Der eingebaute Rotationssensor gibt dem NXT Auskunft über Schnelligkeit und
und wie weit weg sich der Roboter bewegt hat
- Man kann dem Roboter sagen, nach welcher Anzahl von Drehungen er stoppen soll
- Weit mehr Einstellungen sind z. B. in der RotateMotorEx möglich
Syntax:
RotateMotor(OUT_AC, Geschwindigkeits%, WertRotationssensor);
RotateMotor(OUT_AC, Geschwindigkeits%, WertRotationssensor,
Drehung%, MotorSynchron, MotorenBremse);

Tachometer begrenzte Motorensteuerung
- Beispiel -
task main()
{
RotateMotor(OUT_AC, 75, 1000);
}

Sensoren

Initialisierung des Berührungssensors
SetSensor(S1, SENSOR_TOUCH);
oder
SetSensorTouch(S1);
Berührungssensor
Abfrage des Berührungssensors
- gefragt wird, ob der Berührungssensor gedrückt ist oder nicht
- ist der Berührungssensor nicht gedrückt, so hat der den Wert 0 (false)
- ist der gedrückt, so hat er einen von Null verschiedenen Wert

task main()
{
SetSensor(S1,SENSOR_TOUCH);
OnFwd(OUT_AC, 75);
while (true) //Endlosschleife
{
if (SENSOR_1 == 1)
{
OnRev(OUT_AC, 75);
Wait(300);
OnFwd(OUT_A, 75);
Wait(300);
OnFwd(OUT_AC, 75);
}
}
}
Berührungssensor
- Beispiel -