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本书以两轮小型教育机器人为典型制作项目，采用AVR系列单片机作为其控制器，按照工作过程展开教学与实践，通过循序渐进地构建智能机器人控制器和控制软件，将AVR单片机的外围引脚接口特性、外围扩展电路、内部结构原理和C语言程序设计等知识通过“学中做，做中学”的方式传授给学生，彻底打破了传统的教学方法和教学体系结构，解决了单片机原理与应用、C语言程序设计等核心专业基础课程抽象与难学的问题。

第1章  机器人组装与编程环境建立	（1）
单片机与小型机器人	（1）
任务1  组装机器人	（4）
任务2  获得软件开发环境	（8）
任务3  安装WinAVR软件并将教学板与计算机连接	（10）
任务4  一个简单的单片机程序	（13）
任务5  实验结束切断电源	（20）
工程素质和技能归纳	（21）
科学精神的培养	（21）
第2章  用I/O接口控制伺服电机	（22）
AVR单片机ATmega8的输入/输出接口	（22）
任务1  如何控制时间和重复执行某个动作指令	（23）
任务2  时间跟踪和重复执行电路动作指令	（26）
任务3  伺服电机的连接	（35）
任务4  伺服电机调零	（35）
任务5  控制循环次数	（38）
任务6  测试电机	（40）
工程素质和技能归纳	（48）
科学精神的培养	（48）
第3章  机器人的运动测试	（49）
任务1  重新测试伺服电机	（49）
任务2  开始/复位指示电路和编程	（52）
任务3  测试带有调试终端的速度控制	（54）
工程素质和技能归纳	（60）
科学精神的培养	（60）
第4章  机器人的巡航控制与函数实现	（61）
任务1  基本的机器人运动	（61）
任务2  调整基本运动	（67）
任务3  计算运动距离	（69）
任务4  匀变速运动	（72）
任务5  用函数调用简化运动程序	（75）
任务6  高级主题——复杂运动的编程	（81）
工程素质和技能归纳	（90）
科学精神的培养	（90）
第5章  机器人触觉导航	（91）
任务1  安装并测试机器人的胡须	（92）
任务2  实地测试胡须	（97）
任务3  基于胡须的触觉导航	（100）
任务4  当小车卡住时的人工智能和判断	（106）
工程素质和技能归纳	（110）
科学精神的培养	（110）
第6章  用光敏电阻进行导航	（111）
任务1  搭建和测试光敏电阻电路	（111）
任务2  行走和躲避阴影	（115）
任务3  更易于响应阴影的机器人	（117）
任务4  从光敏电阻得到更多的信息	（121）
任务5  用手电筒光束引导机器人	（124）
任务6  向光源移动	（132）
工程素质和技能归纳	（140）
科学精神的培养	（140）
第7章  机器人红外线导航	（141）
使用红外线前灯探测道路	（141）
任务1  搭建并测试IR发射和探测器对	（142）
任务2  物体检测和红外干涉的实地测试	（146）
任务3  红外检测范围调整	（151）
任务4  探测和避开障碍物	（153）
任务5  高性能的IR导航	（156）
任务6  俯视的探测器	（160）
工程素质和技能归纳	（165）
科学精神的培养	（166）
第8章  机器人的距离检测	（167）
任务1  红外探测电路检测距离的原理与编程	（167）
任务2  尾随小车	（173）
 
任务3  跟踪条纹带	（180）
工程素质和技能归纳	（186）
科学精神的培养	（186）
第9章  机器人LCD集成与应用编程	（187）
LCD显示器的介绍	（187）
任务1  认识LCD显示器	（188）
任务2  编写LCD模块驱动程序	（191）
任务3  用LCD显示机器人运动状态	（199）
工程素质和技能归纳	（208）
科学精神的培养	（208）
附录A  本书所使用的机器人的零配件清单

本书自2009年6月出版以来，由于教学理念新颖、寓教于乐、内容可操作性强、硬件成本低的特点，被众多高等院校和职业技术学院选为教材，在使用过程中，读者提出了很多宝贵的意见和建议，在此表示深深的感谢。经过进一步的修订和完善，本书的第2版有幸成为“十二五”职业教育国家规划教材，这是对编者的肯定，更是一种鞭策，我们需要更加努力地做好这本书，来答谢每一位读者。
工作导向的概念，不只是一个简单的概念游戏，而是包含了深刻的哲理。学习的目的，特别是对于未来想从事工程师职业的学生而言，不仅是学习某一个知识体系，如单片机或者C语言的知识体系，而是应该更进一步获得如何利用这些知识去解决生产实际问题的能力，也就是动手能力。传统的单片机和C语言教材，基本上都是为学生建立知识体系，教学的结果却是不仅知识体系建立不起来，动手能力就更不用提了。工程是为了解决问题，这种解决问题的能力只有从实践中才能获得。当然，单纯的实践也无法获得真正的能力，关键是如何从实践的经验和体会中，归纳出共性的知识，建立起知识体系，然后再将这些知识重新应用到新的实践当中去。这也是我们在未来实际工作中所必须采取的学习和工作方法。因此，如何在大学三年或者四年中，掌握这种自我学习和提高的方法，是工程教育改革的根本目的。而相应教材的编写，就应该按照这种学习和工作的方法来进行。做到了这一点，才真正实践了工作导向的哲学理念：实践、归纳、推理和再实践。
任何核心知识和技能的获得，单靠一两本好的教材是无法实现的。单片机和C语言是目前工程教育中两门最为基本，也是最为核心的课程。要学会利用单片机和C语言去解决实际问题，单凭这一本教材的实践和学习也远远不够。
对于初次接触单片机和C语言的学生或者个人而言，也许这本教材仍然会让你感觉比较困难。这时建议你先学习和实践本系列教材的《基础机器人制作与编程》。通过基础机器人的制作与编程，你可以先掌握编程的基本思路和方法，并了解单片机的输入和输出接口特性，然后再利用本教材重复同样的学习过程。通过类比和分析，就可以归纳出单片机和计算机编程的核心知识和技能。同时，由于对于同样的项目和课题采用了不同的单片机和编程语言去实现，也让你能够从中掌握和理解分析问题和解决问题的根本方法。与本教材一起出版的还有《C51单片机应用与C语言程序设计（第2版）》，该教材完成的实践项目与本教材几乎相同，目的是让学生根据自己的需要选择硬件平台。
只有学习完单片机和C语言，我们才有可能进一步学习ARM、VC和Linux等高级嵌入式课程。无论是本科还是高职学生，这个规律都很难打破。为此，我们在后续的工作导向创新实践教材中，还将推出ARM和DSP等高端嵌入式教材，以便形成从基础入门，到8位单片机AVR或者C51等基础嵌入式系统，再到ARM和DSP等高端嵌入式系统的系列化教材，让学生可以从没有任何编程基础循序渐进地成长为可以进行复杂嵌入式系统设计和开发的工程师，具体教材列表如表1所示。
表1  工作导向创新实践规划教材列表
教材类型	教材名称	基本教学课时	拓展空间	配套平台
基础入门	基础机器人制作与编程（第2版）	60学时	传感器应用项目20个	BASIC教学机器人套件
	C语言原来可以这样学	80学时	教育机器人竞赛项目	C语言教学机器人套件
专业基础	C51单片机应用与C语言程序设计（第2版）	70学时	传感器应用项目30个	C51+AVR教学机器人套件，C语言编程
	AVR单片机与小型机器人制作（第2版）			
专业课	现代传感器技术及应用	60学时	测试信号的分析和处理	通用传感器应用技术实践平台
	智能传感器应用项目教程——基于教育机器人的设计与实现	60学时	机器人定位传感器和电子标签的应用	各种中国教育机器人大赛竞赛平台
	单片机技术及应用——基于机器人制作项目的学习与实践	80学时	单片机最小系统和应用项目的PCB设计与制作	单片机教学机器人套件
	基于ARM Cortex M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践	80学时	传感器应用项目30个	Stm32教学机器人套件
	智能移动机器人的设计、制作与应用	80学时	RoboCup足球机器人竞赛	中型组智能移动机器人

因为是工作导向，所以每套教材都必须配套相应的硬件设备方能达到最佳的教学效果。前5本教材都使用同一类鸥鹏机器人对象，不同的只是教学板单片机和编程语言平台，这样做的原因除了前面提到的便于读者进行类比和分析以外，也是为了节约读者的成本支出，虽然这个支出在目前的商业社会中显得微不足道。对于一些拓展项目所需要用到的传感器等扩展器材，读者除了可以到鸥鹏科技的网站www.szopen.cn上去搜寻外，还可以发挥自己的创造力去其他站点搜寻。
修订教材的结构和内容基本上保留了原版的风格和特点，即：
① 寓教于乐，兴趣为先，采用机器人作为整本教材的项目实践对象，易于引起学生的兴趣和学习热情；
② 机器人对象采用伺服舵机作为控制与驱动电机，非常容易控制，便于师生入门，能够将重点放在时序和逻辑的控制上，而不是电机的复杂控制原理上；
③ 基础传感器等耗材采用价格便宜和易于获得的触觉、红外和光敏传感器，便于降低学习成本，普及项目教学；
④ 每章章末都有工程素质和技能归纳，便于启发学生进行知识的总结和归纳。
本教材修订之后，无论是高职院校还是大学本科院校，都可以采用，具体的教学安排可以延续学校原有的教学计划，只是上课的方式要进行调整，不必再单独开设理论和实验课程，可以根据每个学校的情况灵活设置项目拓展课程，无须统一安排。
本教材的修订得到了深圳中科鸥鹏智能科技有限公司的大力协助，在此表示衷心的感谢。限于时间与水平，书中难免有不妥之处，敬请批评指正。

编著者   
2014年7月

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