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Universität Karlsruhe (TH), Institut für Prozeßrechentechnik, Automation und Robotik
Programmierung derProgrammierung derLego MindstormsLego MindstormsRoboterRoboterDipl.-Inform. O. Taminé
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Gliederung
❑ Infrastruktur Aufbau, Vorbereitungen, WWW-Links
❑ NQC-ProgrammierungVorbereitungen, Kommandozeilen-Programmierung,IDE-Oberflächen
❑ NQC-SprachreferenzBeschreibung der NQC-Sprache
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Teil I: Infrastruktur
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RCX-BausteinRCX-Baustein
❑ Hitachi H8-Prozessor8 Bit, 16 Mhz
❑ 32 Kbyte RAM
❑ 16 Kbyte ROM
❑ je drei Ein-/Ausgänge
❑ Infrarot-Schnittstelle
❑ 5 Programmspeicher
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SpeicheraufbauSpeicheraufbau
BIOS
Firmware
1 2 3 4 532 Kbytestatisches RAM
16 Kbyte ROM
5x1,2 KByte RAMProgrammspeicherplätze
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RCX-DisplayRCX-Display
Boot-Modus
View
On/Off
Prgm
Run
1 2 3
A B C
100.00
Zeitanzeige
^^^
SensoranzeigeBatterieanzeigeKommunikationAktiver Ausgang
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InfrarotsenderInfrarotsender
Kommunikation PC -> Lego Mindstorms
Anschluß an COM-Port
(1) Übertragung derFirmware
(2) Übertragung eigenerProgramme
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StromversorgungStromversorgung
9 Volt (6x1,5 V Mignon Batterien)
1,5 V
Entladung
Alkaline
NiCd
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RCX-CodeRCX-Code
Lego-Programmiersprache
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WWW-LinksWWW-Links
Software, Dokumentationen, Büchertipps, WWW-Seiten, Teilnehmerlisten, ...
auf der Praktikumshomepage:
http://i61www.ira.uka.de/users/tamine/lego/
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Teil II: NQC-Programmierung
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Vorbereitung (Teil 1)Vorbereitung (Teil 1)
Auf Lego-CD:System\spirit.ocxFirm\firm0309.lgo
Download der RCX 2.0 Firmware:firm0328.lgo (Praktikumshomepage)
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Software installieren (Teil 2)Software installieren (Teil 2)
Installieren von Bricx Command Center:bricxcc.exe, Aktuelle Version: 3.3
Win 95/98/ME/2000/XPDownload von Homepage
Alternativ:Installieren von NQC:
nqc-win-2-3-r1.zip, Aktuelle Version: 2.3Download von Homepage
Version 2.4 im Beta-Stadium
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Firmware übertragen (Teil 3)Firmware übertragen (Teil 3)
1. Möglichkeit Bricx Command Center:Menü Tools/Download FirmwareDatei firm0328.lgo auswählen
2. Möglichkeit:nqc -firmware pfad\firm0328.lgo
oder: nqc -firmfast pfad\firm0328.lgo
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Programmierumgebung IProgrammierumgebung I
(1) NQC-Programmin Editor schreiben
(2) DOS-Shell:Kompilieren +Übertragen an RCX
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Programmierumgebung IIProgrammierumgebung II
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Starten vom Starten vom Bricx Command Bricx Command CenterCenter
Suche nacheingeschaltetem LegoMindstorms Roboter
Falls Roboter nicht gefunden wird,sind nicht alle Funktionen verfügbar.
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Tool: Tool: Direct ControlDirect Control
Direkte Steuerung derRCX-Komponenten:
❑ Sensoren:Typ + Modus der 3 Sensoren
❑ Motoren:Vorwärts, Rückwärts, Bremsen, Leerlauf
❑ Variablen:Wertzuweisung
❑ Tasks:Starten + Anhalten der10 Tasks
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Tool: Tool: DiagnosticsDiagnostics
Anzeige von:
❑ Status❑ Firmware-Version❑ Batteriestatus❑ Anschlußport❑ Aktueller Programmnr.❑ Auschaltzeit❑ Infrarotstärke❑ Einschaltzeit❑ Display-Anzeige
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Tool: Tool: Watching the Watching the RCXRCX
Beobachten folgender RCX-Werte:❑ Variablen❑ Sensoren
❑ Motoren❑ Timer
❑ Infrarot❑ Zähler
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Weitere ToolsWeitere Tools
Joystick
RCX-PianoSendMessage
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Teil III: NQC-Sprachreferenz
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NQC SprachkonstrukteNQC Sprachkonstrukte
❑ Lexikalische Strukturen
❑ Programmstrukturen
❑ Kontrollstrukturen
❑ RCX API
❑ Beispiele
NQC = Not quite C
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Lexikalische StrukturenLexikalische Strukturen
❑ Kommentare // Einzeiliger Kommentar/* Dieser Kommentar belegt mehrere Zeilen */
❑ Leerzeichen nicht notwendig, aber hilfreichx=2;x = 2;
❑ Numerische Konstantenx = 10; // setzt x auf den Dezimalwert 10x = 0x10; // setzt x auf den Dezimalwert 16
❑ Präprozessorbefehle wie in C
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Der Der PräprozessorPräprozessor
❑ Einbinden von Programmteilen #include “part2.nqc“
❑ Substitution von Werten#define SCHWARZ 800
❑ Speicherreservierung#pragma reserve 0 1 2notwendig bei Timern und Zählern
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Programmstrukturen IProgrammstrukturen I
Tasks❑ RCX ist multitaskingfähig❑ unterstützt max. 10 Tasks❑ Tasks werden durch start task_name gestartet
und durch stop task_name beendet❑ StopAllTasks(); beendet alle Tasks
Beispiel:
task main(){ // Ein leerer Task}
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Programmstrukturen IIProgrammstrukturen II
Unterprogramme❑ max. 8 Stück❑ keine Parameter❑ keine Rückgabewerte ❑ keine Rekursion erlaubt❑ keine anderen Unterprogrammaufrufe erlaubt❑ nur 1 kompiliert (Speicherplatz sparend!)
Beispiel:sub dummy(){ // Ein leeres Unterprogramm}
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Programmstrukturen IIIProgrammstrukturen III
Inline-Funktionen❑ kein Rückgabewert❑ Parameterübergabe per Wert und per Referenz❑ Funktionen werden beim Kompilieren an die
Aufrufstelle kopiert (Makro)
Beispiel:void fkt(int x, int& y) { x = 3; y = 2;} task main() { int y = 1; int x = 2; fkt(x, y);}
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VariablenVariablen
❑ nur 16-Bit Integer Variablen❑ Arrays erlaubt❑ Deklarationen wie in C❑ Ausdrücke wie in C erlaubt (++, *=, |, &&, >>, usw.)
Beispiele:
int a=1, x;x += a;a = 5 % 2; // modulox = 31 | 1; // Or
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Globale und lokale VariablenGlobale und lokale Variablen
❑ unterstützt max. 32 globale Variablen
❑ max. 16 lokale Variablen
Beispiel:
int x = 0; // bin globaltask main() {
int y; // bin lokaly = x; // ok
}
task move() {x = 5; // oky = x; // nicht ok, y hier unbekannt
}
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KontrollstrukturenKontrollstrukturen
❑ if (Bedingung) Block1 else Block2❑ while (Bedingung) Block❑ do Block while (Bedingung)❑ repeat (Ausdruck) Block❑ switch (Ausdruck) case❑ until (Bedingung);❑ Befehle break, continue, default usw. wie in C
Beispiele:if (x==1) y = 3; else y = 4;while (x<10) {
y *= 5; x++; }until (SENSOR_1 == 1);
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MotorsteuerungMotorsteuerung
Konstanten: OUT_A, OUT_B, OUT_C
Befehl BeschreibungOn (const) schaltet Motor einOff(const) schaltet Motor ausFloat(const) schaltet auf LeerlaufFwd(const) vorwärtsRev(const) rückwärtsToggle(const) wechselt RichtungOnFwd(const) ein + vorwärtsOnRev(const) ein + rückwärtsOnFor(const, time) vorwärts für time/100 secSetPower(const, x) Geschwindigkeit (0-7)
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SensorikSensorik
Berührungssensor Lichtsensor
Ausgänge: SENSOR_1, SENSOR_2, SENSOR_3Sensoren: SENSOR_TOUCH, SENSOR_LIGHTSetSensor(Ausgang, Sensor) setzt einen Ausgangauf einen bestimmten SensortypDer Sensor wird dabei in seinem Standardmodusbetrieben
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BerührungssensorBerührungssensor
Was macht dieses Programm ?
task main(){
SetSensor(SENSOR_1, SENSOR_TOUCH);OnFwd(OUT_A+OUT_C);until (SENSOR_1 == 1);Off(OUT_A+OUT_C);
}
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Sensor-ModiSensor-Modi
Const: SENSOR_TYPE_TOUCH, SENSOR_TYPE_LIGHT
Befehl BeschreibungSetSensorType(Ausgang, const) legt Sensortyp festSetSensorMode(Ausgang, mod) legt Sensormodus fest
Modus BeschreibungSENSOR_MODE_RAW 0 bis 1023SENSOR_MODE_BOOL 0 bis 1SENSOR_MODE_EDGE zählt ZustandswechselSENSOR_MODE_PULSE zählt ZustandsperiodenSENSOR_MODE_PERCENT 0 bis 100 Prozent
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Funktionsweise eines SensorsFunktionsweise eines Sensors
SENSOR_MODE_RAW
1023
0
SENSOR_MODE_PERCENT: Transformation desRaw-Wertes in den Wertebereich 0-100
t
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Boolescher ModusBoolescher Modus
SENSOR_MODE_BOOL
False
1023
0
True
t
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ZustandswechselZustandswechsel
SENSOR_MODE_EDGE
1023
0
1
2
3
4
t
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PeriodenwechselPeriodenwechsel
SENSOR_MODE_PULSE
1023
01
2
t
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RCX RCX EventsEvents
Befehl BeschreibungSetEvent(Nr, source, type) legt Sensorfest festmonitor(EVENT_MASK(Nr)) überwacht Event
Typ BeschreibungEVENT_TYPE_PRESSED GedrücktEVENT_TYPE_RELEASED Nicht gedrücktEVENT_TYPE_PULSE PeriodenwechselEVENT_TYPE_EDGE ZustandswechselEVENT_TYPE_LOW Wechsel in NiedrigbereichEVENT_TYPE_NORMAL Wechsel in NormalbereichEVENT_TYPE_HIGH Wechsel in HochbereichEVENT_TYPE_MESSAGE IR-Nachricht empfangenEVENT_TYPE_FASTCHANGE Schneller Wertwechsel
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Niedrig
Normal
Event Event ModusModus
Hoch1023
0
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Beispiel: LichtsensorBeispiel: Lichtsensor
task main() {
SetSensorType(SENSOR_2, SENSOR_LIGHT);
SetEvent(1, SENSOR_2, EVENT_TYPE_HIGH);
SetEvent(2, SENSOR_2, EVENT_TYPE_LOW);
SetLowerLimit(2, 550); SetUpperLimit(1, 790);
monitor(EVENT_MASK(1) | EVENT_MASK(2)) {
// tue was immer du willst...
} catch (EVENT_MASK(1)) {
// Schwarz gefunden
} catch (EVENT_MASK(2)) {
// Weiss gefunden
} }
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KommunikationKommunikation
❑ id = Message();id = 0: keinen Wert empfangen
❑ SendMessage(id);versendet id (0-255)
❑ ClearMessage();löschst den Empfangspuffer
❑ SetTXPower(TX_POWER_LO)legt Sendestärke fest
Befehle:
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Beispiel KommunikationBeispiel Kommunikation
#define __NOTETIME 10#define __WAITTIME 12
task communication() { ClearMessage(); SendMessage(5); // Warte auf Antwort until (Message() != 0); // ID empfangen if (Message() == 5) { // ID korrekt SendMessage(10); PlayTone(330,4*__NOTETIME); Wait(4*__WAITTIME); } else { // Falscher Partner OnRev(OUT_A+OUT_C); } } ClearMessage(); }task main() { start communication;}
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ProgrammumschaltungProgrammumschaltung
5 Programmspeicher
Befehl BeschreibungSelectProgram(Nr) wechselt Programm und
startet es (Nr: 0-4)x = Program(); liest aktuelle Programmnr.
aus
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Weitere BefehleWeitere Befehle
❑ Musik
❑ Zähler
❑ Timer
❑ Display
❑ Datalog
❑ Random
❑ usw, usw., usw.
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Letztes Beispiel: SemaphorenLetztes Beispiel: Semaphoren
int sem;task main() {
sem = 0; start move;SetSensor(SENSOR_1, SENSOR_TOUCH);while (true) {
if (SENSOR_1 == 1) {until (sem == 0); sem = 1;OnRev(OUT_A); Wait(85);sem = 0; } }
}task move() {
while (true) {until (sem == 0); sem = 1;OnFwd(OUT_A);sem = 0; Wait(200);
}}
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Viel Erfolg !!!!!!!
