學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 第三版

•銜接正規程式「C語言的先修課程」。
　　•對NXT樂高機器人的支援性非常高。
　　•具有NXT-G軟體所沒有的除錯功能。
　　•「邊寫邊玩」引起動機與增加興趣。
 

計算機編程啓濛與實踐進階：基於現代嵌入式係統的探索 本書麵嚮對計算機科學、嵌入式係統開發以及機器人技術感興趣的初學者和希望深化實踐能力的工程師。 本書旨在提供一個紮實而富有實踐性的學習路徑，涵蓋從底層硬件交互到高級算法實現的多個關鍵領域，而不局限於特定品牌或特定年代的技術棧。 第一部分：編程基礎與計算機科學核心概念（約 450 字） 本部分將為讀者打下堅實的編程思維基礎，側重於構建一個清晰、結構化的計算機科學認知框架。我們將從算法設計與分析入手，講解如何將現實問題轉化為可執行的計算步驟。 1. 編程語言的哲學與範式： 我們將深入探討不同編程範式（如過程式、麵嚮對象、函數式）的核心思想及其在現代軟件工程中的應用。重點分析如何選擇最適閤解決特定問題的語言，並強調代碼的可讀性、可維護性和性能優化。這不是對某一門特定語言的語法羅列，而是著眼於編程思維的培養。 2. 數據結構與抽象： 詳細剖析綫性結構（數組、鏈錶）、非綫性結構（樹、圖、堆）的底層實現原理、內存布局及其在實際場景中的應用。通過構建和分析這些抽象數據類型，讀者將理解數據如何在計算機內存中高效組織，以及不同組織方式對程序效率的影響。例如，我們將討論哈希錶在數據庫索引中的優化策略，以及圖算法在網絡路由問題中的應用。 3. 操作係統基礎概念： 介紹操作係統的核心職能，包括進程管理、內存管理（虛擬內存、分頁與分段）、I/O 係統和並發控製。這部分內容將幫助讀者理解程序如何在多任務環境中運行，以及如何處理並行與競爭條件，為後續的係統級編程做好準備。我們將使用抽象模型而非特定操作係統的命令來解釋這些概念。 4. 編譯與解釋： 探討源代碼到機器碼的轉換過程，包括詞法分析、語法分析和代碼生成的基本流程。理解這一過程有助於程序員編寫更高效、更易於調試的代碼。 第二部分：現代嵌入式係統架構與微控製器編程（約 550 字） 本部分將引導讀者進入嵌入式世界，理解現代微控製器（MCU）的架構，並學習如何使用低級語言進行係統級編程，實現對硬件資源的直接控製。 1. MCU 架構剖析： 詳細介紹馮·諾依曼和哈佛架構的對比，中央處理單元（CPU）的工作原理，指令集架構（ISA）的基礎知識，以及寄存器、存儲器層次結構（SRAM, Flash, EEPROM）的特點和使用場景。我們將聚焦於現代主流的 32 位架構，分析其流水綫和中斷處理機製。 2. 硬件抽象與寄存器操作： 學習如何直接操作微控製器的外設寄存器來實現底層功能，如 GPIO（通用輸入/輸齣）的配置、定時器/計數器的精確控製、ADC（模數轉換器）的數據采集方法。這部分內容強調直接與硬件對話的能力，培養讀者理解數據手冊和硬件規格的能力。 3. 中斷驅動編程與實時性： 深入探討中斷（Interrupts）的工作原理，包括中斷嚮量錶、優先級設置和上下文切換。我們將詳細闡述如何設計高效、無延遲的中斷服務程序（ISR），並討論實時操作係統（RTOS）的基本概念，如任務調度、信號量和互斥鎖，以確保係統響應的確定性和實時性。 4. 通信協議棧的實踐： 全麵介紹嵌入式係統中常用的串行通信協議。這包括異步通信（UART）、同步通信（SPI, I2C）的硬件實現和軟件驅動編寫。此外，還將涵蓋更高級的網絡通信協議（如 TCP/IP 基礎或 CAN 總綫），並演示如何使用標準庫或驅動框架來實現可靠的數據交換。 第三部分：傳感器集成、數據處理與係統集成（約 500 字） 本部分側重於將編程技能應用於實際的物理世界交互，重點在於數據采集、信號處理和係統集成能力的提升。 1. 傳感器原理與接口設計： 介紹各類常用傳感器（如慣性測量單元 IMU、環境傳感器、距離傳感器）的工作原理。核心在於講解如何將傳感器輸齣的模擬或數字信號，通過前述的通信協議轉換為係統可用的數字數據。我們將分析信號調理（Signal Conditioning）和噪聲抑製的基本技術。 2. 數字信號處理（DSP）基礎在嵌入式中的應用： 講解數字濾波器（如 FIR, IIR）的設計與實現，用以平滑采集到的原始數據、去除高頻噪聲或提取特定頻率信息。同時，介紹基本的控製理論概念，如 PID 控製器的原理和參數整定方法，並將其應用於閉環係統中。 3. 固件的健壯性與調試： 探討編寫可靠固件的關鍵實踐，包括錯誤處理機製（看門狗、異常捕獲）、內存泄漏檢測和代碼優化技巧。我們將詳細介紹使用調試工具（如 JTAG/SWD 接口）進行硬件級調試的技巧，以及如何有效地進行邊界條件測試和集成測試。 4. 高效能代碼實現： 討論位操作（Bitwise Operations）在性能敏感代碼中的重要性，以及如何通過內聯匯編或編譯器特定優化（Pragmas）來榨取硬件的最高性能。強調在資源受限的環境下進行內存優化和功耗管理的重要性。 通過上述三個部分的係統學習，讀者將能夠獨立設計、實現和調試復雜的、基於現代微控製器平颱的軟硬件交互係統，為未來深入研究物聯網（IoT）、自動化控製或高性能計算打下堅實的基礎。

Chapter 1 樂高機器人
Chapter 2 NXT 主機的程式開發環境
Chapter 3 NXC 程式的開發環境
Chapter 4 資料的運算
Chapter 5 流程控製
Chapter 6 陣列
Chapter 7 副程式與函式和巨集
Chapter 8 機器人動起來瞭（伺服馬達）
Chapter 9 機器人碰碰車（觸碰感測器）
Chapter 10 「 聲音」感測器（NxtSoundSensor）
Chapter 11 機器人軌跡車（光源感測器）
Chapter 12 機器人走迷宮（超音波感測器）
Chapter 13 進階功能的運用

 

序

　　樂高是一傢世界知名的積木玩具公司，從各種簡單的積木到復雜的動力機構，甚至自創樂高機器人，全都能讓大人與小孩玩到樂此不疲。為何樂高能讓大、小朋友甚至玩傢「百玩不厭」呢？其最主要原因是它可以依照每一位玩傢的「想像力及創造力」來建構其個人獨特的作品，並且還可透過「樂高專屬的軟體（NXT-G）」來控製NXT 樂高機器人。

　　何謂NXT-G 軟體呢?，其實它是LEGO 公司用來針對設計NXT 機器人程式的軟體，而在NXT-G 中（G 代錶Graphic（圖形）），亦即它是一種「圖形化」的拼圖程式軟體，其適閤國中、小學生或第一次接觸樂高機器人程式者。但是，對於高中、職及大專院校學生而言，恐怕不是最佳的選擇，其原因如下：

　　1. 較難銜接正規程式設計課程。
　　2. 沒有提供較完整的除錯功能。
　　3. 定義數值運算的副程式變得程序復雜等等。

　　有鑑於此，筆者建議對於高中、職及大專院校學生，可以在學習正規C 語言程式設計之前，先學習「NXC 程式」來控製NXT 機器，其目的「邊做邊寫」引起動機與增加興趣。

　　何謂NXC 程式呢？其實NXC（Not eXactly C）是一種控製NXT 樂高機器人的程式語言，換言之，NXC 是針對NXT 量身定作的C 語言。其開發環境是透過BricxCC（Bricx Command Center）整閤開發環境（IDE），它可讓我們用NXC來撰寫NXT 機器人程式。其主要的優點如下：

　　1. 銜接正規程式「C 語言的先修課程」。
　　2. 對NXT 樂高機器人的支援性非常高。
　　3. 具有NXT-G 軟體所沒有的除錯功能。
　　4. 「邊寫邊玩」引起動機與增加興趣。

　　最後，在此特彆感謝各位讀者對本著作的支持與愛護，筆者纔疏學淺，有疏漏之處，敬請各位資訊先進不吝指教。

评分☆☆☆☆☆

**評價一：** 哇！這本《學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版)》真的太讓我驚豔瞭！我一直對程式設計有點興趣，但傳統的教材總是枯燥乏味，讓我提不起勁。這次看到有結閤樂高機器人，立刻就被吸引住瞭。收到書後，我迫不及待地翻開，發現它完全沒有讓我失望。作者的文筆非常生動有趣，就像在跟一位經驗豐富的朋友聊天一樣，把C語言那些原本聽起來很「硬」的概念，透過樂高機器人的實際操作，變得活靈活現。 書裡麵的範例非常紮實，從最基礎的變數、迴圈、判斷式，到後來更進階的函式、感測器和馬達的控製，都有詳盡的說明和實際操作步驟。我印象最深刻的是，書中會引導你思考「為什麼」要這樣寫程式，而不是死記硬背。例如，在教到如何讓機器人避開障礙物時，作者會先讓你理解感測器的原理，然後引導你如何運用 `if` 語句來判斷距離，進而控製馬達做齣反應。這個過程非常有成就感，每次看到自己寫的程式能讓機器人動起來，那種喜悅感是無可比擬的。 而且，書中還加入瞭許多小遊戲和挑戰，這讓學習過程充滿瞭樂趣。我常常會花很多時間在動手做，而不是單純地閱讀。我還記得有一次，我試著改寫書中的一個程式，讓機器人能夠跟著畫線走。雖然一開始遇到不少bug，但透過書中的除錯技巧，加上不斷嘗試，最終成功的時候，真的覺得自己學到很多。這本書不僅教會我C語言，更培養瞭我解決問題的能力和對程式設計的熱情。絕對是推薦給所有對程式設計和樂高有興趣的朋友！

评分☆☆☆☆☆

**評價二：** 身為一個對科技產品充滿好奇，但又對寫程式有點卻步的過來人，我必須說，《學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版)》徹底改變瞭我對程式設計學習的看法。以前總覺得C語言是大學資工係纔會碰到的東西，又難又抽象。但這本書，它用一種非常「玩」的方式，把C語言的精髓一點一點地展現齣來。 它最棒的地方在於，學習的過程完全是「做中學」。你不是坐在書桌前死背語法，而是拿起樂高積木，組裝齣一個簡單的機器人，然後透過書中的引導，一步一步地讓你的機器人「活」起來。例如，你想要讓機器人前進，書裡就會教你如何使用 `motor()` 函式，並告訴你不同的參數代錶什麼意思。當你成功讓機器人動起來的那一刻，那種學習的動力是被點燃的。 而且，書裡麵的講解非常清晰，即便你對硬體一竅不通，也能夠跟著做。作者會很細心地解釋每一個步驟，甚至會提供一些「這是為什麼」的背景知識，讓你知其然也知其所以然。我特別喜歡書中關於如何整閤感測器的部分，像是超音波感測器、觸碰感測器等，如何將這些感測器收集到的數據，轉換成程式裡的判斷依據，進而控製機器人的行為。這個過程，讓我真實地感受到程式碼與現實世界的連結。這本書真的不隻是一本程式學習書，它更像是一本引導你進入程式世界的敲門磚，而且是用最有趣、最直觀的方式。

评分☆☆☆☆☆

**評價三：** 我是一位長年參與樂高社團的傢長，一直想找一本能夠結閤我兒子對樂高的高度興趣，同時又能引導他學習程式設計的資源。《學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版)》完全符閤我的需求，甚至超齣瞭預期。我兒子拿到這本書後，幾乎是愛不釋手。 書本的編排非常友善，圖片和圖示都十分清晰，讓孩子能夠輕鬆理解。作者在講解C語言的基礎概念時，非常巧妙地將其與樂高機器人的結構和功能連結在一起。例如，學習到迴圈結構時，書中會引導孩子設計一個讓機器人重複進行某個動作的程式，例如原地轉圈。這種具象化的學習方式，讓抽象的程式概念變得容易理解，孩子能夠快速掌握。 更讓我欣賞的是，書中並沒有隻停留在「程式如何運作」，而是鼓勵孩子去「發揮創意」。每一章節後麵都會有一些進階的挑戰或建議，引導孩子思考如何修改現有的程式，讓機器人實現更多功能。我兒子常常會根據自己的想法，去修改書中的程式碼，創造齣屬於他自己的獨特機器人動作。這種自主學習和探索的過程，對孩子的邏輯思維和解決問題的能力有極大的助益。這本書不僅是孩子學習程式設計的入門，更是培養他們動手實踐、創意發想的絕佳工具。

评分☆☆☆☆☆

**評價五：** 這本《學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版)》的設計理念非常棒，它完美地結閤瞭教育性與娛樂性。作為一位對軟體開發有濃厚興趣，但又希望學習過程能夠充滿樂趣的人，這本書給瞭我極大的滿足。它不是那種一闆一眼的教科書，而是像一個循循善誘的老師，引導你一步一步地探索C語言的奧秘。 書中對於C語言的基本語法講解得非常透徹，但更難得的是，它會將這些語法融入到機器人實際的建構與編程過程中。例如，在學習到陣列的觀念時，書中會引導你如何使用陣列來儲存多個感測器的讀數，或者控製機器人執行一係列預設的動作。這種結閤實際操作的學習方式，讓程式碼不再是冰冷的符號，而是能夠產生實際效果的指令，大大增強瞭學習的動機和成就感。 我對書中關於程式除錯的章節印象特別深刻。作者並沒有迴避程式開發中必然會遇到的錯誤，而是提供瞭許多實用的除錯技巧和思路，幫助讀者能夠有效地找齣並解決問題。這對於培養一個程式設計師的耐心和解決問題的能力至關重要。每一次成功地除錯，都讓我學到新的知識，也讓我對程式設計更有信心。這本書為我打開瞭C語言學習的大門，讓我深刻體驗到，原來學習程式也可以如此有趣且富有挑戰性。

评分☆☆☆☆☆

**評價四：** 對於有一定C語言基礎，但想尋找更具體、更實用的應用場景的讀者，《學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版)》也是一本不可多得的寶藏。我本身已經接觸過一些C語言的教學，但總覺得有些理論化的成分較多，實際動手做的機會不多。《學C語言從玩NXT樂高機器人開始(使用NXC)(第三版)》就提供瞭這樣一個絕佳的平颱。 書中關於NXC語言的介紹非常到位，它如何與C語言的核心概念結閤，以及它在樂高機器人開發中的應用，都有詳盡的闡述。我特別喜歡書中關於如何操控馬達的章節，不僅講解瞭速度和方嚮的控製，還深入探討瞭如何實現更精確的運動，例如定時啟動、精確轉彎等。這讓我能夠將我學到的C語言知識，直接應用到實際的硬體操作上，感受到程式碼的力量。 此外，書中對於感測器的運用講解得也非常細緻。從數據的讀取、處理，到如何根據感測器反饋來調整機器人的行為，都提供瞭非常多樣化的範例。我嘗試著去實現一些書中提到的進階項目，例如讓機器人自動繪圖、完成迷宮挑戰等。在這個過程中，我不僅鞏固瞭C語言的語法，更重要的是，我學會瞭如何將程式思維與物理世界的互動結閤起來，這對於提升我的程式設計能力非常有幫助。這本書，讓我對C語言的應用有瞭更深刻的理解，也激發瞭我對機器人控製領域的興趣。