【創(chuàng)客利器】

創(chuàng)客入門必備工具——軟件類

回顧上兩期創(chuàng)客利器版塊，我們主要介紹了電子類和機(jī)械類的工具。本文主要講解一些常見的創(chuàng)客必備入門軟件類工具，從基于文本編程的Arduino IDE、Processing 3到電子繪圖Fritzing，再到積木式圖形化編程的Scratch 2.0、S4A、Ardublock、App Inventor 2，三維建模AUTODESK 123D Design、SolidWorks和3DS MAX，最后到常用單片機(jī)與機(jī)器人調(diào)試軟件，筆者將帶領(lǐng)大家一同學(xué)習(xí)每款軟件操作技法。

Arduino IDE

Arduino IDE（集成開發(fā)環(huán)境）是針對(duì)Arduino硬件進(jìn)行編程的工具。什么是Arduino？可以問(wèn)度娘，這里不做過(guò)多介紹。Arduino不僅在硬件上使用USB上傳程序，而且在軟件中提供了豐富的庫(kù)加以支持，這使得Arduino的門檻非常低，因此使用它進(jìn)行創(chuàng)作的人也越來(lái)越多。Arduino IDE使用C/C++語(yǔ)法，并將程序抽象為setup和loop兩個(gè)部分：程序一開始執(zhí)行且僅執(zhí)行一次setup函數(shù)，它通常負(fù)責(zé)初始化操作，隨后程序不斷地執(zhí)行l(wèi)oop函數(shù)。

此外Arduino IDE還把輸入輸出封裝為函數(shù)，屏蔽了底層寄存器的修改，如pinMode、digitalRead、digitalWrite、analogRead、digitalWrite等，同時(shí)還提供了Serial、SPI.h、Wire.h（即I2C）等通訊協(xié)議的庫(kù)函數(shù)。我們只需要很簡(jiǎn)單的三行代碼就能實(shí)現(xiàn)LED一閃一滅的效果：

Arduino IDE還提供了豐富的示例供初學(xué)者參考（文件菜單中的示例選項(xiàng)）。如果有興趣你還可以嘗試http://arduino.org/中最新的編程軟件Arduino Studio。

Processing 

Processing是一種具有革命前瞻性的新興計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，它的概念是在電子藝術(shù)的環(huán)境下介紹程序語(yǔ)言，并將電子藝術(shù)的概念介紹給程序設(shè)計(jì)師。它使用Java語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，是Arduino IDE的前身。其官方網(wǎng)站中提供了大量的類庫(kù)，涉及串行通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻與可視化、聲音、GUI、3D、動(dòng)畫等各個(gè)方面。下圖是Processing 3.0中Topics/Drawing/Pattern的示例程序，除去注釋只需要12行代碼，就實(shí)現(xiàn)了跟隨鼠標(biāo)繪制正圓，并隨著鼠標(biāo)移動(dòng)速度改變大小的效果：

隨著JavaScript、Python以及Ruby的流行，Processing也逐漸支持這三種編程語(yǔ)言，即p5.js、Processing.py以及ruby-processing。這使得它已不僅僅是一門編程語(yǔ)言，而更像是一門面相藝術(shù)學(xué)習(xí)方式，使得我們可以通過(guò)編程學(xué)習(xí)、教學(xué)，甚至制作互動(dòng)裝置。下圖頁(yè)面的動(dòng)態(tài)3D方格背景（http://p5js.org/，使用p5.js制作）可以隨著鼠標(biāo)移動(dòng)而變化：

此外，由于Processing可以使用串行通信，因此它也可以和Arduino通過(guò)串口通信。因?yàn)锳rduino自帶的串口監(jiān)視器比較簡(jiǎn)單，僅支持文本輸入輸出，因此我們可以將Processing與Arduino結(jié)合，使Arduino程序更加具有交互藝術(shù)性。

Fritzing

Fritzing將電子產(chǎn)品作為每一個(gè)人的創(chuàng)意素材。它同樣是開源軟件，讓每個(gè)人記錄其產(chǎn)品原型并與他人分享。Fritzing也常作為課堂上學(xué)習(xí)電子學(xué)的工具，甚至還可以制作PCB。下圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用案例：

AUTODESK 123D CIRCUITS

Autodesk的123D Circuits也是一個(gè)不錯(cuò)的工具，除了與大家分享自己的作品、定制PCB之外，其Electronics Lab還可以進(jìn)行一些模擬仿真：

Scratch 2.0

目前Scratch是由麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室所開發(fā)的一款面向青少年的圖形化簡(jiǎn)易編程軟件。使用者只需將色彩豐富的指令方塊組合，便可創(chuàng)作出多媒體程序、互動(dòng)游戲、動(dòng)畫故事等作品。最常用的版本有1.4（已經(jīng)停止更新）和2.0。Scratch將一百多塊積木分為十大類，通過(guò)積木的組合我們就能實(shí)現(xiàn)出各種效果。下圖程序腳本詢問(wèn)了用戶出生年份，然后展示計(jì)算結(jié)果。

Scratch適合各個(gè)年齡階段的人群學(xué)習(xí)編程，國(guó)內(nèi)已有許多小學(xué)和中學(xué)開始教授Scratch。它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)中的許多概念，例如遞歸、字符串操作、查找、排序等。下面展示的案例出自于《動(dòng)手玩轉(zhuǎn)Scratch 2.0編程》：

Scratch不僅可以制作純軟件項(xiàng)目，也支持與硬件的互動(dòng)。官方標(biāo)準(zhǔn)Scratch支持PicoBoard和LEGO WeDo，但是這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足廣大愛(ài)好者的需求。由于Scratch是開源軟件，因此越來(lái)越多的機(jī)器人廠家和創(chuàng)客空間修改出更具特色的版本。與Scratch同類型的軟件還有Snap!（也稱為BYOB），它的編程功能更加強(qiáng)大，如支持局部變量、獲取HTTP數(shù)據(jù)、字符串解析、執(zhí)行JavaScript腳本等。

Scratch還有一個(gè)適合于更小的孩子（5-7歲）學(xué)習(xí)編程的版本ScratchJr，有安卓和IOS兩個(gè)版本。它能讓孩子們創(chuàng)作交互式故事和游戲，通過(guò)積木的簡(jiǎn)單卡合就能實(shí)現(xiàn)角色的跑動(dòng)、跳躍、跳舞和唱歌等效果。下圖是ScratchJr的程序截圖：

未完待續(xù)

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