【正文】 機器人創(chuàng)新實驗（3）實驗指導(dǎo)書機器人實驗室 實驗一 熟悉機器人與C51單片機硬件軟件一、實驗?zāi)康恼莆諏氊愜嚈C器人用C51教學(xué)板與計算機硬件連接和寶貝車基本結(jié)構(gòu)；熟悉及掌握C51系列單片機Keil uVision IDE（集成開發(fā)環(huán)境）軟件、ISP下載軟件及串口調(diào)試終端的使用方法。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機器人套件、ISP下載線、串行接口線、計算機、電源。Keil uVision2 IDE集成開發(fā)環(huán)境、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟單片機控制的寶貝車機器人是通過串并口或USB接口通信交互，由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相互結(jié)合組成的一個完整的智能控制系統(tǒng)。單片機必須與外圍設(shè)備及軟件組成一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)（）。熟悉寶貝車機器人的結(jié)構(gòu)組成（）：小車底板、車輪、教學(xué)板、伺服電機、電池盒。這是寶貝車機器人的硬件系統(tǒng)，它的微控制器（MCU）是由Atmel公司生產(chǎn)與51系列兼容的8位AT89S52單片機。 教學(xué)板指方便單片機與電源、ISP下載線、串口線以及各種傳感器和電機的連接制作的一個電路板（）。將寶貝車機器人與計算機硬件連接，并連接到電源。l 連接單片機教學(xué)板ISP接口到計算機，以便程序下載；l 連接單片機教學(xué)板串行接口到計算機，以便調(diào)試和交互；l 連接機器人到電池或者是供電電源。USBasp C版通用編程器 C51單片機教學(xué)板運用C語言編程，運用編譯器編譯生成可執(zhí)行文件并下載到單片機，用串口調(diào)試軟件查看單片機輸出信息。①建立用戶文件夾，方便管理程序，拷入編譯所需頭文件（例如，將光盤“頭文件”文件夾中的文件拷貝到C:\Program Files\Keil\C51\INC文件夾里）。②進入編程系統(tǒng)（Keil uVision2 IDE）：1） 新建項目工程（*.uv2）：Project→New Project，命名，保存在新建立的用戶文件夾內(nèi)；選擇單片機生產(chǎn)公司及類型：Atmel、AT89S52。2） 新建C程序文件：File→New；編輯好程序，保存為*.c的文件。注意程序關(guān)鍵字的拼寫、英文標(biāo)點、字母的大小寫等。3） 添加C程序到項目工程：Source Group 1右鍵單擊→Add Files to Group Source。Source Group 1前面出現(xiàn)+號，單擊它出現(xiàn)剛才添加的C程序文件名，單擊此C文件，Keil會自動識別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會使用戶少犯錯誤，有利于提高編程效率。4） 生成執(zhí)行文件十六進制目標(biāo)代碼文件(*.hex)：Target 1 右鍵單擊→Option for target‘Target 1’→Output→選中“Create Hex Fi：”→連接編譯生成可執(zhí)行文件*.hex。編譯要求沒有錯誤產(chǎn)生，允許出現(xiàn)警告。③進入下載系統(tǒng)（）：1） 參數(shù)選擇：勾選芯片擦除、編程FLASH、校驗FLASH。單片機型號：AT89S52。2）單擊“調(diào)入 Flash”按鈕，找到要下載的 HEX 文件。3） 單擊“編程”區(qū)的“擦除”按鈕，開始擦除芯片內(nèi)部程序。芯片擦除成功后，點擊“自動”按鍵，完成寫、校驗Flash。等待下載完畢后，固件下載完成。拔掉USBASP下載器ISP 接口排線。注意：要將ISP下載線連接計算機和機器人教學(xué)板，電源接好，開關(guān)撥到“1”檔位置（PRO），給教學(xué)板通電，才能進行單片機程序下載。④從執(zhí)行文件下載到單片機的那個時刻開始，程序就開始運行。單片機向計算機發(fā)送信息?？衫么谡{(diào)試軟件查看單片機輸出信息，“Reset”按鈕可讓下載到單片機內(nèi)的程序重新運行一次。使用串口調(diào)試助手之前，首先使用串口線將單片機的串口與計算機的USB口相連，然后通過計算機的設(shè)備管理器查看要使用的串口號，如圖所示。記下該串口號，打開串口調(diào)試助手軟件，選擇正確的串口號，如圖所示。做完實驗斷開電源，將開關(guān)撥到“0”檔（OFF），系統(tǒng)在不使用時沒有消耗電能，電池可以用得更久。拆卸串口線還原。四、實驗程序includeint main(void){uart_Init()。 //串口初始化printf(Hello,this is a message from your Robot\n)。while(1)。} 利用while循環(huán)與delay_nms( )函數(shù)（毫秒級的延時）編程：每秒發(fā)送一個信息（內(nèi)容為英文自己定），通過串口顯示在計算機上。delay_nms( )。即include，編譯時系統(tǒng)將根據(jù)頭文件自動將延時函數(shù)插入到程序中。 讓豎線“|”在屏幕上順時針或逆時針轉(zhuǎn)動輸出。 參考下面的程序代碼： printf(|)。 delay_nms(500)。 printf(/)。 delay_nms(500)。 printf()。 delay_nms(500)。 printf(\)。 delay_nms(500)。 printf(|)。 delay_nms(500)。顯示靜態(tài)圖形：** ** * ** * * ** * ** **五、實驗報告要求按要求：每秒發(fā)送一個信息（內(nèi)容為英文自己定），通過串口顯示在計算機上，進行程序設(shè)計。程序調(diào)試心得。觀察到的程序運行效果并加以分析。六、思考題什么是單片機？MCS5805C5AT89S52之間是什么關(guān)系？寶貝車機器人采用的AT89S52單片機的特點是什么？include頭文件的作用是什么？ (1)。的作用是什么？注：實驗操作現(xiàn)場檢查。實驗二 C51接口與伺服電機控制一、實驗?zāi)康睦斫夂驼莆誄51單片機的輸入\輸出接口的特性； 理解機器人伺服電機PWM調(diào)速原理，C語言編程輸出脈沖序列控制機器人輪子運動。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機器人、ISP下載線、串行接口線、計算機、電源、螺絲刀、紅色發(fā)光二極管2個和470Ω電阻2個。Keil uVision2 IDE集成開發(fā)環(huán)境、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟用C51單片機的P1口的位輸出高低電平控制LED發(fā)光二極管的閃爍?？唇滩母戒汣關(guān)于面包板及LED的介紹。面包板上共有18行插座，通過中間槽分為兩列。每一行由5個插座組成，這5個插座在面包板上是電氣相連的，如將兩根導(dǎo)線分別插入五口插座行的任意兩個插座中，它們都是電氣相連的。“GND”對應(yīng)于教學(xué)板的接地端，“Vcc”指校準(zhǔn)的+5V電壓。發(fā)光二極管（）是單向?qū)щ姷碾娮庸埽L腳為正極，短腳為負(fù)極，必須連接正確，否則不能正常工作。通過5mA左右即可發(fā)光，電流越大，其亮度越強，但若電流過大，會燒毀二極管。給發(fā)光二極管串聯(lián)一個電阻的目的是限制通過發(fā)光二極管的電流不要太大。 LED零件圖 色環(huán)電阻為五色，用五條色環(huán)表示電阻的阻值大小。黑0 棕1 紅2 橙3 黃4 綠5 藍(lán)6 紫7 灰8 白9 金、銀表示誤差具體如下：l 第一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字；l 第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字；l 第三條色環(huán)：阻值的第三位數(shù)字；l 第四條色環(huán)：阻值乘數(shù)的10的冪數(shù)；l 第五條色環(huán)：誤差（常見是棕色，誤差為1%）。由此，470Ω電阻為黃紫黑黑棕。搭建一個發(fā)光二極管閃爍的LED電路（）。注意，在教學(xué)底板上搭建電路時要斷開電源。修改程序讓兩個LED同時閃爍，并修改程序讓兩個LED交替亮或者滅，也可以改變延時函數(shù)參數(shù)n的值，改變LED閃爍頻率。：includeincludeint main(void){uart_Init()。 //初始化串口printf(The LED connected to P1_0 is blinking!\n)。while(1){P1_0=1。 // P1_0 輸出高電平delay_nms(500)。 //延時500msP1_0=0。 // P1_0 輸出低電平delay_nms(500)。 //延時500ms}}【拓展訓(xùn)練】實現(xiàn)4個或更多LED流水燈控制，對應(yīng)流水燈從全滅到一個一個亮或者對應(yīng)流水燈從全亮到一個一個滅。編程方法與兩個LED閃爍類似，接入的LED二極管繼續(xù)接在面包板左側(cè)其他的端口位上。注意，程序控制各引腳輸出高低電平要與所接的端口要一一對應(yīng)起來。兩伺服電機調(diào)零。在操作之前，先確認(rèn)一下機器人兩個伺服電機的電源控制線（）是否已經(jīng)正確的連接到C51單片機教學(xué)板的兩個專用電機控制接口上。P1_1引腳控制左邊電機，P1_0引腳控制右邊電機，在電路板上我們分別采用W、R、B來表示信號線、電源線和地，電機控制線顏色與教學(xué)板接口對應(yīng)字母一致（白紅黑對應(yīng)WRB）。 電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系電機調(diào)速應(yīng)用PWM（脈寬調(diào)制）基本原理，通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率改變負(fù)載兩端的電壓。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。，在脈沖作用下，當(dāng)電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。高電平持續(xù)的時間控制電機轉(zhuǎn)速，即脈沖寬度控制連續(xù)旋轉(zhuǎn)電機速度和方向。將時間間隔為20ms，電機轉(zhuǎn)速為零，機器人輪子靜止不動。如果電機沒有進行零點標(biāo)定，機器人輪子會轉(zhuǎn)動，用螺絲刀輕輕調(diào)節(jié)馬達上的電位器，直到馬達停止轉(zhuǎn)動。如電機已經(jīng)完成了零點調(diào)節(jié)，不會轉(zhuǎn)動。但是損壞了或有缺陷的電機有時也不轉(zhuǎn)動。繼續(xù)檢測：l ，電機順時針全速旋轉(zhuǎn)；l ，電機逆時針全速旋轉(zhuǎn)；l ~，電機順時針旋轉(zhuǎn)；l ~，電機逆時針旋轉(zhuǎn)。 測試電機，改變脈沖寬度控制機器人運動速度和方向。，定義機器人的前、后、左、右四個方向。例程中使用printf函數(shù)是為了起提示作用，若覺得串口線影響機器人的運動，可以不用此函數(shù)。將程序下載到單片機，關(guān)閉機器人電源開關(guān)，斷開ISP下載線，將開關(guān)撥到“2”檔（RUN），觀察寶貝車運動情況。 機器人及其前進方向的定義四、實驗程序參考一個LED閃爍的程序（），編寫程序讓兩個LED同時閃爍，并修改程序讓兩個LED交替閃爍，也可以改變延時函數(shù)參數(shù)n的值，改變LED閃爍頻率。*編程實現(xiàn)4個或更多LED流水燈控制，對應(yīng)流水燈從全滅到一個一個亮或者對應(yīng)流水燈從全亮到一個一個滅。 編程實現(xiàn)兩伺服電機調(diào)零，可以分別調(diào)零，也可一起調(diào)零。實現(xiàn)右輪調(diào)零參考代碼如下，注意編程的完整性。while(1){P1_0=1。 //P1_0 輸出高電平delay_nus(1500)。 //P1_0=0。 //P1_0 輸出低電平delay_nus(20000)。 //延時20ms} ，后退3s。并根據(jù)此程序按照實驗報告要求編程。includeincludeint main(void){int counter。uart_Init()。printf(Program Running!\n)。for(counter=1。counter=130。counter++){P1_1=1。delay_nus(1700)。P1_1=0。P1_0=1。delay_nus(1300)。P1_0=0。delay_nms(20)。}for(counter=1。counter=130。counter++){P1_1=1。delay_nus(1300)。P1_1=0。P1_0=1。delay_nus(1700)。P1_0=0。delay_nms(20)。}while(1)。} 用LED 指示電機運動狀態(tài) 在實際應(yīng)用中，LED 往往起到狀態(tài)提示作用，交通紅綠燈就是一個典型的應(yīng)用。你可以修改程序來模擬交通燈過程：假設(shè)A 燈為交通燈，B 燈為電機運行狀態(tài)指示燈。模擬過程如下