【文章內(nèi)容簡介】 驅(qū)動(dòng)器，可控三態(tài)門輸出。當(dāng)復(fù)位鍵按下后，MAX708的∕RESET引腳輸出低電平，打開74HC125三態(tài)門，低電平出現(xiàn)在LPC2119的∕RST和TRST引腳，系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)使用JTAG調(diào)試時(shí)，往往需要用JTAG復(fù)位系統(tǒng)，此時(shí)由JTAG產(chǎn)生的復(fù)位信號同樣使∕RST和TRST變?yōu)榈碗娖?；而此時(shí)MAX708沒有復(fù)位，∕RESET引腳輸出高電平，74HC125為高阻狀態(tài)，將其兩端的高低電平隔離。當(dāng)不需要JTAG調(diào)試時(shí)，74HXC125是不需要的。注意，MAX708是工作電壓是5V，所以在應(yīng)用中加入了小的保護(hù)電阻R21。3）系統(tǒng)時(shí)鐘采用外部時(shí)鐘源，時(shí)鐘頻率為10~25MHz，本系統(tǒng)采用由于要進(jìn)行串口通信。內(nèi)部PLL電路可調(diào)整時(shí)鐘，CPU最大操作時(shí)鐘頻率為60MHz。一般在外部晶振兩端并聯(lián)1M歐姆的電阻，使系統(tǒng)更容易起振。4）JTAG調(diào)試電路JTAG調(diào)試電路注意，要LPC2119進(jìn)行JTAG調(diào)試，,系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，~ 復(fù)位后用作一個(gè)調(diào)試端口。 5）UART0電路，所以使用MAX3232進(jìn)行RS232電平轉(zhuǎn)換，其應(yīng)用方法與MAX3232完全一致。注意，要想使用ISP功能，必須使用UART0, UART1是沒有ISP功能的。 6）速度檢測電路LPC2119具有兩個(gè)32位的預(yù)分頻定時(shí)∕計(jì)數(shù)器，分別具有4∕3路捕獲通道、4個(gè)32位匹配寄存器。定時(shí)器是增量計(jì)數(shù)的，但上溢時(shí)不會(huì)產(chǎn)生中斷，而只能通過比較匹配或者捕獲輸入產(chǎn)生中斷。CAP：捕獲引腳。捕獲引腳的電壓跳變時(shí)，可將定時(shí)器值裝入一個(gè)捕獲寄存器，并可選擇產(chǎn)生一個(gè)中斷。IR：中斷寄存器。中斷寄存器IR保存捕獲中斷和匹配中斷的標(biāo)志，判斷中斷源。CR：捕獲寄存器CR0～CR3，當(dāng)輸入信號跳變時(shí)，可取得定時(shí)器的瞬時(shí)值。每個(gè)捕獲寄存器CR都與一個(gè)器件引腳相連。當(dāng)引腳發(fā)生特定的事件時(shí)，可將定時(shí)器計(jì)數(shù)值裝入該寄存器CR。CCR：捕獲控制寄存器。決定捕獲功能是否使能，以及捕獲事件在引腳的上升沿、下降沿或是雙邊沿發(fā)生。當(dāng)發(fā)生捕獲事件時(shí)，捕獲控制寄存器CCR用于控制將定時(shí)器計(jì)數(shù)值裝入4個(gè)捕獲寄存器中的哪一個(gè)以及是否產(chǎn)生中斷，可設(shè)置上升沿和下降沿同時(shí)有效，這樣會(huì)在雙邊沿觸發(fā)捕獲事件。MR：匹配寄存器。匹配寄存器值連續(xù)與定時(shí)器計(jì)數(shù)值比較，當(dāng)兩個(gè)值相等時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作。這些動(dòng)作包括產(chǎn)生中斷，復(fù)位定時(shí)器計(jì)數(shù)器或停止定時(shí)器。MCR：匹配控制寄存器。用于控制在發(fā)生匹配時(shí)所執(zhí)行的操作。利用捕獲單元測量一個(gè)脈沖所用的時(shí)間，就可以實(shí)現(xiàn)測速功能。電機(jī)軸上的編碼器產(chǎn)生正交編碼脈沖，正交編碼脈沖包括兩個(gè)脈沖序列，有變化的頻率和四分之一周期的固定相位偏移，通過檢測兩個(gè)序列中哪一個(gè)序列領(lǐng)先，就可以測出電機(jī)的轉(zhuǎn)向，速度可以通過捕獲脈沖測出。7）其他的注意事項(xiàng)P0口是一個(gè)32位雙向I∕O,每位的方向可單獨(dú)控制。P0口的功能取決于管腳連接模塊的管腳功能選擇。P0口的26和31腳未用。除用作A∕D輸入的管腳（,）外，所有P0管腳最大可承受5V的電壓。如果未使用A∕D轉(zhuǎn)換器，A∕D輸入可用作可承受5V電壓的數(shù)字I∕O口。P1口是一個(gè)32位雙向I∕O口，每位的方向可單獨(dú)控制。P1口的功能取決于管腳連接模塊的管腳功能選擇。P1口只有16～31號引腳可用。P1是內(nèi)置有上拉電阻最大可承受5V電壓的I∕O口，用作輸入口時(shí)可通過上拉電阻將輸入電平置高。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)。所以在應(yīng)用中，進(jìn)行ISP操作時(shí)。，～。我們使用的仿真器都沒有同步跟蹤功能，所以這個(gè)功能是用不到的。在應(yīng)用LPC2119的捕獲通道進(jìn)行點(diǎn)擊轉(zhuǎn)速的捕獲和判斷點(diǎn)擊轉(zhuǎn)向時(shí)，從光電碼盤出來的信號是5V的，所以須串入一個(gè)小電阻，提高系統(tǒng)的可靠性（雖然PHILPS的芯片號稱I∕O引腳可以耐5V電壓，建議不要直接相連）。在LPC2119中，、數(shù)字地和模擬地。它們的電壓相同，但為了降低噪聲和出錯(cuò)幾率，兩者應(yīng)當(dāng)隔離。（三） 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)【37】 1）移動(dòng)機(jī)器人行駛的動(dòng)力學(xué)分析當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人在水平方向上做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，如已知作用于移動(dòng)機(jī)器人行駛方向的外力，即行駛阻力，根據(jù)力的平衡關(guān)系，就可以建立移動(dòng)平臺行駛時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程，確定移動(dòng)平臺需要的驅(qū)動(dòng)力。同樣，根據(jù)移動(dòng)平臺的動(dòng)力性能要求，就可以求出驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的最大輸出轉(zhuǎn)矩。小車行駛時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力一定要克服行駛阻力，其行動(dòng)力學(xué)程式為： ∑Fu =∑Fk （21）式中：Fu——電機(jī)驅(qū)動(dòng)力，N Fk——移動(dòng)平臺行駛時(shí)的阻力，N 移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳至驅(qū)動(dòng)輪。作用在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩T1 使車輪對地面產(chǎn)生一個(gè)向后的圓周力F1 ，根據(jù)作用力和反作用力原理，地面對驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生一個(gè)向前的反作用力Ft ，推動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。其值為： F1= = （22）式中：Te—為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，Nmi—為傳動(dòng)系統(tǒng)的減速比， 1—為傳動(dòng)系統(tǒng)的效率， 1r —為平臺驅(qū)動(dòng)輪的半徑， m輪子的半徑是已知常數(shù)，由公式（22）可知，移動(dòng)平臺的驅(qū)動(dòng)力取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)系統(tǒng)的減速比、傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。移動(dòng)平臺行駛過程中，需要不斷克服行駛過程中的各種阻力。它們分別是來自地面的滾動(dòng)阻力Ff，來自空氣的空氣阻力Fw，上坡時(shí)的坡度阻力Fi，加速時(shí)的加速阻力Fj，機(jī)器人行駛的總阻力為: ∑F=Ff+Fw+Fi+Fj （23）上述諸阻力中，滾動(dòng)阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均存在的，坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在，在水平道路上勻速行駛時(shí)就沒有坡度阻力和加速阻力。滾動(dòng)阻力是車輪在地面上滾動(dòng)所引起的阻力的總稱。車輪在路面上滾動(dòng)時(shí)，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力并使輪胎和路面產(chǎn)生相應(yīng)的變形，同時(shí)還有輪胎與路面間的摩擦，從而形成了機(jī)器人行駛的滾動(dòng)阻力。比較而言，輪胎與路面的摩擦損失是很小的，滾動(dòng)阻力主要是由于輪胎變形和路面變形產(chǎn)生的。實(shí)驗(yàn)表明，車輪滾動(dòng)時(shí)的滾動(dòng)阻力等于滾動(dòng)摩擦系數(shù)f與車輪負(fù)荷G的乘積，即： Ff=fGcosα （24）滾動(dòng)阻力系數(shù)f的數(shù)值由試驗(yàn)確定。它與路面的種類、行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)；α為路面的坡度。空氣阻力是機(jī)器人在直線行駛時(shí)受到的空氣作用力在行駛方向上的分力。機(jī)器人行駛時(shí)與空氣發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，并在機(jī)器人周圍形成渦流，致使機(jī)器人前后產(chǎn)生大氣壓力差，同時(shí)空氣與機(jī)器人表面的摩擦也產(chǎn)生能量損失。兩者的作用方向與機(jī)器人行駛方向相反，阻礙機(jī)器人運(yùn)行?？諝庾枇εc機(jī)器人尺寸，表面形狀,行駛速度有關(guān)。由于空氣阻力的計(jì)算涉及到空氣動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算相對復(fù)雜。由于我們的運(yùn)動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)主要的應(yīng)用環(huán)境為水平面，所以忽略上坡阻力，為了簡化計(jì)算也忽略了加速阻力。所以有 ∑Fu=Ff+Fw （25）2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算在移動(dòng)平臺行駛之前，要給它配重，調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺的重心，使得驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力大致相等。當(dāng)移動(dòng)平臺在水面做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由公式（21）、（22）和（25）得到： T11=T12=(Ff+Fw)r (26)式中：T11—左電機(jī)轉(zhuǎn)速器輸出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩， Nm T12—右電機(jī)轉(zhuǎn)速器輸出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩， Nm由于風(fēng)阻力的不便計(jì)算，所以采用把風(fēng)阻力用系數(shù)β折算到摩擦阻力的辦法，簡化后的公式（26）變?yōu)椋? T11=T12=Ffr （27）在勻速直線運(yùn)動(dòng)中，風(fēng)的阻力很小，取β=；G是移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)的重量490N。實(shí)驗(yàn)測得f=。代入公式（27）得到： T11=T12=3）電機(jī)的選擇與驗(yàn)證經(jīng)查閱大量資料，初步選定maxon公司生產(chǎn)的118798號直流伺服電機(jī)作為行駛驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其配套減速器的型號為203121號，減速比為53:1。其配套光電編碼器的型號為225785號。下面驗(yàn)證初選的電機(jī)是否滿足要求。∕s，由減速器減速比和車輪半徑可以推導(dǎo)出電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)該不低于：6900rpm。所選電機(jī)的最高允許轉(zhuǎn)速為8200rpm，滿足系統(tǒng)的要求。用公式（22）把減速器的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)Q算成電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩： T1=（TeMe）i0η （28） Te=Me (29)式中：Me—電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，Nm由前面的計(jì)算和電機(jī)資料可知以上的4個(gè)參數(shù) T1= ， i0=111 ， Me= ， η=代入公式（29）得到： Te=查電機(jī)參數(shù)表得知，直流伺服電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩城80mNm，與之相比較，可知直流電機(jī)期望輸出的轉(zhuǎn)矩沒有超過直流伺服電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩。下面驗(yàn)證一下電機(jī)在該輸出轉(zhuǎn)矩下的輸出電流是否符合要求。根據(jù)電機(jī)制造商提供的電流計(jì)算公式： Im= +I0 （210）式中：ηma