【文章內(nèi)容簡介】 6/ ATmega8535/ ATmega32引腳圖SLDIY023開發(fā)實驗板中的ATmega16/32/ ATmega8535/引腳排列是按ATmega8515引腳圖排列的，以便于積木化模板間的互換接插。例如SLDIY021型開關量主板，主芯片為ATmeg8515；SLDIY023型模擬量主機板（含SLDIY021板功能），主芯片為ATmega16或ATmeg8515/ ATmeg32，它們均可插在SLDIY026板上工作，可以組成積木式輪式智能機器人；SLDIY022板可插在SLDIY021型開關量主板或SLDIY023型模擬量主機板上工作，組成工控組態(tài)開發(fā)實驗系統(tǒng)。 1(T0)PB02(T1)PB13(AIN0)PB24(AIN1)PB35(SS)PB46(MOSI)PB57(MISO)PB68(SCK)PB79RESET10VCC11GND12XTAL213XTAL114(RDX)PD015(TXD)PD116(INT0)PD217(INT1)PD318(OC1B)PD419(OC1A)PD520(ICP)PD640PA0(ADC0)39PA1(ADC1)38PA2(ADC2)37PA3(ADC3)36PA4(ADC4)35PA5(ADC5)34PA6(ADC6)33PA7(ADC7)32AREF31AGND30AVCC29PC7(TOSC2)28PC6(TOSC1)27PC526PC425PC324PC223PC122PC021PC7(OC2)ATmega16/32/8535 1(T0)PB02(T1)PB13(AIN0)PB24(AIN1)PB35(SS)PB46(MOSI)PB57(MISO)PB68(SCK)PB79RESET10(PXD)PD011(TXD)PD112(INT0)PD213(INT1)PD314PD415(OC1A)PD516(WR)PD617(RD)PD718XTAL219XTAL120GND40VCC39PA0(AD0)38PA1(AD1)37PA2(AD2)36PA3(AD3)35PA4(AD4)34PA5(AD5)33PA6(AD6)32PA7(AD7)31ICP30ALE29OC1B28PC7(A15)27PC6(A14)26PC5(A13)25PC4(A12)24PC3(A11)23PC2(A10)22PC1(A9)21Atmega8515 ATmega8515/ ATmega16/ ATmeg32/ ATmega8535的引腳圖 直流步進電機驅動 本設計采用雙列直插式LG9110電機驅動集成芯片。LG9110是為控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，可使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。，其端口PDPDPD ATmega8535所對應的端口。 LG9110特點如下：1. 有2個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性。2. 有兩個輸出端，能直接驅動電機的正反向運動。3. 具有較大的電流驅動能力，每通道能通過750800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可。4. 具有較低的輸出飽和壓降。5. 內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅動繼電器、直流電機、步進電機或開關功率管的使用上安全可靠。表1是電機轉動狀態(tài)編碼表，從表中可以看出：電流從PD7端口流向PD6端口，左電機正轉，電流從PD5端口流向PD4端口，右電機正轉；反之電機反轉。00為無電流通過電機，電機停止轉動。根據(jù)右電機及左電機轉向情況，就可以確定機器人運行狀態(tài)。 直流電機驅動電路原理圖表1 電機轉動狀態(tài)編碼表左電機右電機左電機右電機機器人運行狀態(tài)PD7PD6PD5PD41010正轉正轉向前行0110反轉正轉向左轉0010停正轉左電機為中心原地向左轉1001正轉反轉向右轉1000正轉停右電機為中心原地向右轉0101反轉反轉向后退 A3901步進電機A3901步進電機 采用雙路全橋式低電壓電動機驅動器。其特點有:低 RDS(on) 輸出 全步進與半步進能力 小型封裝 用于直流電動機的正轉、反轉和制動模式 零耗電的睡眠模式 最大達 250 千赫的 PWM 控制 交叉電流保護 過熱關機功能 (TSD) A3901 是一種全橋式電動機驅動器，用于有關雙極步進或電刷直流電動機的低壓便攜應用。 該輸出最適用于低壓驟降的情況，電流最大可達 177。400 毫安（相當于 177。800 毫安的并行輸出），操作電壓范圍為 到 伏特。 有（IN1 到 IN4）四種輸入能夠控制全步進與半步進模式下的雙極步進電動機，或正轉、反轉和制動模式中的直流電動機。 可將輸入脈寬調(diào)制 (PWM) 為頻率達 250 千赫的電流或速度控制。 內(nèi)部保護電路擁有過熱關機 (TSD) 和交叉（擊穿）保護功能。 機器人工作電源機器人工作電源由直流減速電機驅動電源和單片機工作電源兩部分組成，其中：1. 直流電機驅動電源有短路塊J5選擇5V或者12V供電工作，以滿足不同用途的需要，避崖機器人中考慮到電機，我們選擇5V電源。2. D9整流二極管是防止外接電源接反，也可使用外接9V交流電源。3. U4整流前端12V給直流減速電機使用，三端穩(wěn)壓管7805在穩(wěn)壓濾波后輸出5V直流電壓，供單片機使用，解決了單片機電源與直流電機驅動電源的隔離。 電源原理圖 復位電路。AVR單片機為低電平復位，S1為復位按鍵。又RC3組成的復位電路用于保證單片機、機器人開機通電時完成初始化操作（自動復位）。S1為手動復位初始化，R3起保護作用。 AVR復位電路原理圖 機器人工作指示，D1D8為PA口對應發(fā)光二極管，用于機器人工作指示（作機器人“眼睛”閃爍）。RP1為680歐姆排電阻。本硬件電路采用I/O口上低電平（接地LED燈亮）有效。 發(fā)光二極管電路原理圖發(fā)光二極管做為指示機器人工作狀況,D1~D4指示紅外探測器的探測結果。如果探測器1探測到物體時則輸出高電平發(fā)光二極管D1滅,反之發(fā)光二極管亮。D5~D8指示機器人工作狀況。D5：機器人直行，前方無障礙物或機器人前方左右都有障礙物，但機器人可以通過輸出低電平，D5亮D6：圖（ a ）機器人左前方有障礙物，機器人右轉，輸出低電平，D6亮D7：圖（ c ）機器人右前方有障礙物，機器人左轉，輸出低電平，D7亮D8：圖（ b ）機器人左右前方有障礙物，機器人無法通過，這時需要機器人后退并左轉，然后繼續(xù)探測，如此循環(huán)，直到能夠找到合適的路徑通過，這時輸出低電平，D8亮 ISD1000A芯片基本特點: (12s、10．6kbps)、ISDl016A(16s、8．0 kbps)、ISDl020A(20s、6．4 kbps)共三種。，采用DTAS(直接模擬量存儲)技術，錄放的信息可以直接記錄在芯片內(nèi)部的EEPROM中，因而可以較好地保留語言模擬量中的有效成分，減少音質失真，提高錄放質量，獲得自然、逼真的音響還原效果。，所以可以隨錄、隨放，任意改寫或刪除，不需專用的語言固化開發(fā)系統(tǒng)進行編程和燒錄。重復錄音次數(shù)為l萬次以上，錄放的信息可以保存l0年以上，斷電后信息不會丟失。，單一+5V電源供電。 ISD1000A系列引腳圖4 避崖機器人的軟件單元匯編語言作為傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的編程語言，具有執(zhí)行效率高的優(yōu)點，和機器人語言相比，使用匯編語言來編寫程序的突出優(yōu)點是可以使用符號，具體的說，就是可以用助記符來表示指令的操作碼和操作數(shù)，可以用標點和符號來代替地址、常量和變量。以下我們主要介紹了避崖機器人的兩個簡單測試程序和總程序，測試程序請見附錄（1），總程序請見附錄（2）。 匯編語言概況助記符一般都是表示一個操作的英文單詞的縮寫，便于識別和記憶。不過，用匯編語言編寫的程序不能由機器直接執(zhí)行，而必須翻譯成由機器代碼組成的目標程序，這個翻譯過程稱為匯編。在微型機中，當前絕大多數(shù)情況下，匯編過程是通過軟件自動完成的。用來把匯編語言編寫的程序自動翻譯成目標程序的軟件叫匯編程序。匯編語言源程序匯編目標程序匯編程序 由匯編程序執(zhí)行的匯編過程 用匯編語言編寫的程序叫源程序。匯編語言的指令和機器語言的指令之間有一一對應的關系。一個用匯編語言編寫的源程序通過匯編之后，大約得到幾倍容量的目標代碼程序。所以，匯編語言是和機器密切相關的，是面向機器的語言，CPU不同的機器有不同的匯編語言。 匯編語言程序的基本結構匯編語言程序具有4種結構形式，即順序結構、分支結構、循環(huán)結構和子程序結構。(1)順序程序順序程序是最簡單的程序結構，也稱為直線程序。這種程序中既無分支、循環(huán)，也不調(diào)用子程序，程序按順序一條一條地執(zhí)行指令。(2)分支程序 程序分支是通過條件轉換指令實現(xiàn)的，即根據(jù)條件對程序的執(zhí)行進行判斷，滿足條件則進行程序轉移，不滿足條件就順序執(zhí)行程序。分支程序又分為單分支和多分支結構。循環(huán)程序是最常見的程序組織方式。在程序運行時，有時需要連續(xù)重復執(zhí)行某段程序，這時可以使用循環(huán)程序。這種設計方法可大大地簡化程序。循環(huán)程序的結構一般包括下面幾個部分：(1)置循環(huán)初值對于循環(huán)過程中使用的工作單元，在循環(huán)開始時應置初值。例如，工作寄存器設置計數(shù)初值，累加器A清0，以及設置地址指針、長度等。這是循環(huán)程序中的一個重要部分，不注意就很容易出錯。(2)循環(huán)體(循環(huán)工作部分)重復執(zhí)行的程序段部分，分為循環(huán)工作部分和循環(huán)控制部分。循環(huán)控制部分每循環(huán)一次，檢查結束條件，當滿足條件時，就停止循環(huán)，往下繼續(xù)執(zhí)行其他程序。(3)修改控制變量在循環(huán)程序中，必須給出循環(huán)結束條件。常見的是計數(shù)循環(huán)，當循環(huán)了一定的次數(shù)后，就停止循環(huán)。在單片機中，一般用一個工作寄存器Rn作為計數(shù)器，對該計數(shù)器賦初值作為循環(huán)次數(shù)。每循環(huán)一次，計數(shù)器的值減1，即修改循環(huán)控制變量，當計數(shù)器的值減為0時，就停止循環(huán)。(4)循環(huán)控制部分根據(jù)循環(huán)結束條件，判斷是否結束循環(huán)。上述四個部分有兩種組織方式，(a)和(b)所示。未完未完完置初值循環(huán)體循環(huán)修改循環(huán)控制退出循環(huán)(a)置初值循環(huán)控制循環(huán)體循環(huán)修改退出循環(huán)完(b) 循環(huán)組織方式流程圖5 具體實施方案的設計 在上面的討論中，我們考慮的是理想情況，但如果在現(xiàn)實中，考慮到轉換精度的誤差，考慮到不可避免的因為機器人的輪子直徑而在行走中所帶來的誤差，為了保證產(chǎn)品在現(xiàn)實中的可行性以及設計的嚴謹性，我們又做了以下工作。 兩輪式行走機構的設計采用兩個具有兩個自由度的傳統(tǒng)型車輪作為主動輪，并且采用雙電機分別通過減速機構驅動輪，為保持車體平衡，在車的前后各有一個支撐輪。這樣布置小車可以實現(xiàn)零半徑旋轉、前后兩個方向都可以運動、具有良好的啟動和制動性能、使小車具有高度的靈活性。根據(jù)行駛路線以及場地的特點，兩輪小車必須要解決如下的幾個問題：(1)啟動、制動和轉動速度盡量快。(2)能以很小的半徑進行旋轉。(3)良好的一致性，即：當小車的控制系統(tǒng)對車體左右輪發(fā)出相同的指令時，左右輪的轉速應相同。二輪式行走機構包括：主動輪（驅動輪）、支撐輪、減速器、車體框架、電動機等。 支撐萬向輪 主動輪直流減速電機 兩輪行走機構的動力學分析。設左右輪的速度分別為：、。則小車的運動速為： （51） RPC0(A8)R檢測白底的邊緣 兩輪車在轉向時的運動小車的回轉角速度為: （52）其中，B為小車的輪距。小車的運動速度在X 、Y坐標上的分量分別為： （53） （54）由物理關系有： 對（52）、（53）、（54）式取積分得：