【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 處理、智能機(jī)器人及圖像處理等高技術(shù)領(lǐng)域。 5 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 AT89S51 單片機(jī)特點(diǎn) 由于我做的小實(shí)驗(yàn)用的是 AT89S51 單片機(jī)所以下面我就詳細(xì)介紹 AT89S51 通過(guò)它來(lái)反映單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用過(guò)程！ 我們知道 Atmel 公司的單片機(jī)主要為 89C5 89C5 89C205 89C55WD等 以及高性能的 AT89LV5 AT89C405 AT89S5 AT89S52 AT89S53 等 我所用的 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能的 8 位單片機(jī)片內(nèi)含有 8KISPD insystemprogrammableDownloadable 串行編程可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器器件采用 ATMEI 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造， 兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳的結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央 處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元， AT89S51 具有以下特 性： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)， 32 個(gè)雙向 I/O 口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 全雙工 UART 串行中斷口線、兩個(gè)外部中斷源、中斷喚醒省電模式、看門狗 WDT 電路、靈活的 ISP 字節(jié)和分頁(yè)編程、 4KB 可反復(fù)擦寫 ISPFlashROM、 ― 工作電壓、時(shí)鐘頻率 0― 3MHZ、 128*8bit 內(nèi)部 RAM、低功耗空閑和省電模式、三 級(jí)加密位、軟件空閑和省電功能、雙數(shù)據(jù)寄存器指針。 功能強(qiáng)大的 AT89S51 可為許多嵌入式應(yīng)用式控制性應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià) 比 的解決方案！ 6 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 AT89S51 管腳介紹： ?EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào) /編程電源 ?ALE/PROG：低 8 位地址鎖存信號(hào) /編程脈 GND：地線。 VCC： +5 V 電源。 RST/VPD：復(fù)位、備用電源 RXD：串行通信收接口 SCI TXD：串行通信發(fā)接口 SCI INT0 外部中斷 0 INT1 外部中斷 1 T0 定時(shí)器 0 TXAL2 接外部晶振 T1 定時(shí)器 1 TXAL1 接外部晶振 ～ ： P0 口 8 位雙向口線。 ～ ： P1 口 8 位雙向口線。 ～ ： P2 口 8 位雙向口線。 ～ ： P3 口 8 位雙向口線。 7 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 三、六足機(jī)器人簡(jiǎn)介 仿生六足機(jī)器人的原理 六足仿生機(jī)器人采用六足昆蟲的行走步態(tài) , 步行時(shí)把 6 條足分為兩組 , 以一邊 的前足后足與另一邊的中足為一組 ,形成一個(gè)三角架支撐機(jī)體。因此在同一時(shí)間 , 只有一組的 3 條足起支撐作用 ,前足用爪固定物體后拉動(dòng)蟲體前進(jìn) ,中足用以支 撐并舉起所屬一邊的身體 ,后足則推動(dòng)機(jī)體前進(jìn) ,同時(shí)使機(jī)體轉(zhuǎn)向。行走時(shí)機(jī)體向 前 ,并稍向外轉(zhuǎn) ,3 條足同時(shí)行動(dòng) , 然后再與另一組 3 條足交替進(jìn)行 [2 ]。 直線行走時(shí)的步態(tài)如圖 1 所示。機(jī)器 人開始運(yùn)動(dòng)時(shí)左側(cè)的 2 號(hào)腿和右側(cè)的 6 號(hào) 腿抬起 , 準(zhǔn)備向前擺動(dòng) ,另外 3 條腿 5 處于支撐狀態(tài) ,支撐機(jī)器人本體確保 機(jī)器人的原有重心位置處于 3 條支撐腿所構(gòu)成的三角形內(nèi) , 使機(jī)器人處于穩(wěn)定 狀態(tài)不至于摔倒 , 見圖 1a。擺動(dòng)腿 6 向前跨步 ,見圖 1b, 支撐腿 5 一 面支撐機(jī)器人本體 ,一面在小型直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)和皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下驅(qū)動(dòng)機(jī)器 人本體 , 使機(jī)器人機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)半步長(zhǎng) S,見圖 1c 。在機(jī)器人機(jī)體移動(dòng)到位 時(shí) ,擺動(dòng)腿 6 立即放下 ,呈支撐態(tài)。使機(jī) 器人的重心位置處于 6 三條 支撐腿所構(gòu)成的三角形穩(wěn)定區(qū)內(nèi) ,原來(lái)的支撐腿 5 已抬起并準(zhǔn)備向前跨步 , 見圖 1d 擺動(dòng)腿 5 向前跨步 ,見圖 1e,支撐腿 6 此時(shí)一面支撐機(jī)器人 本體 ,一面驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)體使機(jī)器人機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng) S,見圖 1f,如此不斷 重復(fù)步態(tài) a b c d e f a ,循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不斷向前運(yùn)動(dòng) 圖 1 機(jī)器人步態(tài)示意圖 8 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 控制板簡(jiǎn)介： 除了機(jī)器人機(jī)體本身以外，還有很重要的一個(gè)部分就是機(jī)器人的控制器系 統(tǒng)。漢庫(kù)生產(chǎn)的控制板具有很好的操作性。在中國(guó)，大學(xué)里教授最為廣泛的單片 機(jī)應(yīng)該就是 MCS51。我們的控制板采用 STC12T54 單片機(jī)，指令周期大大縮減， 運(yùn)行效率大大提高。這樣做是為了我們的機(jī)器人能夠作出更加完美的動(dòng)作，或者 加入一些新型的傳感器，使機(jī)器人“感知”這個(gè)世界。控制板的俯視圖如下圖所 示 STC12C5410AD 控制板連線見下圖： 此控制板所用主要器件簡(jiǎn)介 1 關(guān)于電平特性 數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低 9 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 單片機(jī)為 TTL 電平：高 +5V 低 0V RS232 電平：計(jì)算機(jī)的串口 高 12V 低 +12V 所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片 232。 系統(tǒng)工作如下圖所示： 2 STC12C5410AD 芯片機(jī)器最小工作系統(tǒng)圖： 10 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 舵機(jī)簡(jiǎn)介： 舵機(jī)本身是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。它是由舵盤、減速齒輪組、位置反饋 電位計(jì)、直流電機(jī)和控制電路組成的。通過(guò)內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸 出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號(hào)，因此對(duì)于它的控制可以使用開環(huán)控制方式。 舵機(jī)體積十分小巧。機(jī)器人使用它是非常合適的。由于六足機(jī)器人用 到了八位單片機(jī)，我們的舵機(jī)需要的是方波信號(hào)。單片機(jī)的精度直接影響了舵 機(jī) 的控制精度， PWM 信號(hào)為脈寬調(diào)制信號(hào)，其特點(diǎn)在于他的上升沿與下降沿之間的時(shí) 間寬度 目前，北京漢庫(kù)科技的 HG14M 舵機(jī)可能是這個(gè)過(guò)渡時(shí)期的產(chǎn)物，它采 用傳統(tǒng)的 PWM 協(xié)議，優(yōu)缺點(diǎn)一目了然。優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，成本較低，旋轉(zhuǎn)角度 大（目前所生產(chǎn)的都可達(dá)到 185 度）；缺點(diǎn)是控制比較復(fù)雜，畢竟采用 PWM格式。 但是它是一款數(shù)字型的舵機(jī)，其對(duì) PWM 信號(hào)的要求較低： （ 1） 不用隨時(shí)接收指令，減少 CPU 的疲勞程度； 可 以位置自鎖、位置跟蹤，這方面超越了普通的步進(jìn)電機(jī) 其 PWM 格式注意的幾個(gè)要點(diǎn)： （ 1） 上升沿最少為 ，為 之間；（對(duì)應(yīng)舵機(jī)旋轉(zhuǎn) 0180度） （ 2） HG14M 數(shù)字舵機(jī)下降沿時(shí)間沒要求，目前采用 就行；也就是 說(shuō) PWM 波形可以是一個(gè)周期 1mS 的標(biāo)準(zhǔn)方波； HG0680 為塑料齒輪模擬舵機(jī)，其要求連續(xù)供給 PWM 信號(hào)；它也可以輸入一個(gè)周 期為 1mS 的標(biāo)準(zhǔn)方波，這時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的跟隨性能很好、很緊密 PWM 的控制精度 控制 我們采用的是 8 位 STC12C5410ADCPU，其數(shù)據(jù)分辨率為 256，那么經(jīng)過(guò)舵 機(jī)極限參數(shù)實(shí)驗(yàn)，得到應(yīng)該將其劃分為 250 份。 那么 的寬度為 2mS 2020uS。 2020uS247。250 8uS 則： PWM 的控制精度為 8us 我們可以以 8uS 為單位遞增控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與定位。 舵機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng) 185 度，那么 185 度247。 250 度， 則：舵機(jī)的控制精度為 度 11 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 機(jī)器人傳感器系統(tǒng)： 為了使機(jī)器人更好的“感知”這個(gè)世界，我們可以給它裝上合適的傳感器。 傳感器的總類有很多，為了實(shí)現(xiàn)不同的功能，我們可以選著不同的傳感器！經(jīng)過(guò) 我 們 的 考 察 御 姐 和 機(jī) 器 人 的 性 質(zhì) 我 們 選 用 了 紅 外 傳 感 器 ： 另外我們也可以選擇超聲波傳感器： 它是通過(guò)超聲波發(fā)送與接受時(shí)間 差計(jì)算出被測(cè)物體距離， TTL 數(shù)字輸出。 測(cè)量機(jī)器人與前方障礙物之間的距離， 可以用于機(jī)器人精確避障。測(cè)量范圍 :17cm~2m。 0 模