【文章內(nèi)容簡介】 主要包括 用硬件實現(xiàn)智能控制算法 ， 同時完成任務的合理調(diào)度、實時控制和網(wǎng)絡功能，使控制器具有良好的穩(wěn)定性、較好自適應性、高可靠性、快速性、高的跟蹤精度 [4]?？刂破鞑捎玫膮?shù)自調(diào)整在線插值模糊控制算法可以實現(xiàn)誤差無限分檔和比例因子在線調(diào)整。 首先，接收上位機命令 ， 監(jiān)視機器人狀態(tài)。然后，運用矢量控制算法完成關節(jié)電機的運動控制并完成單關節(jié)的位置閉環(huán) ， 主控制器將關節(jié)轉動的角位移、角加速度等命令參數(shù)，每個伺服周期進行一次位置、速度的檢查 ， 如果未達到指定的位置 ， 則繼續(xù)運動或者加速 ， 將要達到指定位置時會自動的按照設定的加速度進行減速 ， 完成關節(jié)空間的位置閉環(huán)控制。這樣不僅克服了運動超調(diào)的現(xiàn)象 ， 而且使得系統(tǒng)加減速時運行平穩(wěn) [5]。 工學學士論文 設計概述 控制器的設計思路 本課題是一個完整的工業(yè)機器人遙操作嵌入式伺服控制系統(tǒng)設計的一部分 ——嵌入式伺服控制器的軟硬件電路原理設計，主要包括以下內(nèi)容： (1) 控制信號輸出電路的設計 分析、設計機器人各控制元件的特性及控制方式，選擇合適的驅動控制電路實現(xiàn)對機器人各自由度的控制。并根據(jù)從上位機傳來的操作指示，發(fā)出相應的控制信號。 (2) 與上位機連接的 通信電路的設計 利用 CAN 總線完成遙操作器 、規(guī)劃器 與嵌入式伺服控制器之間可靠的雙向數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)機器人的遙操作，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、可靠性和實時性。 (3) 反饋信號的采集與處理 利用光電編碼器輸出的信息， 經(jīng)過合理的處理，得到電機的轉向、轉速等信息。將處理后的信號通過 CAN總線上報給規(guī)劃器，使規(guī)劃器作出相應調(diào)整，以保證電機運轉的準確性，可靠性。工學學士論文 硬件設計與選型 3 硬件設計與選型 MPS430 單片機 概述 MPS430 單片機系列概述 TI 公司的 MSP430 系列單片機是 一 種超低功耗的混合信號控制器，其中包括一系列器件，它們針對不同的應用而由各種不同的模塊組成。這些微控制器被設計為可用電池工作。而且可以有很長使用時間的應用。它們具有 16 位 RISC 結構， CPU 中的 16 個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器 (DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6us 的時間內(nèi)激活到活躍的工作方式 [6]。 MSP430 系列單片機具有豐富的片內(nèi)外設，有極其廣闊的應用范圍。 MSP430 系列單片機具有以下 一 些共同的特點。 1)低電壓、超低功耗 MSP430 系列單片機，在 ~ 電壓、 1MHz 的時鐘條件下運行。耗電電流 (在 ~400 uA 之間 )因不同的工作模式而不同；具有 16 個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將 CPU 喚醒只要 6us，可編制出實時性特別高的源代碼；可將 CPU 置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。 2)強大的處理能力 MSP430 系列單片機，為 16 位 RISC 結構，具有豐富的尋址方式 (7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址 )、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令 ；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅動下，指令周期為125us。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。 3)系統(tǒng)工作穩(wěn)定 工學學士論文 硬件設計與選型 上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障， DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。 4)豐富的片內(nèi)外設 MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設。它們分別是以下一些 模塊的不同組合： 外圍?？撮T狗 (WDT) 定時器 A(TimerA) 定時器 B(TimerB) 比較器 串口 0、 1(USART0、 1) 硬件乘法器 液晶驅動器 10 位 /12 位 ADC 14 位 ADC(ADCl4) 端口 0(P0) 端口 1~6(P1~P6) 基本定時器 (Basic Timer) 以上 外圍模塊 再 加 上多種存儲器方式就構成了不同 型號的器件。其中，看 門狗可以使程序失控時迅速復位；比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器可以設計為 A/D 轉換器；定時器具有捕獲 /比較功能，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有兩個串口，可方便地實現(xiàn)多機通信等應用；具有較多的并行端口，最多達 68 條 I/O 口線，而且 I/O 口線具有中斷能力； 12/14 位硬件 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200 kbps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應用；能直接驅動液晶多達 120 段。 MSP430 系列單片機的這些片內(nèi)外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 5)方便高效的開發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 4 種類型器件： OTP 型、 FLASH 型、 EPROM 型和 ROM 型。這些器件的開發(fā)手段不同。對于 OTF 型和 ROM 型的器件是用相對應的 EPROM 型器件作為開發(fā)片，或使用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩膜芯片；而對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件工學學士論文 硬件設計與選型 片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC 機和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言 可選擇 匯編語言和 C 語言。 MSP430F449 概述 MSP430F449 芯片 (圖 )是 MSP430 芯片中功能較多的一款 MCU。MSP430F449 的特點是 [7]： 1)低工作電壓： ~。 2)超低功耗： 活動模式 280uA@1Mz， ；待機模式 ；掉電模式 (RAM 數(shù)據(jù)保持 )。 3)5 種節(jié)電模式。 4)從待機到喚醒不到 6us。 5)12 位 A/D 轉換器帶有內(nèi)部參考源 、采樣保持、自動掃描特性。 6)16 位精簡指令結構 (RISC)， 150us 指令周期。 7)帶有 3 個捕獲 /比較器的 16 位定時器有：定時器 A 和定時器 B。 8)2 個串行通信模塊 USART0/1，可軟件選擇 UART/SPI 模式。 片內(nèi)比較器配合其他器件可構成單斜邊 A/D 轉換器。 9)可編程電壓檢測器。 10)線串行編程，不需要外部編程電壓。 11)驅動液晶能力可達 160 段。 12)可編程的保險熔絲可保護設計者密碼。 13)FLASH 存儲器多達 60KB， RAM 多達 2KB。 工學學士論文 硬件設計與選型 D V c c 11P 6 .3 / A 32P 6 .4 / A 43P 6 .5 / A 54P 6 .6 / A 65P 6 .7 / A 7 / S V S i n6V R E F +7X I N8X O U T / T C L K9V e R E F +10V R E F / V e R E F 11P 5 .1 / S 012P 5 .0 / S 113S214S315S416S517S618S719S820S921S 1 022S 1 123S 1 224S 1 325S1426S1628S1729S1830S1931S2032S2133S2234S2335S2436S2537S2638S2739S2840S2941S3042S3143S3244P4.7S/3446P4.6S/3547P4.5/UCLK1/S3648P4.4/SOMI1/S3749P4.3/SIMO1/S3850P 4 .2 / S T E 1 / S 3 951C O M 052P 5 .2 / C O M 153P 5 .3 / C O M 254P 5 .4 / C O M 355R 0 356P 5 .5 / R 1 357P 5 .6 / R 2 358P 5 .7 / R 3 359D V c c 260D V s s 261P 4 .1 / U R X D 162P 4 .0 / U T X D 163P 3 .7 / T B 464P 3 .6 / T B 565P 3 .5 / T B 466P 3 .4 / T B 367P 3 .3 / U C L K 068P 3 .2 / S O M I 069P 3 .1 / S I M O 070P 3 .0 / S T E 071P 2 .7 / A D C 1 2 C L K72P 2 .6 / C A O U T73P 2 .5 / U R X D 074P 2 .4 / U T X D 075P2.2/TB177P2.1/TB078P2.0/TA279P1.7/CA180P1.6/CA081P1.5/TACLK/ACLK82P1.4/TBCLK/SMCLK83P1.3/TBOUT/SVSOUT84P1.2/TA185P1.1/TA0/MCLK86P1.0/TA087XT2OUT88XT2IN89TDO/TDI90TDI91TMS92TCK93/RST/NMI94P6.0/A095P6.1/A196P6.2/A297AVss98DVss99AVcc100S1527S3345P2.3/TB276 圖 MSP430F449 引腳圖 CAN 總線 接口設計 CAN 總線簡介 概述 對于一般控制 ， 設備間連鎖可以通過串行網(wǎng)絡完成。因此 ， BOSCH 公司開發(fā)了 CAN 總線 (Controller Area Network)[8]， 并已取得國際標準化組織認證 (ISO11898)， 其總線結構可參照 ISO/OSI 參考模型。同時 ， 國際上一些大的半導體廠商也積極開發(fā)出支持 CAN 總線的專用芯片 。 通過 CAN 總工學學士論文 硬件設計與選型 線 ， 傳感器、控制器和執(zhí)行器由串行數(shù)據(jù)線連接起來。它不僅僅是將電纜按樹形結構連接起來 ， 其通信協(xié)議相 當于 ISO/OSI 參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層 ， 網(wǎng)絡可根據(jù)協(xié)議探測和糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中因電磁干擾而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤。 CAN 網(wǎng)絡的配制比較容易 ， 允許任何站之間直接進行通信 ， 而無需將所有數(shù)據(jù)全部匯總到主計算機后