【導(dǎo)讀】成都工業(yè)學(xué)院成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)。時(shí)間：2020年11月28日至2020年4月17日共20周。學(xué)生姓名：任龍學(xué)號(hào)：547497. 指導(dǎo)單位或教研室：重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表。日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況指導(dǎo)教師簽字。完成論文的終稿及格式修改。定稿，打印論文，做好評(píng)閱的。二〇一四年四月十日。答辯小組組長(zhǎng)簽名：。1．學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正本存教學(xué)點(diǎn)。2．本表一式兩份，一份存入學(xué)生檔案，一份學(xué)校存檔。3．此表須用鋼筆填寫(xiě)。

　　

【正文】 單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由 RC 電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。 復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。 (1)上電復(fù)位： STC89 系列單片及為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳 RST 上連接一個(gè)電容到 VCC，再連接一個(gè)電阻到 GND，由此形成一個(gè) RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí) RST 腳 上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為 10K 和 10uF。 (2) 按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)電容被放電、 RST 也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。 振蕩電路 單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供 的時(shí)鐘頻率。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的 單頻振蕩 。 單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻 和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。 8051 使用 12MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在 15pF至 50pF之間。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （多自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)） 31 串行接口電路 串行接口是為了讓單片機(jī)與外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的一種方式。串行接口具有使用線路少、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 AT89C51 單片機(jī)具有一個(gè)全雙工串行通信接口 ，這樣可以很容易的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)之間或者多機(jī)之間的通信。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)串行口的輸出與輸入均為 TTL 電平。這種以 TTL 電平串行傳輸數(shù)據(jù)的方式，抗干擾技能差，傳輸距離短。為了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離就必須采用標(biāo)準(zhǔn)串口。 RS232C 是異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終設(shè)備（ DTE）數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ DCE）之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。 PC 機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 接口，由于 TTL 電平和 RS232C 電平互不兼容，所以兩者連接必須有電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)信號(hào)為 TTL 電平（ 0V～ 5V）。RS232C 標(biāo)準(zhǔn)電平（邏輯 1： 3V～ 15V；邏輯 0： +3V～ +15V）。如果需要兩者之間的電平轉(zhuǎn)換需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，這里選用 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片。 MAX232 是由美國(guó) MAXIM 公司生產(chǎn)的電平轉(zhuǎn)換芯片，此芯片由于內(nèi)部有自升壓的電平倍增電路，可以將 +5V轉(zhuǎn)換成 10V～ +10V，滿足 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯1 和邏輯 0 的電平要求。 設(shè)計(jì)電路如圖 64，電平轉(zhuǎn)換芯片的 R1OUT和 T1IN分別與單片機(jī)的 RXD 和 TXD管腳相連接。同時(shí)選用通用的 9 芯的 RS232 接口，即 DB9F。 R 1 I N13R 2 I N8T 1 I N11T 2 I N10R 1 O U T12R 2 O U T9T 1 O U T14T 2 O U T7C 1+1C 1 3C 2+4C 2 5V6GND15V+2VCC16U5M A X 2 32 C P E ( 16 )C10. 1u FC30. 1u FR X DT X DC20. 1u FC40. 1u FV C C _5 V162738495D B 9 圖 64 串行接口電 路圖 傳感器 傳感器的選型 本次設(shè)計(jì)傳感器采用 VTI Technologies 公司的 SCA100T 系列。 SCA100T 是采用微電子機(jī)電技術(shù)（ MEMS）制造的一款雙軸加速度傳感器，模擬輸出的電壓范圍為 05v ， SCA100T 單軸的最大輸出范圍約為 177。90 度。在采樣頻率為 8Hz 及成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （多自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)） 32 以下時(shí)，可獲得 度的輸出分辨率。 MEMS 是二十一世紀(jì)的前沿技術(shù)，采用MEMS 技術(shù)可以在硅芯片上加工出完整的微型電子機(jī)械系統(tǒng)，包含了微型傳感器、微型機(jī)械機(jī)構(gòu)、以以及信號(hào)處理和控制電路、通訊接口等于一體的 微型器件，把信息系統(tǒng)的微型化、多功能化、智能化和可靠性提高到新的高度。 SCA100T內(nèi)部包含了一個(gè)硅敏感微電容傳感器和一個(gè) ASIC 專用集成電路 ， ASIC 電路集成了 EEPROM 存儲(chǔ)器、信號(hào)放大器、 AD 轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和 SPI 串行通信接口，組成了一個(gè)完整的數(shù)字模擬雙輸出的傳感器。有 ? 300和 ? 900兩種量程，主要性能如下： （ 1） XY 雙軸高分辨率雙軸測(cè)量 。 （ 2） 單電源 +5V直流供電 ， 工作電流僅 3Ma。 （ 3） 模擬量輸出和 11 位數(shù)字量輸出 。 （ 4） AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 150 微秒 。 加速度傳感器可以用來(lái)測(cè)定變化或恒定的加速度。恒定加速度的一個(gè)特例就是重力加速度，當(dāng)傳感器靜止時(shí)（沒(méi)有水平或垂直方向的加速度時(shí)），重力加速度方向和傳感器靈敏軸的夾角就是傾角。雙軸加速度傳感器測(cè)量?jī)A角有兩種放置方法：水平放置和一軸垂直放置。本次設(shè)計(jì)采用水平放置，示意圖如下圖 65 所示。 圖 65 水平放置方法 水平放置在177。 90 度的范圍內(nèi)有很好的分辨率，水平放置時(shí)應(yīng)用如下的公式計(jì)算傾角： a rc s in ( / )a rc s in ( / )xxyyAgAg???? 其中 Ax、 Ay 表示重力加速度輸出， x? 、 y? 表示傾斜角度（弧度）。 硬件電路的設(shè)計(jì) 傳感器 OUT1 引腳為模擬量輸出管腳，將其接在 ADC0809 的 IN0 輸入接口，同時(shí)，為了進(jìn)行傳感器自檢和內(nèi)部校正，分別將傳感器的 MISO、 MOSI、 SCK、 CSB與單片機(jī)的 、 、 、 相連。 MISO 用于傳輸傳感器內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （多自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)） 33 器轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)， MOSI 與單片機(jī)的 引腳相連，用于向傳感器發(fā)送命令和進(jìn)行傳感器內(nèi)部自校正，使用軟件編程通過(guò) 向 SCK 提供串口通訊脈沖。CSB 為片選信號(hào)引腳。具體硬件連接框圖如下圖 66所示。 S C A 1 0 0 T A D C 0 8 0 98 0 5 1 圖 66 傳感器與單片機(jī)連接框圖 電動(dòng)機(jī)的控制 機(jī)械手的各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)的，所以電機(jī)的控制很重要，現(xiàn)今有很多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片，根據(jù)所控制的電機(jī)種類、電壓大小、電流大小等先關(guān)參數(shù)選擇相適應(yīng)的電機(jī)控制器，本次設(shè)計(jì) 選擇 L298N 電機(jī)控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)。 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片 ( DualFullBridge Driver ) ，內(nèi)部包含 4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)二相或 1 個(gè)四相電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī) 的 IO 端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)，方便簡(jiǎn)單 。 L298N 的接腳 Pin1 和Pin15 可與電流偵測(cè)用電阻連接來(lái)控制負(fù)載的電路 ； OUTl、 OUT2 和 OUTOUT4 之間分別接 2 個(gè)電機(jī) ； input1~input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn) ；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 硬件電路圖 本次設(shè)計(jì) L298N 輸入端引腳 IN IN IN IN4 分別接單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出端管腳 PA0、 PA PA PA3， Vs 為電源管腳，本次設(shè)計(jì)接 24V 直流電源， OUTOUT OUT OUT4 為驅(qū)動(dòng)輸 出管腳，分別與電機(jī)和電源相接，中間加二極管保成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （多自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)） 34 持電壓不變，本次設(shè)計(jì)中 L298N 與直流伺服電機(jī)的硬件電器原理圖如下圖 67所示： D14IN4007D15IN4007D12IN4007D13IN4007C23100uFC24+24C26C2512M3U24M3IN15IN27IN310IN412ENB11GND8ISENB15IESNA1OUT414OUT313OUT23OUT12Vs4Vss9ENA6U23L298N++++ 圖 67 L298N 與電機(jī)硬件連接圖 結(jié) 論 兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在忙碌中就快要結(jié)束了，在這兩個(gè)多月的時(shí)間里，在畢業(yè)設(shè)計(jì)之余還要兼顧找工作，因此，在這段時(shí)間里我覺(jué)得生活非常的充實(shí) .不但在畢業(yè)設(shè)計(jì)中鞏固了以前的知識(shí)，而且在人生道路上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會(huì)交際 .畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考察，它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，因此 不同于以前的課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越 .認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)，我對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散，一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度 .在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過(guò)各種途徑搜集得到。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變 能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我最大的動(dòng)力，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。 在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識(shí)已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)之前就對(duì)大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開(kāi)始對(duì)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計(jì)的感覺(jué)。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對(duì)于專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)本次設(shè)計(jì)還使我更深 切地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊(duì)合作精神也得到了增強(qiáng)?？梢哉f(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識(shí)，也檢驗(yàn)了我們的綜合素質(zhì)和實(shí)際能力。同時(shí)也跨出了我的工程師之路的第一步。 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） （多自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)） 35 參 考 文 獻(xiàn) 1 馮辛安 , 黃玉美 ,杜君文 . 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) [J]. 第 1 版 . 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 ,1999(3):5668. 2 朱燈林 ,姜濤 ,王安麟等 . 柔性機(jī)械手結(jié)構(gòu) /控制融合設(shè)計(jì) [J].上海 :2020（ 2） : 3580. 3 張 建民 .工業(yè)機(jī)器人 [M].北京 :北京理工大學(xué) 出版社 ,2020:6064. 4 (美 ).高級(jí)機(jī)器人手冊(cè) . 第 1 版 .上海 ： 上海翻譯出版公司 ,2020:1012. 5 馬香峰 .工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì) [M].第 1 版 .北京 :冶金工業(yè)出版社 ,1996:5056. 6 何發(fā)昌 ,邵遠(yuǎn) .多功能機(jī)器人的原理及應(yīng)用 [M]. 第 1版 .北京： 高等教育出版社 ,1996： 1620. 7 孟繁華 .機(jī)器人應(yīng)用技術(shù) [M]. 第 1 版 .哈爾濱 : 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 出版社 ,2020:1215. 8 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) (第五卷第四十二篇 :工業(yè)機(jī)器人 ). 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020:8589. 9 王啟義 .機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) [M]. 第 1 版 . 北京 :冶金工業(yè)出版社 ,2020:7682. 10 馮辛安