制作機(jī)器人常用的單片機(jī)性能特點(diǎn)及使用經(jīng)驗(yàn)

1、制作機(jī)器人常用的單片機(jī)性能特點(diǎn)及使用經(jīng)驗(yàn)單片機(jī)，機(jī)器人，性能，特點(diǎn)，經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明劉天龍機(jī)電狂人，來源：robotsky劉天龍1986年生愛好廣泛，喜愛機(jī)器人技術(shù)期待開發(fā)各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品郵箱：spurtltl1262010 2 5 注有LTL Robot 字樣的案例均為作者制作原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明作者 摘要：很多接觸機(jī)器人或單片機(jī)不久的朋友面對(duì)種類繁多的單片機(jī)常會(huì)困惑，到底它們之間有何 不同？制作機(jī)器人到底用哪種單片機(jī)控制比較好？當(dāng)我們選擇了一種單片機(jī)后，有何捷徑 能迅速掌握并應(yīng)用這種單片機(jī)？本文嘗試用一種通俗易懂的方法解讀上述問題，并設(shè)計(jì)了 一種有深度的單片機(jī)控制機(jī)器人的實(shí)例，希望能起到

2、拋磚引玉的作用。我與大家分享我使 用單片機(jī)的一些經(jīng)驗(yàn)，希望能讓初學(xué)者少些迷茫，讓已經(jīng)入門的朋友思維開闊。寫本文時(shí)我僅有 3年單片機(jī)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比較了解51系列和AVR系列單片機(jī)，因此著重討論了 AVR單片機(jī)，我經(jīng)驗(yàn)有限，有錯(cuò)誤在所難免，希望朋友們批評(píng)指正！ 一單片機(jī)和CPU、個(gè)人電腦的區(qū)別和聯(lián)系這部分內(nèi)容比較初級(jí)，但很多朋友剛接觸單片機(jī)時(shí)或許對(duì)下面的問題不是很清楚。 1什么是CPU ?CPU中文名稱為 中央處理器”，典型代表為英特爾 8086處理器，現(xiàn)在的奔騰 X處 理器都是8086的直系后代。處理器，顧名思義，其功能是處理數(shù)據(jù)，對(duì)于中央處理器， 就是在數(shù)據(jù)處理中處于核心地位的處理器，聽起來似乎

3、很復(fù)雜，但實(shí)際上核心就是一個(gè) ALU 算術(shù)邏輯單元這個(gè)單元由一些數(shù)字門電路組成，僅能完成括加、減、乘、除四則運(yùn) 算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。CPU內(nèi)部包含ALU ,除此之外CPU還有時(shí)鐘電路，CPU運(yùn)行的基本原理是：時(shí)鐘電路產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，這個(gè)脈沖 控制著一個(gè)累加器，即每產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖，累加器加 1 ,這個(gè)累加值以16進(jìn)制數(shù)字的形 式通過地址總線唯一選通程序儲(chǔ)存器中一個(gè)儲(chǔ)存單元在 CPU外部，這個(gè)單元將內(nèi)部儲(chǔ) 存的程序命令代碼通過數(shù)據(jù)總線送到ALU中，ALU根據(jù)代碼不同執(zhí)行不同操作，比方把某寄存器數(shù)值和某數(shù)值相加等，然后將計(jì)算結(jié)果輸出到IO 口或者各個(gè)總線上?？?/p>

4、之，CPU的工作就是把程序中的命令代碼翻譯成不同任務(wù)，然后執(zhí)行，輸出執(zhí)行 結(jié)果。CPU在一切數(shù)字電腦中都發(fā)揮了核心作用，即電腦都有CPU。2什么是個(gè)人電腦？由于CPU只有計(jì)算功能，其計(jì)算的結(jié)果需要通過顯示器、音箱輸出，而其工作的依 據(jù)，即程序命令則依靠硬盤儲(chǔ)存，其執(zhí)行任務(wù)時(shí)動(dòng)態(tài)存取的數(shù)據(jù)要保存在內(nèi)存中，而人可 以通過鍵盤控制程序命令的執(zhí)行過程，把所有這些CPU的外設(shè)組合在一起就叫做 個(gè)人電腦”。學(xué)習(xí)文檔僅供參考3什么是單片機(jī)?個(gè)人電腦功能強(qiáng)大，計(jì)算速度快，是較為理想的電腦。但當(dāng)我們需要用一個(gè)小裝置 控制微波爐定時(shí)開關(guān)時(shí)，個(gè)人電腦就顯得笨重和昂貴。因此人們?cè)O(shè)計(jì)出一種濃縮型電腦， 大的有幾平方厘米

5、，小的比米粒還小，它們叫做單片機(jī)”一一單片微型電腦。CPU是一個(gè)芯片，單片機(jī)也是一個(gè)芯片，看起來外觀差不多，它們有什么不同呢？答案是：單片機(jī)內(nèi)除了集成有CPU外，還集成了程序儲(chǔ)存器 ROM可理解為硬盤、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器 RAM可 理解為內(nèi)存，輸入輸出接口可理解為顯示器、鍵盤插座，有的單片機(jī)內(nèi)還集成了電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、視頻解碼電路、AD轉(zhuǎn)換器、無線傳輸電路等，使得單片機(jī)功能變得非常強(qiáng)大。 單片機(jī)的特長在于可以用單個(gè)芯片和簡單外部電路去實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制操作，因此非常適合 機(jī)器人控制。其實(shí)在絕大多數(shù)機(jī)器人中都有單片機(jī)的影子。簡單的和中等復(fù)雜的機(jī)器人可以用單片機(jī)直接控制，高度復(fù)雜的機(jī)器人用 個(gè)人電腦”或者超級(jí)電

6、腦”指揮許多單片機(jī)來完 成機(jī)器人控制。4學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑是什么？所謂捷徑就是少走彎路。我剛開始學(xué)單片機(jī)時(shí)走了不少彎路，很多朋友和我都有相 似的經(jīng)歷，剛開始接觸單片機(jī)，面對(duì)琳瑯滿目的圖書教材，不知選擇哪本；想實(shí)踐時(shí)不知 到哪買單片機(jī)；不知如何編程下載程序 A對(duì)于初學(xué)者仔細(xì)看本文就是學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑之一。B到圖書館或者書店在數(shù)十本單片機(jī)書中選一本你能看懂，而且覺得案例有趣的實(shí)在、生動(dòng)、活潑”的單片機(jī)書做為你的入門讀物。C建議先從51單片機(jī)學(xué)起。掌握 51后再學(xué)AVR ,然后學(xué)ARM、DSP等。D在學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐非常必要。你需要一臺(tái)電腦。如果是臺(tái)式電腦，你可以花十幾元購買25針并口下載線，如果是筆記

7、本電腦，彳只能購買幾十元到幾百元的USB ISP編程器。E用萬用板自己焊一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者購買開發(fā)板。沒有必要使用昂貴的仿真器。F你需要上網(wǎng)下載單片機(jī)編程軟件，比方51用Keil編程，AVR用CVAVR編程，在編程軟件中編好程序，然后生成 HEX文件，再上網(wǎng)下載并口燒程序軟件或者USB ISP燒程序軟件，用燒程序軟件加載 HEX文件，然后將編程線查到你的單片機(jī)電路板上，即可把程序 燒到單片機(jī)中。G拔下編程線，然后接通單片機(jī)板電源，你可以看到單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行。H如果系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，首先檢查電路是否接錯(cuò)，然后檢查程序是否燒錯(cuò)，如果以上都 沒毛病，研究程序是否編錯(cuò)。有時(shí)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行并不意

8、味著有什么地方錯(cuò)了，只是某 些參數(shù)沒設(shè)置好，你需要不斷運(yùn)行、修改程序、調(diào)試參數(shù)、再運(yùn)行如此往復(fù)，直到你對(duì)系 統(tǒng)運(yùn)行滿意為止。有時(shí)這是一個(gè)非常艱苦的重復(fù)勞動(dòng)，調(diào)整數(shù)百次上千次，你無法回避， 只能堅(jiān)定信念，勇往直前。I到淘寶網(wǎng)上買東西更方便、更廉價(jià)。二在單片機(jī)誕生前人們用什么控制機(jī)器人1模擬電腦學(xué)習(xí)文檔僅供參考在數(shù)字電腦誕生前，人們用電子管、電容器和電感線圈、電阻搭建模擬電腦，能夠完成許多簡單的計(jì)算和控制任務(wù)。所謂模擬電腦就是其計(jì)算采用的信號(hào)不是1、0數(shù)字信號(hào),而是電壓連續(xù)變換的模擬信號(hào)，類似于自動(dòng)控制原理中的各種控制器采用的運(yùn)算。別小看 了模擬電腦，上世紀(jì)80年代中東戰(zhàn)爭時(shí)，阿拉伯國家使用的蘇制

9、全自動(dòng)自行防空炮內(nèi)采用 模擬電腦實(shí)現(xiàn)計(jì)算飛機(jī)軌跡并控制火炮射擊目標(biāo)。采用模擬計(jì)算機(jī)的防q早期模擬計(jì)算機(jī)2齒輪和凸輪組成的控制器在模擬電腦誕生前，也就是蒸汽機(jī)時(shí)代，有些機(jī)械天才硬是用數(shù)百個(gè)齒輪和凸輪搭建 出機(jī)械電腦，人們通過轉(zhuǎn)動(dòng)印有數(shù)字的各種齒輪，另一些齒輪就將運(yùn)算結(jié)果顯示出來。機(jī) 械電腦在人類史上上曾經(jīng)是高科技產(chǎn)品，第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，德國著名的密碼機(jī)就是一種 機(jī)電混合式電腦，它當(dāng)時(shí)是最保密的通信工具。學(xué)習(xí)文檔僅供參考機(jī)械式計(jì)算機(jī)3發(fā)條和秒表和繼電器組成的控制器在電氣時(shí)代開始時(shí)，人們用鐘表內(nèi)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)分時(shí)控制一些繼電器的通斷，從而控制一些機(jī)床和生產(chǎn)線的運(yùn)行。這種裝置類似于早期洗衣機(jī)內(nèi)的定時(shí)器。三

10、入門首選AT89S51 系列單片機(jī)學(xué)習(xí)文檔僅供參考1簡介1980 ,英特爾公司開發(fā)出一種簡易的8031CPU ,在當(dāng)時(shí)該 CPU性能不比8086差很多，但價(jià)格較廉價(jià)，因此被很多低端應(yīng)用選中。由于市場(chǎng)看好，ATMEL公司購買了 8031的內(nèi)核，把Flash存儲(chǔ)器和加強(qiáng)型IO 口融入進(jìn)去開發(fā)出了 AT89系列單片機(jī)。所有兼容 8031指令和內(nèi)核相似的單片機(jī)統(tǒng)稱為51單片機(jī)，它是目前應(yīng)用最廣泛的 8位單片機(jī)之一。因51單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，指令易學(xué)，應(yīng)用廣泛，因此是初學(xué)單片機(jī)首選機(jī)型。如果有人想不 學(xué)51 ,直接學(xué)AVR,那么此人一定會(huì)遇到很多難題，困惑和郁悶將伴隨著學(xué)習(xí)過程。如果 學(xué)了 51再學(xué)AVR和

11、其他單片機(jī)，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)所謂單片機(jī)都不過如此 工2性能根據(jù)任務(wù)具體需要選擇最合適的單片機(jī)，使單片機(jī)資源充分利用，使系統(tǒng)性價(jià)比到 達(dá)最高，同時(shí)兼顧未來擴(kuò)展需要，不一味追求高性能單片機(jī)，這就是選單片機(jī)的原則。AT89S51 有4K的Flash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的RAM , 32條IO 口，中斷系統(tǒng)具有 6 個(gè)中斷源、5個(gè)終端矢量、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通信口；AT89S51 的電源電壓為 4.0-5.5V , AT89LS51 的電源電壓為 2.7-4.0V ;振蕩器頻率 0-33MHzAT89S51 , 0-16MHz(AT89LS51); 有ISP 在線編程功能，

12、這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功 能。AT89S52 程序儲(chǔ)存器容量為 8KB ,還有 AT89S55 , ROM容量更大。有很多公司生產(chǎn)了很多擴(kuò)展型51系列單片機(jī)，有的帶有AD轉(zhuǎn)換器，有的帶有比較器，有的帶有PWM,讀者可以根據(jù)自身需要選擇合適的51單片機(jī)，但要注意他們的管腳定義和編程方式。3使用方法AT89S51適于做單片機(jī)學(xué)習(xí)板、電子時(shí)鐘、超聲波測(cè)距儀等不需要采集模擬量和控制大功率外部元件的電路。S51與過去的C51的區(qū)別在于S51支持ISP在線編程，即C51需要幾百元的編程器編程，而 S51僅需一條25針并口線和非常簡單的轉(zhuǎn)換電

13、路即可 接在臺(tái)式電腦打印機(jī)接口燒程序，下載燒程序小軟件即實(shí)現(xiàn)可對(duì)S51單片機(jī)編程。對(duì)51單片機(jī)編程一般選用 Keil軟件，可采用 C語言或者匯編語言，編完程后選擇輸出HEX文件，然后用燒程序小軟件讀取HEX文件，再燒寫到單片機(jī)中。4實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)A剛開始看書時(shí)，按照書上的電路圖連線然后通電調(diào)試，但總不成功，將自己的電 路和書上的電路仔細(xì)對(duì)照發(fā)現(xiàn)不了問題。原因在于很多書上的電路圖都是簡化圖”，即省略了一些電路，而這些被省略的電路卻關(guān)乎系統(tǒng)的運(yùn)行。比方，當(dāng)單片機(jī)書講到 AD轉(zhuǎn)換電路，給出的電路圖多省略了晶振和復(fù)位電路，按照AD轉(zhuǎn)換電路圖搭出來的系統(tǒng)自然不能運(yùn)行。B 51單片機(jī)P0 口輸出信號(hào)時(shí)需要上拉電

14、阻，我經(jīng)常忘記加電阻，導(dǎo)致電路不好使。C 51單片機(jī)31引腳需要接正極，以選擇采用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果忘記給這個(gè)引學(xué)習(xí)文檔僅供參考腳以正確的電壓，你的單片機(jī)可能不能執(zhí)行程序。ISP下載黨以及編程裁件界面4應(yīng)用舉例用AT89c205】單片機(jī)做的電子鐘學(xué)習(xí)文檔僅供參考LTL. OttfcOt用AT89c52單片機(jī)他的吸塵機(jī)器人LTL BObOfc用AT89C52單片機(jī)械的溫度控制理四愛好者制作機(jī)器人首選AVR系列單片機(jī)1簡介AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(ReducedInstruction Set CPU)精簡指令集高速8位單片機(jī)。高可靠性、功能強(qiáng)

15、、高速度、低功耗學(xué)習(xí)文檔僅供參考和低價(jià)位一直是衡量單片機(jī)性能的重要指標(biāo)，而AVR單片機(jī)是典型高性能單片機(jī)。早期單片機(jī)，比方51單片機(jī)為了提高可靠性防止數(shù)據(jù)誤讀或跑飛采用較高的分頻系數(shù) 對(duì)時(shí)鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。例如 51單片機(jī)需要12個(gè)晶振周期才能組成 1個(gè)機(jī)器周期，而且很多指令需要2個(gè)機(jī)器周期才能執(zhí)行。 AVR單片機(jī)的推出，徹底打破這種舊設(shè)計(jì)格局，廢除了機(jī)器周期，采用精簡指令集，取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。AVR單片機(jī)在12個(gè)晶振周期中能執(zhí)行 12條指令，從這個(gè) 角度看，如果晶振頻率相同，AVR的速度是51的12倍到24倍。AVR有32個(gè)通用寄存器

16、，在進(jìn)行大量復(fù)雜運(yùn)算時(shí)，AVR的32個(gè)寄存器可相當(dāng)于 51的32個(gè)累加器，克服了 51系列單片機(jī)只有單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶頸現(xiàn)象，在復(fù)雜運(yùn) 算時(shí)速度比51快5倍以上。由此可看出，51與AVR相比是多么慢，AVR是多么快。AVR系列單片機(jī)多內(nèi)部集成了多路 AD轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、ISP、I2C、JTAG總線電路、 UART串口、大功率IO 口、看門狗等實(shí)用電路，并且很多 AVR單片機(jī)型號(hào)有 EEPROM、 FLASH、SRAM三種存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修改程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容， 即AVR單片機(jī)可以 自己修改自己的程序。同時(shí) AVR 一般能工作在寬電壓范圍2.76.0V，有的居然可以 在1.8V電

17、壓下工作。以上這些性能只是 AVR眾多性能中的一部分，然而已經(jīng)讓 51系列 單片機(jī)望塵莫及了。如此高性能的單片機(jī)價(jià)格居然和51單片機(jī)差不多，比方 ATmega8 價(jià)格為8元左右，ATmega16 在13元左右，這是 AVR有極高性價(jià)比的真實(shí)寫照。2性能AVR家族人丁興旺，包括 ATinyAVR 微小型、低功耗類、ATmegaAVR 高中低檔5類單片機(jī)。它們都基于同一核心技術(shù)，但在內(nèi)部集成的電路多少上有不同。不管你要做電 子手表還是視頻處理，都有一款合適的AVR單片機(jī)能滿足你的需要。本文只列出ATmega16 中檔單片機(jī)的性能：16KB 的FLASH 程序存儲(chǔ)器；512B 的EEPROM ; 1

18、KB的SRAM ; 32個(gè)快速寄存器；32個(gè)大功率IO 口； 20個(gè)中斷；2個(gè)外部中斷口；有 SPI、SUART、I2C總線接口； 2個(gè) 8位定時(shí)器；1個(gè)16位定時(shí)器；3個(gè)PWM通道；有實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC ; 8個(gè)10位AD通道；學(xué)習(xí)文檔僅供參考 電壓比較器；看門狗；內(nèi)置時(shí)鐘振蕩器；JTAG接口； ISP在線編程；電壓范圍為2.7V-5.5V 外部時(shí)鐘晶振0-16MHZ ;有PID和多種貼片封裝。AVR的IO 能輸出20mA 和吸收40mA 的電流，不僅可直接驅(qū)動(dòng) LED,甚至可直接驅(qū)動(dòng) 微型直流減速電機(jī)。而且 AVR的IO 可編程設(shè)置成輸入、輸出、高阻態(tài)狀態(tài)，是真正的 3態(tài)IO 。和51相比使

19、用AVR開發(fā)產(chǎn)品你會(huì)發(fā)現(xiàn)前所未有的方便和自由。AVR單片機(jī)可上操作系統(tǒng)，比方UCOS2、Linux等，自主編程實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)功能也很容易。根據(jù)任務(wù)具體需要選擇最合適的單片機(jī)，使單片機(jī)資源充分利用，使系統(tǒng)性價(jià)比到 達(dá)最高，同時(shí)兼顧未來擴(kuò)展需要，不要一味選用高性能單片機(jī)，這就是選單片機(jī)的原則。用ARM+操作系統(tǒng)做超聲波測(cè)距儀 一一殺雞用了牛刀。用AVR中檔單片機(jī)做機(jī)器視 覺一一有些吃不消。如果把它們調(diào)換一下，一切就恰到好處了。3使用方法學(xué)AVR單片機(jī)的好書是AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐，封面見以下圖。AVR 一般采用CVAVR編程軟件編程，也可用 GUN GCC AVR、AVR Studio

20、 軟件編程。 可采用匯編或 C語言編程。燒程序前先輸出HEX文件，然后用SLISP雙龍ISP軟件加載，再通過ISP編程線或者25針并口連接線燒入 AVR單片機(jī)，支持在線編程。由于AVR單片機(jī)最小系統(tǒng)很簡單，就是電源 +晶振可不用+LED+ISP 接口通電就運(yùn) 行，斷電就停止，不用復(fù)位電路，因此任何初學(xué)者都可以用面包板搭出AVR最小系統(tǒng)，并且編程實(shí)踐。4實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使用AVR單片機(jī)時(shí)注意要正確設(shè)置熔絲位，SLISP軟件就可設(shè)置，熔絲位可決定單片機(jī)是采用外部晶振還是采用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，如果熔絲位設(shè)置為采用外部晶振，而電路中沒有 接入晶振，則 AVR程序不能運(yùn)行。很多初學(xué)者無視了這一點(diǎn)，他們的 AVR系

21、統(tǒng)不能運(yùn)行 卻找不到原因。再有就是 AVR的IO 口在使用前需先編程設(shè)置其狀態(tài)，否則你將發(fā)現(xiàn)程序在運(yùn)行，但I(xiàn)O 沒信號(hào)4應(yīng)用舉例學(xué)習(xí)文檔僅供參考五高級(jí)機(jī)器人控制器 ARM1簡介ARM是一個(gè)公司名，他們基于同一內(nèi)核設(shè)計(jì)了很多高性能處理器，這些處理器都叫ARM。該技術(shù)被很多公司購買后生產(chǎn)出了集成很多功能電路的ARM芯片，使得ARM成為高性能單片機(jī)。ARM 一般為32位單片機(jī)，適于處理大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，很多 ARM裝上了 UCOS2、Windows CE 、Linux操作系統(tǒng)，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。ARM廣泛應(yīng)用于、MP3、GPS導(dǎo)航儀、吸塵機(jī)器人等產(chǎn)品上。學(xué)習(xí)文檔僅供參考六音頻視頻處理首選 DSP1簡

22、介DSP數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing ,簡稱DSP),它是一種獨(dú)特的微處理器， 是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬 數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù) 雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng) 大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。在高速小車巡線、語音識(shí)別等領(lǐng)域DSP被廣泛應(yīng)用。但如果僅用 DSP檢測(cè)幾個(gè)碰撞開關(guān)、控制幾個(gè)電機(jī)顯得大材小用。七新

23、興控制器 FPGA1簡介FPGA Field Programmable Gate Array，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列,它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路 ASIC領(lǐng)域中 的一種半定制電路而出現(xiàn)的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來，就好似一個(gè)電路試驗(yàn)板被放在了一個(gè)芯片里。簡單說，如果使用者想開發(fā)一個(gè)用簡單數(shù)字邏輯電路就能控制的小車，又嫌搭電路麻煩，他就可用軟件給一個(gè) FPGA編程讓它實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路功能去控制小車。即FPGA可被用來模擬各種電路。有的 FPGA甚學(xué)習(xí)文檔僅供參考至能模擬51單片機(jī)的運(yùn)行。因FPGA通

24、過編程即可修改它模擬的電路結(jié)構(gòu)，因此在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試中很方便，很多愛好者嘗試用FPGA做機(jī)器人控制器。八更多可供選擇的單片機(jī)我們選擇學(xué)一款單片機(jī)前首先要考慮自己面對(duì)的實(shí)際任務(wù)需要什么性能的單片機(jī)，然后在眾多性能滿足要求的單片機(jī)中作出選擇。此時(shí)我們還要考慮不同單片機(jī)的應(yīng)用廣泛程度”，比方說：當(dāng)我們要做一個(gè)電子大賽智能小車，有 AVR單片機(jī)和PIC單片機(jī)可滿足任 務(wù)需要，如何在兩者中作出選擇需要考慮哪種單片機(jī)學(xué)起來比較容易、學(xué)習(xí)資料容易獲取、 可供參考的程序和案例更加豐富、哪種單片機(jī)更容易獲得編程軟件和下載器等。筆者感覺 要想做智能小車，AVR單片機(jī)的資料比較豐富。世界上有種類繁多的單片機(jī)，它們當(dāng)

25、中絕大多數(shù)都可用來控制機(jī)器人，但存在一個(gè)是否合適的問題。比方PLC是可編程控制器，當(dāng)然可以用來控制愛好者手中的機(jī)器人，但PLC多用于工業(yè)控制領(lǐng)域，設(shè)備龐大價(jià)格昂貴，同時(shí)不易獲得用PLC控制小型機(jī)器人的資料。愛好者選擇學(xué)一種單片機(jī)前，首先得明確自己要用單片機(jī)干什么，然后再選最合適的單片 機(jī)學(xué)習(xí)。學(xué)單片機(jī)重在學(xué)精一兩種單片機(jī)，如果有人泛泛地學(xué)ARM、PLC、PIC、凌陽、DSP、FPGA等所有有名的單片機(jī)， 那么他將無法擁有真正的深度開發(fā)能力。所謂深度開發(fā)，以AVR單片機(jī)為例，初學(xué)者可以用它實(shí)現(xiàn)小燈交替閃爍，中級(jí)技術(shù)人員可以用它控制參加 比賽的機(jī)器人，而真正的高級(jí)開發(fā)人員可以用AVR實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺、

26、無人機(jī)自動(dòng)駕駛、坦克火控系統(tǒng)AVR單片機(jī)過時(shí)了嗎？有初學(xué)者甚至中級(jí)開發(fā)人員認(rèn)為因ARM性能一般比AVR性能高，因此ARM將代替AVR, AVR將退出歷史舞臺(tái)，或者 MSP430將代替51系列單片機(jī)，或者 FPGA將取代所 有單片機(jī)等。這種看法不對(duì)，因?yàn)椴煌瑔纹瑱C(jī)都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，沒有哪種單片機(jī)是 完美的，在不同場(chǎng)合用最合適的單片機(jī)，發(fā)揮它們各自的特長，而不存在ARM 一統(tǒng)天下，取代所有其他型號(hào)單片機(jī)的可能性。試想，原本十幾元的電子表因?yàn)椴捎肁RM控制買到幾百元，誰能受得了？因此不要覺得 AVR已經(jīng)過時(shí)，學(xué)完 51就直接學(xué)ARM ,或者覺得學(xué) 51沒用，直接學(xué) ARM ,否則你將碰壁。MSP

27、430系列單片機(jī)：比較適于機(jī)器人開發(fā)， 是美國德州儀器推向市場(chǎng)的一種16位、具有精簡指令集的、超低功耗的混合信號(hào)處理器。具有 Flash存儲(chǔ)器，中斷源較多， 并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.83.6V電壓。因而可使其在 1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在200400uA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA。MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi) 外設(shè)。它們分別是看門狗、模擬比較器、定時(shí)器、串口 0、1、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10位/12 位ADC、16位Sigma-Delta AD 、直接尋址模塊DMA、IO 端口、

28、基本定 時(shí)器Basic Timer 等的一些外圍模塊的不同組合。MSP430 系列單片機(jī)引進(jìn)了 JTAG學(xué)習(xí)文檔僅供參考 技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價(jià)格也相對(duì)低廉，并且還可以實(shí)現(xiàn)在線編程。PIC單片機(jī)：可用于機(jī)器人開發(fā)，是 8位單片機(jī)，產(chǎn)品種類豐富，采用精簡指令 集，有不錯(cuò)的開發(fā)環(huán)境，引腳驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可直接連接繼電器控制強(qiáng)電。自帶看門狗，有 睡眠和低功耗模式。很多性能不如AVR和MSP430系列單片機(jī)，但因其有特殊優(yōu)點(diǎn)，也被廣泛應(yīng)用。凌陽單片機(jī)：比較適于機(jī)器人開發(fā)， 以16位電腦為核心，集成不同規(guī)模的 RAM、ROM和其他豐富的功能電路，使用者可以根據(jù)自己需要選擇集成了特定功能電路的凌

29、陽單片機(jī)。凌陽單片機(jī)指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的16位，16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用添加了DSP功能，因此凌陽適合進(jìn)行語音識(shí)別。在我國凌陽單片機(jī)在學(xué)校比較常見，應(yīng)用實(shí)例較多，可作為機(jī)器人愛好者選用的單片機(jī)。 九實(shí)例：用AVR單片機(jī)創(chuàng)造機(jī)器生命 1什么是機(jī)器生命機(jī)器生命就是一個(gè)能自主生存的機(jī)器，一個(gè)自動(dòng)為生存下去而奮斗的機(jī)器。對(duì)于機(jī)器生命來說，生存的含義就是不斷電，繼續(xù)運(yùn)行。機(jī)器生命具有完全自主決策、自主行動(dòng)、活 動(dòng)于未知世界、不需人類參與就能持續(xù)運(yùn)行并且自我維護(hù)等特征。影片終結(jié)者中的天網(wǎng)就是超級(jí)機(jī)器生命。霹靂5號(hào)描述了一個(gè)機(jī)器人從無生命到有生命的過程。N.維納Norbert

30、 Wiener , 18941964寫控制論時(shí)創(chuàng)造出第一個(gè)機(jī)器生命 Wiener龜，這個(gè)機(jī)器龜僅有 2個(gè)電子管組成的模擬電腦，但它卻能實(shí)現(xiàn)真正的烏龜覓食、 睡覺、探索、逃避等行為，其表現(xiàn)如同一個(gè)有生命的生物一樣。機(jī)器龜上面有太陽能電池， 當(dāng)自身電池快用完前，機(jī)器龜樂于尋找一個(gè)光線充足的地方充電，充滿電后可能找個(gè)地方睡懶覺，或者探索未知世界，它有防止碰撞和防止到傾斜地方的趨向，我們無法預(yù)知它的行蹤，因?yàn)樗皇前凑粘绦蜻\(yùn)行的，就如同我們自己一樣。 后來維納在他的機(jī)器龜上又加了一個(gè)電子管，三個(gè)電子管連接成簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)機(jī)器龜訓(xùn)練，維納通過搖鈴可控制機(jī)器龜?shù)男袨?。正如有生物學(xué)家訓(xùn)練狗使得狗聽到

31、搖鈴聲后就流口水。2我們可以自己動(dòng)手做一個(gè)機(jī)器寵物我們今天有先進(jìn)的單片機(jī)，制作一個(gè)更好的機(jī)器生命其實(shí)不難。機(jī)器生命遠(yuǎn)比按固定程序運(yùn)行的機(jī)器人好玩，就如同寵物狗比玩具狗好玩一樣。我們?cè)O(shè)想的機(jī)器生命可以是一個(gè)小型履帶式機(jī)器人， 帶有太陽能板，能感受光線強(qiáng)弱，障礙物距離和碰撞， 為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)互 動(dòng)，該機(jī)器生命具有語音識(shí)別功能。試想你學(xué)習(xí)一天，回到寢室，叫一聲 TONY,你的機(jī)器 寵物轉(zhuǎn)身飛快跑向你，那種感覺只有寵物的創(chuàng)造者才能體會(huì)學(xué)習(xí)文檔僅供參考LTL RObOt用ATB9C52單片機(jī)做的機(jī)器生命3如何實(shí)現(xiàn)？如何設(shè)計(jì)電路？如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)？這個(gè)機(jī)器生命方案采用 ATmega16 單片機(jī)做控制器，單片機(jī)的

32、8路AD通道和其余 24個(gè)IO接口都被使用。AVR單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換頻率高于音頻，可以用來進(jìn)行簡單的語音采 集。機(jī)器生命的程序較復(fù)雜，而AVR單片機(jī)適合進(jìn)行快速復(fù)雜運(yùn)算。本設(shè)計(jì)的電路板上除了 ATmega16 單片機(jī)外，還有 2個(gè)LG9110 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、2個(gè)LM386音頻功放芯片， 和LM393電壓比較器芯片，再加上少量電阻電容和三極管，電路簡潔，適合初學(xué)者和中級(jí) 愛好者動(dòng)手制作。LCD采用通用1602模塊，支持3位控制線4位數(shù)據(jù)線，如果你采用 IO 口復(fù)用技 術(shù)，可用6條線控制LCD模塊。此方案涉及光電檢測(cè)、自動(dòng)充電、語音識(shí)別、超聲波測(cè)距、鍵盤4個(gè)碰撞開關(guān)、LCD液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，這

33、些都是動(dòng)手做簡單機(jī)器人的基本技術(shù)，如果愛好者能 把這個(gè)機(jī)器生命做好，那么你的電路設(shè)計(jì)、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和編程能力都會(huì)有很大的提高。這個(gè)機(jī)器生命的技術(shù)含量相當(dāng)于20世紀(jì)70年代國際機(jī)器人領(lǐng)域的先進(jìn)水平。當(dāng)時(shí)已經(jīng)有很多非常精密和復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用，但這種簡單的機(jī)器人怎么能稱作先進(jìn)呢？因?yàn)榧夹g(shù)的復(fù)雜和技術(shù)的先進(jìn)不是一個(gè)概念，復(fù)雜+精密不一定等于先進(jìn)。先進(jìn)的東西不一定復(fù)雜和精密。光電二極管太陽能電池碰撞開關(guān)與碰撞框LCD顯示器L T L :防博r心工機(jī)藉生蓊方案學(xué)習(xí)文檔僅供參考A尋光我們可以用光電二極管來檢測(cè)光線強(qiáng)弱。當(dāng)然也可以用光敏電阻。 將光敏電阻和一個(gè)固定電阻串聯(lián)接在電源正負(fù)極之間，光敏電阻靠近正極

34、一側(cè)。 從光敏電阻和固定電阻連接點(diǎn)引出導(dǎo)線接到 ATmega16 的AD轉(zhuǎn)換輸入口。當(dāng)強(qiáng)光照在光敏電阻時(shí)， 光敏電阻阻值變小， 因此其壓降變小，而固定電阻分壓增多，引出的AD檢測(cè)電位升高，被單片機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后判斷光線增強(qiáng)。機(jī)器生命有5個(gè)光電傳感器，其中 4個(gè)面向機(jī)器人前后左右四個(gè)方向，另一個(gè)指向太陽能板所面對(duì)的方向。通過編程可以讓機(jī)器人自主移動(dòng)到光線最強(qiáng)的地方。 B充電本設(shè)計(jì)采用4.8V饃氫充電電池為系統(tǒng)供電。 太陽能電池板正負(fù)極通過一個(gè)三極管與 電池正負(fù)極相連。有一個(gè)電壓比較器比較電池電壓與太陽能板的壓差，如果壓差高于某值， 比較器控制三極管導(dǎo)通， 太陽能電池板對(duì)充電電池充電。充電電池電壓上升，當(dāng)高于某值時(shí)控制三極管關(guān)斷，結(jié)束充電。為使太陽能板能對(duì)電池組充電，要求太陽能板在陽光直射下輸出電壓高于8V。LTL ItObOt；機(jī)器生命方案5個(gè)光電二極管占用2BSAP黑遨占用2個(gè)10 口占用51SAD通道駐報(bào)體電容話高音須功放占用4個(gè)陽口LCD顯示需占用1路皿矗道個(gè)口4個(gè)碰撞開關(guān)LO9FI0電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LG9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片不受單片機(jī)控制的自動(dòng)充電電路C語音識(shí)別用AVR單片機(jī)的高速 AD檢測(cè)功能能實(shí)現(xiàn)簡單的語音識(shí)別。聲音信號(hào)被駐極體電容話筒接收后送至 LM386音頻