毕业设计(论文)简易机器人设计及制作.doc
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1、目录第一章 概 述2第二章 单片机简介32.1单片机发展概况32.2单片机的发展史42.3单片机的发展方向 62.4单片机的特点92.5 AT89C2051单片机简介9第三章 系统电路图及抗干扰技术介绍113.1系统电路实物图113.2单片机抗干扰设计133.21硬件措施143.22软件措施15第四章 系统设计电路图及工作原理174.1硬件系统设计174.11系统工作原理174.12系统的工作过程:194.13各系统控制电路图:194.2软件设计21第五章 制作过程和系统设计的价值315.1系统制作及安装315.11机械手制作及安装315.12反射式红外检测装置制作及安装325.13功放制作及
2、安装325.14各种辅助设备的制作及安装325.2调试过程335.3特点与价值335.4总 结34摘要: 本设计采用Atmel公司生产的8位单片机AT89C2051对小车、功放以及机械手进行控制,通过I/O口输出的信号作为步进电机和MP3的控制信号,信号经过驱动电路驱动步进电机进行运行。带动小车和机械手进行向前和向后运行,同时控制MP3播放语音。 关键词:机器人、手爪、光电检测第一章 概 述随着经济的发展,在各行各业的生产及运输过程中,机器人及机械手的使用已经相当普及了,在工厂、码头以及在家里都可以见到机器人,可以说机器人已经无处不在。在这样的情况下我们设计了简易机器人,其目的是为了适应社会的
3、发展以及提高我们的单片机控制技术。它有两个好处。其一 ,我们设计的机器人价格便宜,其二,它的功能比较强大,有了它我们就可以大大节省了人力、物力,极大地提高了生产效率。我们可以看到,在不同的场合,机器人的形状和功能有很多种,机器人与传输带不同,传输带只能使用在一些固定的地方,它不可能象机器人一样能够在不同的地方进行工作。随着生产工艺和自动化程度的发展,控制方式有了叫大的改变。不过,虽然它们在方式上存在叫多的差别。但在控制思想和电路原理方面,有很多的共同之处,中间都少不了检测输入、数据处理、决策判断、驱动控制等环节。所以,我们制作了这个简易机器人,他的成功制作相当于是把比较昂贵的机械设备成倍缩小。
4、尽管它只是一个模型,但是工业中机器人也可以用类似的原理制作出来,我们的目的只是掌握了解机器人的原理以及各门功课的联系及应用,以便在以后的工作中可以自如应用这些知识。虽然我们是应用电子技术的学生,我们在三年学习中,主要是学习弱电。但是这次毕业设计及制作过程中,我们使用了模拟电子技术、数字电子技术,单片机技术,光电检测技术,电气控制技术以及机械等技术进行设计及制作。我们把三年中所学的理论知识基本都联系起来了,这次的设计及制作对理论联系实际有了一定的作用,使我们三年中所学的理论知识得到了升华。本次我们设计的课题主要分三个部分:小车运行控制、语音播放控制和机械手控制。小车上我们采用光电检测技术,在开始
5、端,光电检查并没有取道作用,开始我们让语音进行工作,语音播放完了以后,小车开始前进,当光电检测装置检测到有物体,小车停止运行并播放语音,语音播放完后机械手开始收回并物体抓上然后运行到目的地;在目的地,当单片机接收到光电检查装置的信号时,小车停止运行并启动语音,机械手张开并放下物体,之后机械手收回小车退回出发地,整个工作过程结束。第二章 单片机简介2.1单片机发展概况单片机也被称为“单片微行计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”,单片机一词起源于英文“Single Chip Microcomputer”,简称SCM。在单片机产生时,由于其原理和组成皆源于计算机,所以SCM是单片机的最好的称谓
6、。现在的单片机已经不是刚诞生时的单片机了,现在的单片机已经不是单单的计算,而是控制,国际上也逐渐采用“MCU”,即微控制器来代替SCM,形成了单片机界公认的、最终的统一名词。2.2单片机的发展史1974 年,美国仙童(Firchild)公司研制的世界第一台单片微型机F8.该机有两块集成电路芯片组成,结构奇特,具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视.从此,单片机开始迅速发展,应用领域也在不断扩大.现已成为微型计算机的重要分支,单片机的发展过程通常可以分为一下几个发展过程.(1)第一代单片机(1974-1976):这是单片机发展的起步阶段.在这个时期生产的单片机特点是,制造
7、工艺落后和集成度低,而且采用了双片形式.典型的代表产品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等.(2) 第二代单片机(1976-1978):这是单片机的第二发展阶段.这个时代生产的单片机随眼已能在单块芯片内集成CPU,并行口,定时器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品种少,应用范围也不是很广,典型的产品有Intel公司的MCS-48系列机.(3)第三代单片机(1979-1982):这是八位单片机成熟的阶段.这一代单片机和前两代相比,不仅存储容量和寻址范围大,而且中断源,并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全双工穿行通信接口电路.
8、在指令系统方面,普遍增设了惩处法和比较指令.这一时期生产的单片机品种齐全,可以满足各种不同领域的需要.代表产品有Intel公司的MCS-51系列机,Motorola公司的MC6801系列机,TI公司的TMS7000系列机,此外,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列.(4)第四代单片机(1983年以后):这是十六位单片机和八位高性能单片机并行发展的时代,十六位机的特点是,工艺先进,集成度高和内部功能强,加法运算速度可达到1us以上,而且允许用户采用面向工业控制的专用语言,如PL/MPLUS C和Forth语言等.代便产品有Intel公司的MCS-96系列,TI
9、公司的TMS9900,NEC公司的783系列和NS公司的HPC16040等.然而,由于十六位单片机价格比较贵, 销售量不大,大量应用领域需要的是高性能,大容量和多功能新型八位单片机.这些单片机有Intel公司的88044(双CPU工作),Zilog公司的Super8(含DMA通道),Motorola公司的MC68CH11(内含E2prom及A/D电路)和WDC公司的65C124(内含网络接口电路),等等.目前,八位高性能单片机以成为主流,单片机发展具体体现在以下几个方面:1.CPU功能增强2.内部资源增多3.引脚的多功能化4.低电压低功耗.2.3单片机的发展方向目前,单片机正朝着高性能和多品种
10、方向发展,今后单片机的发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等方向发展。单片机在出现时,Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势,就是可以嵌入到各种仪器、设备中。 在目前,用户对单片机的需要越来越多,但是,要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。 内部结构的进步单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如:定时器,比较器,A/D转换器,D /A转换器,串行通信接口,Watchdog电路,LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网,内部含有局部网络控制模块CAN
11、。例如,Infineon公司的C 505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90;Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中,内部还含有2个CAN。因此,这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制,系统较为复杂时,构成一个控制网络十分有用。为了能在变频控制中方便使用单片机,形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路,这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列;Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中,脉宽调制电路有6个通
12、道输出,可产生三相脉宽调制交流电压,并内部含死区控制等功能。特别引人注目的是:现在有的单片机已采用所谓的三核(TrCore)结构。这是一种建立在系统级芯片(System on a chip)概念上的结构。这种单片机由三个核组成:一个是微控制器和DSP核,一个是数据和程序存储器核,最后一个是外围专用集成电路(ASIC)。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲,DSP是单片机的一种类型,但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon
13、公司的TC10GP;Hitachi公司的SH7410,SH7612等。这些单片机都是高档单片机,MCU都是32位的,而DSP采用16或32位结构,工作频率一般在60MHz以上。 功耗、封装及电源电压的进步现在新的单片机的功耗越来越小,特别是很多单片机都设置了多种工作方式,这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子,在空闲时,其功耗为1.5 mA,而在节电方式中,其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列,它是一个 16位的系列,有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、
14、LPM4三种。当电源为3V时,如果工作于 LMP1方式,即使外围电路处于活动,由于CPU不活动,振荡器处于14MHz,这时功耗只有50?A。在LPM3 时,振荡器处于32kHz,这时功耗只有1.3?A。在LPM4时,CPU、外围及振荡器32kHz都不活动,则功耗只有0.1?A。现在单片机的封装水平已大大提高,随着贴片工艺的出现,单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现,以大量减少体积。在这种形势中,Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.52K程序存储器,25128字节数据存储器,6个I/O端口以及一个定时器,有的还含4道A/D ,
15、完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前,一般单片机都可以在3.35.5V的条件下工作。而一些厂家,则生产出可以在2.26V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB8919189195,MB89121125A,MB89130系列等,应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.26V的工作电压条件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。 工艺上的进步现在的单片机基本上采用CMOS技术,但已经大多数采用了0.6?m以上的光刻工艺,有个别的公司,如Motorola公司则已采用0
16、.35?m甚至是0.25?m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。2.4单片机的特点1、 控制功能强,可靠性高,适用性强。2、 集成度高,体积小。3、 有优异的性能价格比。4、 低功耗、低电压,便于生产便携式产品。5、 增加了I2C(Inter-Integrated Circuit)串行总线方式、SPI(Sprial Peripheral Interface)串行接口等,进一步缩小了体积,简化了结构。6、 单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。2.5 AT89C2051单片机简介 我们设计的自动输送带及机械手的设计与制作主要由AT89C2051
17、这块单片机控制,因为 AT89C2051是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 AT89C2051是一个功能强大的单片机,但它只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,其中P1是一个完整的8位双向I/O口,两个外中断口,两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口,一个
18、模拟比较放大器。 同时AT89C2051的时钟频率可以为零,即具备可用软件设置的睡眠省电功能,系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口,系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中,片内RAM将被冻结,时钟停止振荡,所有功能停止工作,直至系统被硬件复位方可继续运行。 这块芯片的主要功能特性如下: 兼容MCS51指令系统 2k可反复擦写()1000次)Flash ROM 15个双向I/O口 6个中断源 两个16位可编程定时/计数器 2.7-6.V的宽工作电压范围 时钟频率0-24MHz 128x8bit内部RAM 两个外部中断源 两个串行中断 可直接驱动LED 两级加密位 低功耗睡眠功
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