基于51单片机的四足机器人课件doc.docx
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基于51单片机的四足机器人课件doc
深圳大学期末考试试卷
开/闭卷开卷A/B卷N/A
课程编号
1303270001
1303270002课程名称EDA技术与实践
(2)学分2.0
命题人(签字)审题人(签字)2015年10月20日
题号一二三四五六七八九十
基本题
总分
附加题
得分
评卷人
设计考试题目:
完成一个集成电路或集成系统设计项目
基本要求:
2-3位同学一组,完成一个完整的集成电路设计项目或是一个集成系统设计
项目。
规格说明:
1.题目自定。
1)集成电路设计项目
i.若为IC设计项目需要完成IC设计的版图。
ii.若采用FPGA实现数字集成电路设计,需要进行下板测试。
2)集成系统设计项目,需使用FPGA开发板或嵌入式开发板,完成一个完整的集成
系统作品。
3)作品需要课堂现场演示,最后提交报告,每个小组单独一份报告,但需阐述各个
成员的工作。
2.评分标准:
评价好较好一般未完成
完成度40302515
演示效果30252015
报告评分30252015
《EDA技术与实践
(2)》试卷1卷第1页共28页
2015年第二学期,建议作品内容:
完成一个行走机器人,基本要求
o2-8只脚
o能行走
o可以用单片机,嵌入式,FPGA方案
一、设计目的:
通过设计一个能够走动的机器人来增加对动手能力,和对硬件电路设计的
能力,增强软件流程设计的能力和对设计流程实现电路功能的能力,在各
个方面提升自己对电子设计的能力。
二、设计仪器和工具:
本设计是设计一个能走动的机器人,使用到的仪器和工具分别有:
sg90舵
机12个、四脚机器人支架一副、单片机最小系统一个、电容电阻若干、
波动开关一个、超声遥控模块一对、杜邦线若干、充电宝一个。
三、设计原理:
本次设计的机器人是通过51单片机控制器来控制整个电路的。
其中,舵
机的控制是通过产生一个周期为20毫秒的高电平带宽在0.5到2.5ms之间
的pwm信号来控制。
12路Pwm信号由单片机的定时器来产生。
51单片
机产生12路pwm信号的原理是:
以20毫秒为周期,把这20毫秒分割成
8个2.5ms,因为,每个pwm信号的高电平时间最多为2.5ms,然后在前
六个2.5ms中分别输出两个pwm信号的高电平,例如,在第一个2.5ms中输出第一个和第二个pwm信号的高电平时,首先开始时,把信号S1、S2都置1,然后比较两个高电平时间,先定时时间短的高电平时间,把高电平时间短的那个信号置0,再定时两个高电平时间差,到时把高电平时间长的按个信号置0,然后,定时(2.5-较长那个高电平时间),在第二个
2.5ms开始时,把S3、S4置1,接下来和上面S1、S2一样,以此类推,
在六个2.5ms中输出12路pwm信号来控制舵机。
原理图如图1.
第一个2.5ms
02.5
通过超声模块来控制机器人前进、后退、向前的左转、向前的右转、向后的左
转、向后的右转几个动作。
《数字系统设计》试卷1卷第2页共28页
控制模块电路,D0,D1,D2,D3分别为超声接受模块的输出,输出为高电
平,要加NPN作为开关。
《EDA技术与实践
(2)》试卷1卷第3页共28页
四、设计步骤:
1、设计好硬件电路,焊接51单片机的最小系统和各个硬件电路。
2、设计好软件的流程图,如图2。
3、写产生12路控制舵机的pwm信号的程序并在proteus中测试,如
图3。
4、设计出行走步态,四脚机器人的步态是采用对角的相互前进来实现
的,如图4。
5、写出流程图中各个模块的软件,包括前进函数、后退函数、左转和
右转的函数,并逐个烧到单片机中测试。
6、按流程图把各个函数组合到主函数中,完成所有软件的编写,并烧
到单片机中测试,并不断的调试。
开始
初始化
扫描控制
按键
处理控制
按键
机器人
行走
结束
图2.流程图
《数字系统设计》试卷1卷第4页共28页
图3.在proteus里测试并调试pwm信号
初始状态:
先迈一对脚迈另一对并
另一对支撑身体前进
图4,行走步态
五、遇到的问题及解决:
1、此设计的pwm信号输出使用定时器来产生每个信号的高电平和低
电平,每次定时时间到,都会会关掉定时器并执行中断函数,在此过
程中会消耗一定的时间,等到给定时器赋值下一次定时时间并开始定
时时,就会产生一定的时间延时,造成每次高电平时间都会变长一
点,且总的加起来会使20ms周期变长,因此,需要稍微减小高电平的
定时时间,并结合proteus仿真确定最准确值。
2、由于机器人的四个脚都是自己组装的,可能会有存在不平衡和对
称,当对角的两只脚同时向前迈同一个角度时,会使机器人向一个方
向偏转而不沿直线前进,这时要结合实际测试来调整机器人的各个脚
的前迈角度来使机器人平衡的沿直线前进,比如,一只脚迈多点,另
一边的脚迈少点。
《EDA技术与实践
(2)》试卷1卷第5页共28页
六、心得与体会:
通过这次设计,我更加的熟悉基本的硬件电路和软件的设计,特别是软件的流
程图设计。
更加熟悉软硬件电路结合的测试与调试。
六、实验实物图:
《数字系统设计》试卷1卷第6页共28页
《EDA技术与实践
(2)》试卷1卷第7页共28页
设计代码:
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uintpwm[12],p_min1,p_max1,p_min2,p_max2,p_min3,p_max3,p_min4,p_max4,p_min5,p_max5,
p_min6,p_max6,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p11,p21,p31,p41,p51,p61;//高电平带宽
sbits0=P2^0;//12路输出信号
sbits1=P2^1;
sbits2=P2^2;
sbits3=P2^3;
sbits4=P2^4;
sbits5=P2^5;
sbits6=P2^6;
sbits7=P2^7;
sbits8=P0^6;
sbits9=P0^4;
sbits10=P0^2;
sbits11=P0^0;
sbitup=P1^0;
sbitright=P1^4;
sbitleft=P1^2;
sbitdown=P1^6;
uchars_num,f,b,r,l,back_flag;forward_flag;
voidback();//后退
voidforward();//前进
voidback_right();//后右转、前左转
voidback_left();//后左转、前右转
voidscan_key();//遥控监控
voidlabor_init();//机器人的初始状态
voiddelay(uinti)//延时函数,延时一秒
《数字系统设计》试卷1卷第8页共28页
{
uintj;
for(i;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
voidinit(void)//中断初始函数
{
TMOD=0x01;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
}
voidrate(uintp[12])//pwm的排序函数
{
p_min1=(p[0]<=p[1]?
(p[0]):
(p[1]))-40;
p_max1=p[0]>p[1]?
(p[0]):
(p[1]);
p_min2=(p[2]<=p[3]?
p[2]:
p[3])-64;
p_max2=p[2]>p[3]?
p[2]:
p[3];
p_min3=(p[4]<=p[5]?
p[4]:
p[5])-64;
p_max3=p[4]>p[5]?
p[4]:
p[5];
p_min4=(p[6]<=p[7]?
p[6]:
p[7])-64;
p_max4=p[6]>p[7]?
p[6]:
p[7];
p_min5=(p[8]<=p[9]?
p[8]:
p[9])-64;
p_max5=p[8]>p[9]?
p[8]:
p[9];
p_min6=(p[10]<=p[11]?
p[10]:
p[11])-64;
p_max6=p[10]>p[11]?
p[10]:
p[11];
p1=p_max1-p_min1-21;
p2=p_max2-p_min2-42;
p3=p_max3-p_min3-42;
p4=p_max4-p_min4-42;
p5=p_max5-p_min5-42;
p6=p_max6-p_min6-42;
p11=2400-p_max1;
《EDA技术与实践
(2)》试卷1卷第9页共28页
p21=2400-p_max2;
p31=2400-p_max3;
p41=2400-p_max4;
p51=2400-p_max5;
p61=15500-p_max6;
TH0=-p_min1/256;
TL0=-p_min1%256;
s_num=0;
s0=1;
s1=1;
init();
}
voidscan_key()
{
if(P1!
=0xff)
{
delay(5);
if(up==0)
{
f=0;
}
if(down==0)
b=0;
if(right==0)
r=0;
if(left==0)
l=0;
}
}
voidtime0()interrupt1//中断产生12路pwm信号
{
《数字系统设计》试卷1卷第10页共28页
TR0=0;
switch(s_num)
{
case0:
if(pwm[0]<=pwm[1])
{
if(pwm[0]==pwm[1])
{s0=0;s1=0;s_num++;TH0=-(p1-0)/256;TL0=-(p1-0)%256;break;}
else
s0=0;
}
else
s1=0;
TH0=-p1/256;
TL0=-p1%256;
s_num++;
break;
case1:
if(pwm[0]>pwm[1])
s0=0;
else
s1=0;
TH0=-p11/256;
TL0=-p11%256;
s_num++;
break;
case2:
s2=1;
s3=1;
TH0=-p_min2/256;
TL0=-p_min2%256;
s_num++;
break;
case3:
if(pwm[2]<=pwm[3])
{
if(pwm[2]==pwm[3])
{s2=0;s3=0;s_num++;TH0=-p2/256;TL0=-p2%256;break;}
else
《EDA技术与实践
(2)》试卷1卷第11页共28页
s2=0;
}
else
s3=0;
TH0=-p2/256;
TL0=-p2%256;
s_num++;
break;
case4:
if(pwm[2]>
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