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简易机器人设计及制作.doc
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简易机器人设计及制作.doc
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目录
第一章 概 述........................................................................................................................................2
第二章 单片机简介....................................................................................................................................3
2.1 单片机发展概况...........................................................................................................................3
2.2 单片机的发展史...........................................................................................................................4
2.3 单片机的发展方向 .....................................................................................................................6
2.4 单片机的特点...............................................................................................................................9
2.5 AT89C2051 单片机简介..............................................................................................................9
第三章 系统电路图及抗干扰技术介绍..................................................................................................11
3.1 系统电路实物图.........................................................................................................................11
3.2 单片机抗干扰设计.....................................................................................................................13
3.21 硬件措施............................................................................................................................14
3.22 软件措施...........................................................................................................................15
第四章 系统设计电路图及工作原理......................................................................................................17
4.1 硬件系统设计.............................................................................................................................17
4.11 系统工作原理...................................................................................................................17
4.12 系统的工作过程:............................................................................................................19
4.13 各系统控制电路图:........................................................................................................19
4.2 软件设计.....................................................................................................................................21
第五章 制作过程和系统设计的价值......................................................................................................31
5.1 系统制作及安装.........................................................................................................................31
5.11 机械手制作及安装............................................................................................................31
5.12 反射式红外检测装置制作及安装....................................................................................32
5.13 功放制作及安装................................................................................................................32
5.14 各种辅助设备的制作及安装............................................................................................32
5.2 调试过程.....................................................................................................................................33
5.3 特点与价值.................................................................................................................................33
5.4 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。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。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.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 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。
① 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。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 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。
② 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、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 1~4MHz,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。
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