单片机的机器人的设计
单片机的机器人的设计[20200128193956]
【摘 要】
机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历50余年的发展已取得长足的进步。未来的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体；各种用途的特种机器人的多用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。
随着现代科技的发展，机器人技术已广泛应用于人类社会生活的各个领域，特别是舞蹈机器人，由于具有与人类相类似的外观特征、而且有可爱的外貌、又兼有技术含量，极受广大青少年朋友的喜爱。本课题是要求利用单片机设计一款具有简单功能的模拟人类舞蹈动作的类人型机器人，完成简单人体舞蹈的基本动作：可以前后摆动手臂，举手投足、转圈；知识范围涉及机构学、力学、电子学、自动控制、计算机等。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机、机器人、舞蹈
引言 1
一、设计任务 1
二、系统设计方案 2
（一）电机能源的选择 2
（二）控制系统总体设计 2
三、模块功能 3
（一）控制器模块 3
（二）时钟电路和复位电路的功能 3
1、时钟电路的功能 3
2、复位电路的功能 4
（三）电机及驱动模块 4
1、电机 4
2、驱动模块 4
四、程序设计 5
（一）主程序设计流程要求 6
（二）子程序设计 6
（三）中断程序 8
1、中断程序功能 8
2、中断程序流程图 9
五、Protus设计 9
（一）电机驱动电路 9
（二）Proteus仿真 10
六、Protel 99 SE软件 12
（一）原理图 12
（二）PCB板 12
结语 12
致谢 13
参考资料 14
附录 15
引 言
机器人技术已经日趋成熟，美国、日本一直处于世界领先地位，机器人性能可靠，功能全面，智能化越来越高，越来越多的机器人已经应用于实际生活中。在我国，机器人的研究起步较晚，但是进步很快，已经生产出多种机器人。本设计是基于AT89C52单片机，设计一款会舞蹈的机器人。机器人的设计首先需作总体方案设计，包括仿真软件和程序两部分。在仿真软件Proteus界面下，画出仿真原理图，其中包括四台电动机设备，在仿真图上，要保证各端口连接的正确性，设备的端口连接要与单片机的端口一致，明确电动机所代表的是机器人的哪个部位，比如一号机代表机器人的右手，二号机代表左手等，电动机是机器人最重要的部分，直接影响着机器人功能的实现于否。舞蹈机器人要求完全自动控制；必须要采用以单片机为控制核心，它类似于机器人的大脑，接收和处理所有外界信息，指挥并控制机器人的所有动作。编程是实现机器人效果的难点，什么样的编程就有什么样的机器人的动作效果；软件编程可以丰富机器人的功能，使机器人动作更加完善。
另外我们还可以添加一些语音识别系统或是传感器，本课题不做要求；但它可以让机器人具有一定的感觉系统。目前，机器人技术已日趋成熟，机器人感觉系统可通过各种各样相应的传感器技术实现。传感器把接收到的外部信息输入到单片机，再通过软件进行控制，从而使单片机发出命令指挥机器人工作。
根据题目的要求，确定如下方案：在仿真软件Proteus的界面上，画出原理图，再编写一定的程序，然后输入AT89C52芯片，如果编程通过即可实现对电动车的速度、位置、运行状况的控制，最终实现对电动机的智能控制。
这种方案能实现对电动机的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的AT89C52单片机。以AT89C52为控制核心，利用输入的程序对电动机的控制；AT89C52是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。
新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。 本设计就采用了比较先进的AT89C52为控制核心，AT89C52是目前较流行的一种，而且价格便宜，国内外市场用的较多。
一、设计任务
1、表演时机器人动作协调、灵活；
2、表演各种舞蹈的基本动作，具体动作可自行编程；
3、整套动作持续数分钟左右；
4、在仿真时能准确无误的执行。
二、系统设计方案
（一）电机能源的选择
驱动系统是机器人的手和脚，即运动机构和执行机构的基本组成部分。驱动系统的设计与制作是比赛机器人创意与实践的重要内容。它的任务不仅是向机器人传递动力，而且要提供准确的运动定位和灵活的操作，是机器人制胜的法宝之一，因此其重要性是不言而喻的。通常机器人驱动有电气，液压，气压三种方式。其中以电气驱动最常见，它按供电的方式又可以分为直流电机和交流电机。机器人比赛规则通常规定采用电池供电，即直流电。采用直流电供电的电机按照其内部结构又可分为直流电机和步进电机。直流电机外部接通直流电就能旋转；步进电机的驱动原理复杂些，必须按照一定的通电顺序给电机供电，电机才能旋转。故本设计采用直流电机。
在仿真软件下电机能源的选择与实物同样重要，如果选择不好就会导致其不能运行。
（二）控制系统总体设计
单片机及其外围接口电路包括单片机、时钟电路、复位电路、外部接口扩展电路等。单片机采用AT89C52，具有32个可编程的I/O口，价格便宜，但功能强大且支持在线编程功能，使用十分方便。时钟电路给单片机系统提供时间基准设计时采用12MHz晶振。复位电路用于上电后使系统恢复到初始状态开始运行。整个单片机控制系统框图如图2-1。
图2-1 设计系统框图
三、模块功能
（一）控制器模块
AT89C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
1 、微处理器
该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。
2 、数据存储器
片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。
3 、程序存储器
由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。
4 、 中断系统
具有5个中断源，2级中断优先权。
5 、 定时器/计数器
片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。
6 、 串行口
1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。
7 、 P1口、P2口、P3口、P4口
为4个并行8位I/O口。
由上可见，AT89C52单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集,运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。
【摘 要】
机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历50余年的发展已取得长足的进步。未来的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体；各种用途的特种机器人的多用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。
随着现代科技的发展，机器人技术已广泛应用于人类社会生活的各个领域，特别是舞蹈机器人，由于具有与人类相类似的外观特征、而且有可爱的外貌、又兼有技术含量，极受广大青少年朋友的喜爱。本课题是要求利用单片机设计一款具有简单功能的模拟人类舞蹈动作的类人型机器人，完成简单人体舞蹈的基本动作：可以前后摆动手臂，举手投足、转圈；知识范围涉及机构学、力学、电子学、自动控制、计算机等。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机、机器人、舞蹈
引言 1
一、设计任务 1
二、系统设计方案 2
（一）电机能源的选择 2
（二）控制系统总体设计 2
三、模块功能 3
（一）控制器模块 3
（二）时钟电路和复位电路的功能 3
1、时钟电路的功能 3
2、复位电路的功能 4
（三）电机及驱动模块 4
1、电机 4
2、驱动模块 4
四、程序设计 5
（一）主程序设计流程要求 6
（二）子程序设计 6
（三）中断程序 8
1、中断程序功能 8
2、中断程序流程图 9
五、Protus设计 9
（一）电机驱动电路 9
（二）Proteus仿真 10
六、Protel 99 SE软件 12
（一）原理图 12
（二）PCB板 12
结语 12
致谢 13
参考资料 14
附录 15
引 言
机器人技术已经日趋成熟，美国、日本一直处于世界领先地位，机器人性能可靠，功能全面，智能化越来越高，越来越多的机器人已经应用于实际生活中。在我国，机器人的研究起步较晚，但是进步很快，已经生产出多种机器人。本设计是基于AT89C52单片机，设计一款会舞蹈的机器人。机器人的设计首先需作总体方案设计，包括仿真软件和程序两部分。在仿真软件Proteus界面下，画出仿真原理图，其中包括四台电动机设备，在仿真图上，要保证各端口连接的正确性，设备的端口连接要与单片机的端口一致，明确电动机所代表的是机器人的哪个部位，比如一号机代表机器人的右手，二号机代表左手等，电动机是机器人最重要的部分，直接影响着机器人功能的实现于否。舞蹈机器人要求完全自动控制；必须要采用以单片机为控制核心，它类似于机器人的大脑，接收和处理所有外界信息，指挥并控制机器人的所有动作。编程是实现机器人效果的难点，什么样的编程就有什么样的机器人的动作效果；软件编程可以丰富机器人的功能，使机器人动作更加完善。
另外我们还可以添加一些语音识别系统或是传感器，本课题不做要求；但它可以让机器人具有一定的感觉系统。目前，机器人技术已日趋成熟，机器人感觉系统可通过各种各样相应的传感器技术实现。传感器把接收到的外部信息输入到单片机，再通过软件进行控制，从而使单片机发出命令指挥机器人工作。
根据题目的要求，确定如下方案：在仿真软件Proteus的界面上，画出原理图，再编写一定的程序，然后输入AT89C52芯片，如果编程通过即可实现对电动车的速度、位置、运行状况的控制，最终实现对电动机的智能控制。
这种方案能实现对电动机的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的AT89C52单片机。以AT89C52为控制核心，利用输入的程序对电动机的控制；AT89C52是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。
新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。 本设计就采用了比较先进的AT89C52为控制核心，AT89C52是目前较流行的一种，而且价格便宜，国内外市场用的较多。
一、设计任务
1、表演时机器人动作协调、灵活；
2、表演各种舞蹈的基本动作，具体动作可自行编程；
3、整套动作持续数分钟左右；
4、在仿真时能准确无误的执行。
二、系统设计方案
（一）电机能源的选择
驱动系统是机器人的手和脚，即运动机构和执行机构的基本组成部分。驱动系统的设计与制作是比赛机器人创意与实践的重要内容。它的任务不仅是向机器人传递动力，而且要提供准确的运动定位和灵活的操作，是机器人制胜的法宝之一，因此其重要性是不言而喻的。通常机器人驱动有电气，液压，气压三种方式。其中以电气驱动最常见，它按供电的方式又可以分为直流电机和交流电机。机器人比赛规则通常规定采用电池供电，即直流电。采用直流电供电的电机按照其内部结构又可分为直流电机和步进电机。直流电机外部接通直流电就能旋转；步进电机的驱动原理复杂些，必须按照一定的通电顺序给电机供电，电机才能旋转。故本设计采用直流电机。
在仿真软件下电机能源的选择与实物同样重要，如果选择不好就会导致其不能运行。
（二）控制系统总体设计
单片机及其外围接口电路包括单片机、时钟电路、复位电路、外部接口扩展电路等。单片机采用AT89C52，具有32个可编程的I/O口，价格便宜，但功能强大且支持在线编程功能，使用十分方便。时钟电路给单片机系统提供时间基准设计时采用12MHz晶振。复位电路用于上电后使系统恢复到初始状态开始运行。整个单片机控制系统框图如图2-1。
图2-1 设计系统框图
三、模块功能
（一）控制器模块
AT89C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
1 、微处理器
该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。
2 、数据存储器
片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。
3 、程序存储器
由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。
4 、 中断系统
具有5个中断源，2级中断优先权。
5 、 定时器/计数器
片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。
6 、 串行口
1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。
7 、 P1口、P2口、P3口、P4口
为4个并行8位I/O口。
由上可见，AT89C52单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集,运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。
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