基于51單片機(jī)的四足機(jī)器人

1、深圳大學(xué)期末考試試卷開(kāi)/閉卷開(kāi)卷A/B卷N/A,- 1303270001課程編號(hào)1303270002 課程名稱 EDA技術(shù)與實(shí)踐（2） 學(xué)分2.0命題人（簽字） 審題人（簽字）2015年10月 20 日題號(hào)一二三四五六七八九十基本題 總分附加題得分評(píng)卷人設(shè)計(jì)考試題目：完成一個(gè)集成電路或集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目基本要求：2-3位同學(xué)一組，完成一個(gè)完整的集成電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目或是一個(gè)集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。規(guī)格說(shuō)明：1 .題目自定。1）集成電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目i .若為IC設(shè)計(jì)項(xiàng)目需要完成IC設(shè)計(jì)的版圖。ii .若采用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行下板測(cè)試。2）集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，需使用FPGA開(kāi)發(fā)板或嵌入式開(kāi)發(fā)板，完

2、成一個(gè)完整的集成系統(tǒng)作品。3）作品需要課堂現(xiàn)場(chǎng)演示，最后提交報(bào)告，每個(gè)小組單獨(dú)一份報(bào)告，但需闡述各個(gè) 成員的工作。2 . 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：評(píng)價(jià)好較好未完成完成度40302515演示效果30252015報(bào)告評(píng)分302520152015年第二學(xué)期，建 議作品內(nèi)容:完成一個(gè)行走機(jī)器人，基本要求o 2-8只腳o能行走o可以用單片機(jī)，嵌入式，F(xiàn)PGA方案設(shè)計(jì)目的：通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠走動(dòng)的機(jī)器人來(lái)增加對(duì)動(dòng)手能力，和對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的 能力，增強(qiáng)軟件流程設(shè)計(jì)的能力和對(duì)設(shè)計(jì)流程實(shí)現(xiàn)電路功能的能力，在各 個(gè)方面提升自己對(duì)電子設(shè)計(jì)的能力。設(shè)計(jì)儀器和工具：本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)能走動(dòng)的機(jī)器人，使用到的儀器和工具分別有：Sg90舵機(jī)

3、12個(gè)、四腳機(jī)器人支架一副、單片機(jī)最小系統(tǒng)一個(gè)、電容電阻若干、波動(dòng)開(kāi)關(guān)一個(gè)、超聲遙控模塊一對(duì)、杜邦線若干、充電寶一個(gè)。設(shè)計(jì)原理：本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人是通過(guò) 51單片機(jī)控制器來(lái)控制整個(gè)電路的。其中，舵 機(jī)的控制是通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)周期為 20毫秒的高電平帶寬在0.5到2.5ms之間 的pwm信號(hào)來(lái)控制。12路Pwm信號(hào)由單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生。51單片 機(jī)產(chǎn)生12路pwm信號(hào)的原理是：以20毫秒為周期，把這20毫秒分割成 8個(gè)2.5ms,因?yàn)?，每個(gè)pwm信號(hào)的高電平時(shí)間最多為 2.5ms,然后在前 六個(gè)2.5ms中分別輸出兩個(gè)pwm信號(hào)的高電平，例如，在第一個(gè) 2.5ms中 輸出第一個(gè)和第二個(gè)pwm信號(hào)的高

4、電平時(shí)，首先開(kāi)始時(shí)，把信號(hào)S1、S2都置1,然后比較兩個(gè)高電平時(shí)間，先定時(shí)時(shí)間短的高電平時(shí)間，把高電 平時(shí)間短的那個(gè)信號(hào)置 0,再定時(shí)兩個(gè)高電平時(shí)間差，到時(shí)把高電平時(shí)間 長(zhǎng)的按個(gè)信號(hào)置 0,然后，定時(shí)（2.5-較長(zhǎng)那個(gè)高電平時(shí)間），在第二個(gè) 2.5ms開(kāi)始時(shí)，把S& S4置1,接下來(lái)和上面S1、S2一樣，以此類推， 在六個(gè)2.5ms中輸出12路pwm信號(hào)來(lái)控制舵機(jī)。原理圖如圖1.通過(guò)超聲模塊來(lái)控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、向前的左轉(zhuǎn)、向前的右轉(zhuǎn)、向后的左 轉(zhuǎn)、向后的右轉(zhuǎn)幾個(gè)動(dòng)作。EDA技術(shù)與實(shí)踐（2）試卷1卷 第7頁(yè)共28頁(yè)控制模塊電路，D0,D1 , D2,D3分別為超聲接受模塊的輸出，輸出為高電

5、平，要加NPN作為開(kāi)關(guān)。LG12HKPO.O/ADO P0 1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.77AD7P2.0/A8P2 1/A9P2.2/A10 P2 3/A11 P24/A12 P2.5/A13 P2.S/A14 P2.72A15P3.D/RXD P3.1ATXD P3.2/INJ0 P3.3/INT1P34/T0P3.5M139383736353433212223242526272810111215Q4NPNQ1NPN _ 1xQ2O DOO D1O D2-O 口 3NPNQ3NPN四、設(shè)計(jì)步驟:1、 設(shè)計(jì)好硬件

6、電路，焊接51單片機(jī)的最小系統(tǒng)和各個(gè)硬件電路。2、 設(shè)計(jì)好軟件的流程圖，如圖2。3、 寫產(chǎn)生12路控制舵機(jī)的pwm信號(hào)的程序并在proteus中測(cè)試，如 圖3。4、 設(shè)計(jì)出行走步態(tài)，四腳機(jī)器人的步態(tài)是采用對(duì)角的相互前進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖4。5、 寫出流程圖中各個(gè)模塊的軟件，包括前進(jìn)函數(shù)、后退函數(shù)、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的函數(shù)，并逐個(gè)燒到單片機(jī)中測(cè)試。6、 按流程圖把各個(gè)函數(shù)組合到主函數(shù)中，完成所有軟件的編寫，并燒到單片機(jī)中測(cè)試，并不斷的調(diào)試。圖2.流程圖fl- -/1 FO3*.D3P0J9/AM2 0n 總F2?JAi ，金國(guó)11 e*寸 修匕人也 足酬加 R? 7WWRI DJQ 訃 FJ 1CL5E 3

7、*第17。 p：L3jihlira.+w咫s frmmfQ圖3.在proteus里測(cè)試并調(diào)試pwm信號(hào)圖4,行走步態(tài)五、遇到的問(wèn)題及解決:1、 此設(shè)計(jì)的pwm信號(hào)輸出使用定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生每個(gè)信號(hào)的高電平和低 電平，每次定時(shí)時(shí)間到，都會(huì)會(huì)關(guān)掉定時(shí)器并執(zhí)行中斷函數(shù)，在此過(guò) 程中會(huì)消耗一定的時(shí)間，等到給定時(shí)器賦值下一次定時(shí)時(shí)間并開(kāi)始定 時(shí)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)間延時(shí)，造成每次高電平時(shí)間都會(huì)變長(zhǎng)一 點(diǎn)，且總的加起來(lái)會(huì)使20ms周期變長(zhǎng)，因此，需要稍微減小高電平的 定時(shí)時(shí)間，并結(jié)合proteus仿真確定最準(zhǔn)確值。2、 由于機(jī)器人的四個(gè)腳都是自己組裝的，可能會(huì)有存在不平衡和對(duì)稱，當(dāng)對(duì)角的兩只腳同時(shí)向前邁同一個(gè)角

8、度時(shí)，會(huì)使機(jī)器人向一個(gè)方 向偏轉(zhuǎn)而不沿直線前進(jìn)，這時(shí)要結(jié)合實(shí)際測(cè)試來(lái)調(diào)整機(jī)器人的各個(gè)腳 的前邁角度來(lái)使機(jī)器人平衡的沿直線前進(jìn)，比如，一只腳邁多點(diǎn)，另 一邊的腳邁少點(diǎn)。六、心得與體會(huì): 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我更加的熟悉基本的硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)，特別是軟件的流 程圖設(shè)計(jì)。更加熟悉軟硬件電路結(jié)合的測(cè)試與調(diào)試。六、實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖：設(shè)計(jì)代碼：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint pwm12,p_min1,p_max1,p_min2,p_max2,p_min3,p_max3,p_min4,p_max4,p_min5,p_m

9、ax5, p_min6,p_max6,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p11,p21,p31,p41,p51,p61;/ 高電平帶寬sbit s0=P2A0;/12 路輸出信號(hào)sbit s1=P2A1;sbit s2=P2A2;sbit s3=P2A3;sbit s4=P2A4;sbit s5=P2A5；sbit s6=P2A6;sbit s7=P2A7;sbit s8=P0A6;sbit s9=P0A4;sbit s10=P0A2;sbit s11=P0A0;sbit up=P1A0;sbit right=P1A4;sbit left=P1A2;sbit down=P1A6;uchar

10、s_num,f,b,r,l,back_flag;forward_flag;void back(); 后退void forward。； 前進(jìn)void back_right();后右轉(zhuǎn)、前左轉(zhuǎn)void back_left();后左轉(zhuǎn)、前右轉(zhuǎn)void scan_key();/ 遙控監(jiān)控void labor_init();/機(jī)器人的初始狀態(tài) void delay(uint i) /延時(shí)函數(shù)，延時(shí)一秒uint j;for(i;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void init(void)/ 中斷初始函數(shù)TMOD=0x01;TR0=1;ET0=1;EA=1;void rate(uint p1

11、2)/pwm 的排序函數(shù)p_min1=(p0p1?(p0):(p1);p_min2=(p2p3?p2:p3;p_min3=(p4p5?p4:p5;p_min4=(p6p7?p6:p7;p_min5=(p8p9?p8:p9;p_min6=(p10p11?p10:p11;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 技術(shù)與實(shí)踐(2)試卷1 卷 第 9 頁(yè) 共 28

12、頁(yè)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()；void scan_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;void time0() interrupt 1 中斷產(chǎn)生 12 路 pwm 信號(hào)TR0=0;switch(s_num)case 0:if(

13、pwm0pwm1)s0=0;elses1=0;TH0=-p11/256;TL0=-p11%256;s_num+;break;case 2:s2=1;s3=1;TH0=-p_min2/256;TL0=-p_min2%256;s_num+;break;case 3:if(pwm2pwm3)s2=0;elses3=0;TH0=-p21/256;TL0=-p21%256;s_num+;break;case 5:s4=1;s5=1;TH0=-p_min3/256;TL0=-p_min3%256;s_num+;break;case 6:if(pwm4pwm5)s4=0;elses5=0;TH0=-p31/

14、256;TL0=-p31%256;s_num+;break;case 8:s6=1;s7=1;TH0=-p_min4/256;TL0=-p_min4%256;s_num+;break;case 9:if(pwm6pwm7)s6=0;elses7=0;TH0=-p41/256;TL0=-p41%256;s_num+;break; EDA 技術(shù)與實(shí)踐(2)試卷1 卷 第 13 頁(yè) 共 28 頁(yè)case 11:s8=1;s9=1;TH0=-p_min5/256;TL0=-p_min5%256;s_num+;break;case 12:if(pwm8pwm9)s8=0;elses9=0;TH0=-p5

15、1/256;TL0=-p51%256;s_num+;break;case 14:s10=1;s11=1;TH0=-p_min6/256;TL0=-p_min6%256;s_num+;break;case 15:if(pwm10pwm11)s10=0;elses11=0;TH0=-p61/256;TL0=-p61%256;s_num+;break;case 17:s0=1;s1=1;s_num=0;TH0=-p_min1/256;TL0=-p_min1%256;break;scan_key();TR0=1;void motor_init1()/ 給所有信號(hào)都設(shè)高電平時(shí)間為1.5 毫秒 EDA 技

16、術(shù)與實(shí)踐(2)試卷 1 卷 第 # 頁(yè) 共 28 頁(yè)uchar i;for(i=0;i12;i+) pwmi=1500; void labor_init()機(jī)器人的初始狀態(tài)motor_init1();l=1;f=1;r=1;b=1;back_flag=0;forward_flag=0;rate(pwm);delay(200);while(1)if(r=0)r=1;back_right();if(l=0)l=1;back_left();if(f=0)f=1;forward。；if(b=0)b=1;back();void back()back_flag=1;forward_flag=0;motor

17、_init1();pwm8=pwm8+300;pwm9=pwm9-250;pwm2=pwm2+150;pwm3=pwm3-150;pwm7=pwm7+50;/pwm0=pwm0-80;/pwm5=pwm5+80;/pwm11=pwm11-30;rate(pwm);delay(500);pwm3=pwm3+320;pwm8=pwm8-200;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-

18、600;rate(pwm);delay(300);while(1)if(r=0)r=1;back_right();if(l=0)l=1;back_left();if(f=0)f=1;forward。；if(b=0)b=1;pwm3=pwm3-320;pwm8=pwm8+200;pwm2=pwm2-270;pwm9=pwm9+320;pwm1=pwm1-600;pwm0=pwm0-600;pwm10=pwm10-600;pwm11=pwm11-600;rate(pwm);delay(300);pwm1=pwm1+600;pwm0=pwm0+600;pwm10=pwm10+600; EDA 技術(shù)與

19、實(shí)踐(2)試卷1 卷 第 19 頁(yè) 共 28 頁(yè)pwm11=pwm11+600;rate(pwm);delay(500);pwm2=pwm2+270;pwm9=pwm9-320;pwm3=pwm3+320;pwm8=pwm8-200;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(500);if(P1!=0xff)forward();void ba

20、ck_right()motor_init1();pwm8=pwm8+50;pwm9=pwm9-50;/pwm2=pwm2+150;/pwm3=pwm3-150;pwm7=pwm7+100;/pwm0=pwm0-80;EDA 技術(shù)與實(shí)踐(2)試卷1 卷 第 # 頁(yè) 共 28 頁(yè)/pwm5=pwm5+80;/pwm11=pwm11-30;rate(pwm);delay(300);pwm3=pwm3-70;pwm8=pwm8-70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm

21、4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);while(1)if(r=0)if(back_flag=1)r=1;back_right();if(forward_flag=1)r=1;back_left();if(l=0)if(back_flag=1)l=1;back_left();if(forward_flag=1)l=1;back_right();if(f=0)f=1;forward();if(b=0)b=1;back();pwm3=pwm3+70;pwm8=pwm8+70;pwm2=pwm2-70

22、;pwm9=pwm9-70;pwm1=pwm1-600;pwm0=pwm0-600;pwm10=pwm10-600;pwm11=pwm11-600;rate(pwm);delay(300);pwm1=pwm1+600;pwm0=pwm0+600; EDA 技術(shù)與實(shí)踐(2)試卷1 卷 第 # 頁(yè) 共 28 頁(yè)pwm10=pwm10+600;pwm11=pwm11+600;rate(pwm);delay(500);pwm2=pwm2+70;pwm9=pwm9+70;pwm3=pwm3-70;pwm8=pwm8-70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600

23、;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);void back_left()motor_init1(); pwm8=pwm8+50; pwm9=pwm9-50; /pwm2=pwm2+150; /pwm3=pwm3-150; pwm6=pwm6+50; pwm7=pwm7+100; /pwm0=pwm0卜80;/pwm5=pwm5+80;/pwm11=pwm11-30;rate(pwm);delay(300);pw

24、m3=pwm3+70;pwm8=pwm8+70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);while(1)if(r=0)if(back_flag=1)r=1;back_right();if(forward_flag=1)r=1;back_left();if(l=0)EDA 技術(shù)與實(shí)踐(2)試卷 1 卷 第 # 頁(yè) 共 28 頁(yè)pwm

25、11=pwm11+600;if(back_flag=1)l=1;back_left();if(forward_flag=1)l=1;back_right();if(f=0)f=1;forward。；if(b=0)b=1;back();pwm3=pwm3-70;pwm8=pwm8-70;pwm2=pwm2+70;pwm9=pwm9+70;pwm1=pwm1-600;pwm0=pwm0-600;pwm10=pwm10-600;pwm11=pwm11-600;rate(pwm);delay(300);pwm1=pwm1+600;pwm0=pwm0+600;pwm11=pwm11+600;rate(pwm);delay(500);pwm2=pwm2-70;pwm9=pwm9-70;pwm3=pwm3+70;pwm8=pwm8+70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);void forward()forward_flag=1;back_flag=0;motor_init1();pwm2=pwm2-150;