人工智能機(jī)器人分析設(shè)計(jì)報(bào)告

課程：計(jì)算機(jī)組成原理人工智能機(jī)器人分析設(shè)計(jì)報(bào)告院系：安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)與軟件工程系班級(jí)：軟件1409目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"功能分析 2\o"CurrentDocument"1.1控制系統(tǒng)最小單元 21.2諾依曼體系工作原理 4\o"CurrentDocument"1.2.1馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)： 41.2.2硬件總體結(jié)構(gòu) 4\o"CurrentDocument"1.2.2CPU與存儲(chǔ)器的連接 5\o"CurrentDocument"1.3語(yǔ)音模塊 61.3.1LD3320語(yǔ)音模塊 6\o"CurrentDocument"1.4PWM控制 71.4.1定時(shí)器+中斷產(chǎn)生PWM 7\o"CurrentDocument"1.5相關(guān)程序（以下代碼僅作說(shuō)明使用，本項(xiàng)目并不涉及該單片機(jī)） 12\o"CurrentDocument"第二章總體軟件 152.1Keil 152.2STC_ISP 16\o"CurrentDocument"2.3兩款軟件的主要作用 17\o"CurrentDocument"第三章模塊軟件 18\o"CurrentDocument"3.1圖形化控制軟件 18\o"CurrentDocument"3.2單個(gè)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)實(shí)例： 19功能分析1.1控制系統(tǒng)最小單元該系統(tǒng)最小系統(tǒng)分為電路，模塊，諾依曼體系工作原理三個(gè)部分。

我們著重講的是運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出系統(tǒng)的協(xié)作工作部分。1.2諾依曼體系工作原理1.2.1馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)和指令一律用二進(jìn)制數(shù)表示；指令和數(shù)據(jù)不加區(qū)別混合存儲(chǔ)在同一個(gè)存儲(chǔ)器中；順序執(zhí)行程序的每一條指令；計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)必須具有如下功能：把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)中；必須具有長(zhǎng)期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運(yùn)算結(jié)果的能力；能夠完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加工處理的能力；能夠根據(jù)需要控制程序走向，并能根據(jù)指令控制機(jī)器的各部件協(xié)調(diào)操作；能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。1.2.2硬件總體結(jié)構(gòu)

俐妙俐妙■1.2.2CPU與存儲(chǔ)器的連接中央處理器CPU:地址線20位數(shù)據(jù)線8位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部RAM：128K,選用4片32K*8位存儲(chǔ)器內(nèi)部ROM：16K選用1片16K*8位存儲(chǔ)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。串行口：一個(gè)全雙工串行口。時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列并行口：提供若干并行接口，供編程或拓展使用1.3語(yǔ)音模塊1.3.1LD3320語(yǔ)音模塊支持SPI接口和并行接口的非特定語(yǔ)音識(shí)別模塊，板載咪頭和有源晶振，方便在電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控和人機(jī)對(duì)話功能。產(chǎn)品特性：高準(zhǔn)確度和實(shí)用的語(yǔ)音識(shí)別效果。非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)：不需要用戶進(jìn)行錄音訓(xùn)練?？蓜?dòng)態(tài)編輯的識(shí)別關(guān)鍵詞列表：只需要把識(shí)別的關(guān)鍵詞以字符串的形式傳送進(jìn)芯片，即可以在下次識(shí)別中立即生效。比如，用戶在51等MCU的編程中，簡(jiǎn)單地通過(guò)設(shè)置芯片的寄存器，把諸如"你好"這樣的識(shí)別關(guān)鍵詞的內(nèi)容動(dòng)態(tài)地傳入芯片中，芯片就可以識(shí)別這樣設(shè)定的關(guān)鍵詞語(yǔ)了。支持用戶自由編輯50條關(guān)鍵詞：在同一時(shí)刻，最多在50條關(guān)鍵詞語(yǔ)中進(jìn)行識(shí)別，終端用戶可以根據(jù)場(chǎng)景需要，隨時(shí)編輯和更新這50條關(guān)鍵詞語(yǔ)的內(nèi)容。參數(shù)：工作電壓：3.3V省電模式電流：1uA1.4PWM控制1.4.1定時(shí)器+中斷產(chǎn)生PWM在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡(jiǎn)單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口O舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制要求舵機(jī)的控制信號(hào)是PWM信號(hào)，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。一般舵機(jī)的控制要求如圖所示。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制可以使用FPGA、模擬電路、單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)，但FPGA成本高且電路復(fù)雜。對(duì)于脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬變換，常用的一種方法是采用調(diào)制信號(hào)獲取有源濾波后的直流電壓，但是需要50Hz（周期是20ms）的信號(hào)，這對(duì)運(yùn)放器件的選擇有較高要求，從電路體積和功耗考慮也不易采用。5mV以上的控制電壓的變化就會(huì)引起舵機(jī)的抖動(dòng)，對(duì)于機(jī)載的測(cè)控系統(tǒng)而言電源和其他器件的信號(hào)噪聲都遠(yuǎn)大于5mV,所以濾波電路的精度難以達(dá)到舵機(jī)的控制精度要求。也可以用單片機(jī)作為舵機(jī)的控制單元，使PWM信號(hào)的脈沖寬度實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的變化，從而提高舵機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。單片機(jī)完成控制算法，再將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)輸出到舵機(jī)，由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號(hào)的變化完全依靠硬件計(jì)數(shù)，所以受外界干擾較小，整個(gè)系統(tǒng)工作可靠。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的控制，必須首先完成兩個(gè)任務(wù)：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號(hào)，本設(shè)計(jì)是產(chǎn)生20ms的周期信號(hào)；其次是脈寬的調(diào)整，即單片機(jī)模擬PWM信號(hào)的輸出，并且調(diào)整占空比。當(dāng)系統(tǒng)中只需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)舵機(jī)的控制，采用的控制方式是改變單片機(jī)的一個(gè)定時(shí)器中斷的初值，將20ms分為兩次中斷執(zhí)行，一次短定時(shí)中斷和一次長(zhǎng)定時(shí)中斷。這樣既節(jié)省了硬件電路，也減少了軟件開(kāi)銷(xiāo)，控制系統(tǒng)工作效率和控制精度都很高具體的設(shè)計(jì)過(guò)程：例如想讓舵機(jī)轉(zhuǎn)向左極限的角度，它的正脈沖為2ms，則負(fù)脈沖為20ms-2ms=18ms，所以開(kāi)始時(shí)在控制口發(fā)送高電平，然后設(shè)置定時(shí)器在2ms后發(fā)生中斷，中斷發(fā)生后，在中斷程序里將控制口改為低電平，并將中斷時(shí)間改為18ms，再過(guò)18ms進(jìn)入下一次定時(shí)中斷，再將控制口改為高電平，并將定時(shí)器初值改為2ms，等待下次中斷到來(lái)，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)輸出到舵機(jī)。用修改定時(shí)器中斷初值的方法巧妙形成了脈沖信號(hào)，調(diào)整時(shí)間段的寬度便可使伺服機(jī)靈活運(yùn)動(dòng)。為保證軟件在定時(shí)中斷里采集其他信號(hào)，并且使發(fā)生PWM信號(hào)的程序不影響中斷程序的運(yùn)行（如果這些程序所占用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有可能會(huì)發(fā)生中斷程序還未結(jié)束，下次中斷又到來(lái)的后果），所以需要將采集信號(hào)的函數(shù)放在長(zhǎng)定時(shí)中斷過(guò)程中執(zhí)行，也就是說(shuō)每經(jīng)過(guò)兩次中斷執(zhí)行一次這些程序，執(zhí)行的周期還是20ms。軟件流程如圖產(chǎn)生PWM信號(hào)的軟件流程

如果系統(tǒng)中需要控制幾個(gè)舵機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)，可以用單片機(jī)和計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)產(chǎn)生PWM信號(hào)。脈沖計(jì)數(shù)可以利用51單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是從軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和程序結(jié)構(gòu)的合理性看，宜使用外部的計(jì)數(shù)器，還可以提高CPU的工作效率。實(shí)驗(yàn)后從精度上考慮，對(duì)于FUTABA系列的接收機(jī)，當(dāng)采用1MHz的外部晶振時(shí)，其控制電壓幅值的變化為0.6mV，而且不會(huì)出現(xiàn)誤差積累，可以滿足控制舵機(jī)的要求。1.5相關(guān)程序(以下代碼僅作說(shuō)明使用，本項(xiàng)目并不涉及該單片機(jī))偽代碼程序名：輸出固定頻率的PWM波晶振：11.00592MHzCPU功能：P2A0口輸出周期為1ms(1000HZ),占空比為％80的PWM波#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitPWM1=P2A0;//接IN1控制正轉(zhuǎn)sbitPWM2=P2A1;//接IN2控制反轉(zhuǎn)uchartime;voidmain()(TMOD=0x01;//定時(shí)器0工作方式1TH0=0xff;//(65536-10)/256;//賦初值定時(shí)TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msEA=1;//開(kāi)總中斷ET0=1;//開(kāi)定時(shí)器0中斷TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0while(1)}}voiddelay(uintz)(uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=500;y>0;y--);}voidtim0()interrupt1(TR0=0;//賦初值時(shí)，關(guān)閉定時(shí)器TH0=0xff;//(65536-10)/256;//賦初值定時(shí)TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msTR0=1;//打開(kāi)定時(shí)器time++;if(time>=100)time=0;//1khzif(time<=20)PWM1=0;//點(diǎn)空比%80elsePWM1=1;PWM2=0;}程序說(shuō)明：1、關(guān)于頻率的確定：對(duì)于11.0592M晶振，PWM輸出頻率為1KHZ,此時(shí)設(shè)定時(shí)器0.01ms中斷一次，時(shí)中斷次數(shù)100次即為1KHZ(0.01ms*100=1ms，即為1000HZ)此時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)器賦初值為T(mén)H0=FF,TL0=F7。2、關(guān)于占空比的確定：此時(shí)我們將來(lái)time的值從0-100之間進(jìn)行改變，就可以將占空比從%0-%100之間進(jìn)行變化，上面程序中time<=20時(shí)PWM1=0;elsePWM1=1;意思就是%20的時(shí)間輸出低電平，%80的時(shí)間輸出高電平，即占空比為％80。如需得到其它占空比，如%60，只需將time的值改為40即可。(程序?yàn)閕f(time<=40)PWM1=0;elsePWM1=1;)當(dāng)然編寫(xiě)程序時(shí)也可以定義一個(gè)標(biāo)志位如flag，根據(jù)flag的狀態(tài)決定輸出高平還是低電平，假設(shè)定義flag=1的時(shí)候輸出高電平，用一個(gè)變量去記錄定時(shí)器中斷的次數(shù)，每次中斷就讓記錄中斷次數(shù)的變量+1，在中斷程序里面判斷這個(gè)變量的值是否到了n，如果到了說(shuō)明高電平的時(shí)間夠了，那么就改變flag為0，輸出低電平，同時(shí)記錄中斷變量的值清零，每次中斷的時(shí)候依舊+1，根據(jù)flag=0的情況跳去判斷記錄變量的值是否到了n'如果到了，說(shuō)明PWM的低電平時(shí)間夠了，那么就改flag=1，輸出改高電平，同時(shí)記錄次數(shù)變量清零，重新開(kāi)始，如此循環(huán)便可得到你想要的PWM波形.第二章總體軟件2.1Keil從這個(gè)項(xiàng)目本身考慮，必須是可編程的，所以采用keil可以生成..hex結(jié)尾的文件國(guó)E：whijEi的血shbzn汕何成足此如.1。也ME藏咨|垂婦血'5051。肝強(qiáng)d/rcij,叫問(wèn)-仰桃時(shí)FileEdtViewfrujertFlash、my引.出|151-6kBnrra雨nafcrirg^Ltny■,￡&J,(wijlibCfBarle由呻Hed&?buQ由iphershTooh5Vt5WndowHrb勺tisiclrISD知wT生普1血燈uLgbi闖JIkMf|CA?+i|k-ari|LirLMr|Ikbug|^FddeiforOtjedf.此睥MEfleoJ出e:|g￡*'2redeboKiiaiiE.侶/此P就四trikgori斥OwlE竺:FA]Pnucrt□Jdprcj3(3ustr:ij囹mainc:I3目5Un32ftW」ix&色actionHl^legr0-囪inriializE.E：:由固血「dr國(guó)回dme.c:5囹dsmaLcB世|zhongjian^&戰(zhàn)seftioS-1￡|i_CDnlrDLt0-囪lenoj：口biSS.h:0|^|iwccn.cg有drr/Er囪■街s-^.ddayjcB-[^]bod'd.c田但drhEr_u5jrtx&[§引「uBjwen商B衲氾_陽(yáng)StmeLllStlZLJlu7tinclu.ItinclutinclutlUCLdtlUCLdB/*罰BuildCMtuirtI懣SrmwMHex全稱(chēng)(IntelHEX)文件是由一行行符合IntelHEX文件格式的文本所構(gòu)成的ASCII文本文件。在IntelHEX文件中，每一行包含一個(gè)HEX記錄。這些記錄由對(duì)應(yīng)機(jī)器語(yǔ)言碼和/或常量數(shù)據(jù)的十六進(jìn)制編碼數(shù)字組成。IntelHEX文件通常用于傳輸將被存于ROM或者EPROM中的程序和數(shù)據(jù)。大多數(shù)EPROM編程器或模擬器使用IntelHEX文件。2.2STC_ISP燒制程序涕STC-ISP（V6.82J 電話:O513-55E2輪8）官司:wwwET匚MCUiom?^^QQ:8OOOC375：1）-SK全基最大的卻…[■=■|回|j^3|聿片機(jī)旦號(hào)|lAHSF2E61融 ―引即教而切▼串口號(hào)|顛1 -聿片機(jī)旦號(hào)|lAHSF2E61融 ―引即教而切▼串口號(hào)|顛1 -I|掃描教材/■聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室串口助手Keilffi真設(shè)置范例程序選型/伯格/樣品最低:皮特率2400 - 最高:吱特室H5200起始地址 ^0000 回清除代媽緩沖區(qū) 打開(kāi)程序文件硬件選項(xiàng)脫機(jī)下載湎m程序力睦后傳輸下目‘*0選擇使用肉部1耽時(shí)箱做選為外部監(jiān)鐘）0振蕩器放大培益〔㈣我上建設(shè)迭葬）輔？■、用戶程庠運(yùn)行K的TM頻奉I(lǐng)HBlifeH■M：-fr國(guó)使用恒速下載模云□下次冷啟動(dòng)時(shí)F32/?3,:為可可F載程房畫(huà)上電復(fù)位使用較長(zhǎng)延時(shí)回］復(fù)位腳用作I捫口0允許?低壓復(fù)位㈱1L醞壓中斷）低壓檢刪電壓|382V ▼0低壓時(shí)蔡上E1FEOH操乍上電■真位E寸由硬片白幼啟動(dòng) 看門(mén)狗定E寸器分頻系數(shù) 湖 ▼下載閽程|停止里熟浦程救購(gòu)匚唯項(xiàng)|注息/幫助重復(fù)廷1寸|，秒T^?00000割翎EFROM攘沖區(qū) 打開(kāi)EEFKOM劉牛芯封型號(hào)：IA?15r2KElS2'nTEtlUtid1-1..tERltitf］m-lTEtlJbEr古荷個(gè)便件禹口CU■職T1和UKRT2）有EFI（R可書(shū)作主模式叢模寸不可用）有3gPCVFW1/CCP司日作JAC：有道15立情度的〃U福祚T作申壓E日程序空間［* -］汕大?。?▼］I。教里［*▼］萱找 串口［*.回頌既影器□迥Oeepkom可曹瓣|WmW"瞞暮粵_型號(hào)工作電壓（V）程序空間SMBEFBDM1/0定時(shí)器STC15F2KDES25.5-3.B81204853K42ESTC15F2K16S25.5-3.816K204845K426STC1SF2K2疝25.5-3.B24K204837K426STC15F2K32S25.5-3.832K204829K426STC15F2K40S25.5-3.B40K2048211426STC1EF2K4SS2E.5-3.B48K204S13142ESTC15F2E56S25.5-3.B56K20485K426STC15F2EEDS2E.5-3.B6QK2048IK42GIAFL5F2KE.1S25.5-3.B61K2048IAl'426TDP1CT'-'T^CW'-'CCODCOCVonnoTADc<| 川_*發(fā)布項(xiàng)目程序發(fā)布項(xiàng)目幫助讀取本機(jī)硬盤(pán)號(hào) R捐示音成為計(jì)數(shù)0每次發(fā)布項(xiàng)目程序發(fā)布項(xiàng)目幫助讀取本機(jī)硬盤(pán)號(hào) R捐示音成為計(jì)數(shù)m目標(biāo)玄件貧化時(shí)自動(dòng)裝載并岌諼五載命冬說(shuō)明：當(dāng)然以上軟件的使用的前提是使用一款支持的單片機(jī)，但是項(xiàng)目的要求不可以使用單片機(jī)，所以我們整體項(xiàng)目是理論性的。2.3兩款軟件的主要作用KeiluVision3是程序編譯軟件,比如你寫(xiě)的單片機(jī)的匯編程序或者C程序，由這個(gè)軟件翻譯成.HEX的16進(jìn)制的機(jī)器代碼，如果沒(méi)有這個(gè)的話，你就要自己去編排，早期的單片機(jī)編程器里有機(jī)器語(yǔ)言的,后來(lái)全部使用這種翻譯程序了.STC-ISP是STC系列單片機(jī)的燒寫(xiě)程序，就是把你之前生存的那

個(gè).HEX文件發(fā)送給單片機(jī)，有單片機(jī)的ISP程序?qū)懭氲絾纹瑱C(jī)內(nèi)部,形成單片機(jī)的可執(zhí)行程序.第三章模塊軟件3.1圖形化控制軟件類(lèi)似于下面這款軟件1#0F1500#1F1500乾F(xiàn)2244#3P1500#4F15O5#5F1500#6F1500#10P1500#11F1500#12F1500#13F1500116F1E2#0P1500#1F1500#2熠44#3P1500粗P15O5柘F1500F1500#1011500#11F1500#12P500#13F1500#16理可以直接操作舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度，并將相應(yīng)指令生成文件，可以下載到控制器。3.2單個(gè)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)實(shí)例：#5P1600S750通道5將以750燼/秒的速度移動(dòng)到1600us位置。為了更