基于單片機的四足機器人.doc

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. —－可編輯修改，可打印—— 別找了你想要的都有！ 精品教育資料 ——全冊教案，，試卷，教學課件，教學設計等一站式服務—— 全力滿足教學需求，真實規(guī)劃教學環(huán)節(jié) 最新全面教學資源，打造完美教學模式 深圳大學期末考試試卷 開/閉卷 開卷 A/B卷 N/A 課程編號 1303270001 1303270002 課程名稱 EDA技術與實踐（2） 學分 2.0 命題人(簽字) 審題人(簽字) 2015 年 10 月 20 日 題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 基本題總分 附加題 得分 評卷人 設計考試題目：完成一個集成電路或集成系統(tǒng)設計項目 基本要求： 2-3位同學一組， 完成一個完整的集成電路設計項目或是一個集成系統(tǒng)設計項目。 規(guī)格說明： 1. 題目自定。 1) 集成電路設計項目 i. 若為IC設計項目需要完成IC設計的版圖。 ii. 若采用FPGA實現(xiàn)數(shù)字集成電路設計，需要進行下板測試。 2) 集成系統(tǒng)設計項目，需使用FPGA開發(fā)板或嵌入式開發(fā)板，完成一個完整的集成系統(tǒng)作品。 3) 作品需要課堂現(xiàn)場演示，最后提交報告，每個小組單獨一份報告，但需闡述各個成員的工作。 2. 評分標準： 評價 好 較好 一般 未完成 完成度 40 30 25 15 演示效果 30 25 20 15 報告評分 30 25 20 15 2015年第二學期，建議作品內容： · 完成一個行走機器人，基本要求 o 2-8只腳 o 能行走 o 可以用單片機，嵌入式，F(xiàn)PGA方案 一、 設計目的： 通過設計一個能夠走動的機器人來增加對動手能力，和對硬件電路設計的能力，增強軟件流程設計的能力和對設計流程實現(xiàn)電路功能的能力，在各個方面提升自己對電子設計的能力。 二、 設計儀器和工具： 本設計是設計一個能走動的機器人，使用到的儀器和工具分別有：sg90舵機12個、四腳機器人支架一副、單片機最小系統(tǒng)一個、電容電阻若干、波動開關一個、超聲遙控模塊一對、杜邦線若干、充電寶一個。 三、 設計原理： 本次設計的機器人是通過51單片機控制器來控制整個電路的。其中，舵機的控制是通過產(chǎn)生一個周期為20毫秒的高電平帶寬在0.5到2.5ms之間的pwm信號來控制。12路Pwm信號由單片機的定時器來產(chǎn)生。51單片機產(chǎn)生12路pwm信號的原理是：以20毫秒為周期，把這20毫秒分割成8個2.5ms，因為，每個pwm信號的高電平時間最多為2.5ms，然后在前六個2.5ms中分別輸出兩個pwm信號的高電平，例如，在第一個2.5ms中輸出第一個和第二個pwm信號的高電平時，首先開始時，把信號S1、S2都置1，然后比較兩個高電平時間，先定時時間短的高電平時間，把高電平時間短的那個信號置0，再定時兩個高電平時間差，到時把高電平時間長的按個信號置0，然后，定時（2.5-較長那個高電平時間），在第二個2.5ms開始時，把S3、S4置1，接下來和上面S1、S2一樣，以此類推，在六個2.5ms 中輸出12路pwm信號來控制舵機。原理圖如圖1. 第一個2.5ms 0 2.5 通過超聲模塊來控制機器人前進、后退、向前的左轉、向前的右轉、向后的左轉、向后的右轉幾個動作。 控制模塊電路，D0,D1，D2,D3分別為超聲接受模塊的輸出，輸出為高電平，要加NPN作為開關。 四、 設計步驟： 1、 設計好硬件電路，焊接51單片機的最小系統(tǒng)和各個硬件電路。 2、 設計好軟件的流程圖，如圖2。 3、 寫產(chǎn)生12路控制舵機的pwm信號的程序并在proteus中測試，如 圖3。 4、 設計出行走步態(tài)，四腳機器人的步態(tài)是采用對角的相互前進來實現(xiàn)的，如圖4。 5、 寫出流程圖中各個模塊的軟件，包括前進函數(shù)、后退函數(shù)、左轉和 右轉的函數(shù)，并逐個燒到單片機中測試。 6、 按流程圖把各個函數(shù)組合到主函數(shù)中，完成所有軟件的編寫，并燒 到單片機中測試，并不斷的調試。 開始 初始化 掃描控制按鍵 處理控制按鍵 機器人行走 結束 圖2.流程圖 開始 圖3.在proteus里測試并調試pwm信號 初始狀態(tài)： 先邁一對腳 邁另一對并 另一對支撐 身體前進 圖4，行走步態(tài) 五、 遇到的問題及解決： 1、 此設計的pwm信號輸出使用定時器來產(chǎn)生每個信號的高電平和低電平，每次定時時間到，都會會關掉定時器并執(zhí)行中斷函數(shù)，在此過程中會消耗一定的時間，等到給定時器賦值下一次定時時間并開始定時時，就會產(chǎn)生一定的時間延時，造成每次高電平時間都會變長一點，且總的加起來會使20ms周期變長，因此，需要稍微減小高電平的定時時間，并結合proteus仿真確定最準確值。 2、 由于機器人的四個腳都是自己組裝的，可能會有存在不平衡和對稱，當對角的兩只腳同時向前邁同一個角度時，會使機器人向一個方向偏轉而不沿直線前進，這時要結合實際測試來調整機器人的各個腳的前邁角度來使機器人平衡的沿直線前進，比如，一只腳邁多點，另一邊的腳邁少點。 六、心得與體會： 通過這次設計，我更加的熟悉基本的硬件電路和軟件的設計，特別是軟件的流程圖設計。更加熟悉軟硬件電路結合的測試與調試。 六、實驗實物圖: 設計代碼： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uint pwm[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;//高電平帶寬 sbit s0=P2^0;//12路輸出信號 sbit s1=P2^1; sbit s2=P2^2; sbit s3=P2^3; sbit s4=P2^4; sbit s5=P2^5; sbit s6=P2^6; sbit s7=P2^7; sbit s8=P0^6; sbit s9=P0^4; sbit s10=P0^2; sbit s11=P0^0; sbit up=P1^0; sbit right=P1^4; sbit left=P1^2; sbit down=P1^6; uchar s_num,f,b,r,l,back_flag;forward_flag; void back();//后退 void forward(); //前進 void back_right(); //后右轉 、前左轉 void back_left(); //后左轉、前右轉 void scan_key();//遙控監(jiān)控 void labor_init();//機器人的初始狀態(tài) void delay(uint i) //延時函數(shù)，延時一秒 { uint j; for(i;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--); } void init(void)//中斷初始函數(shù) { TMOD=0x01; TR0=1; ET0=1; EA=1; } void rate(uint p[12])//pwm的排序函數(shù) { 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; 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 { TR0=0; switch(s_num) { case 0: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; case 1:if(pwm[0]>pwm[1]) s0=0; else s1=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(pwm[2]<=pwm[3]) { if(pwm[2]==pwm[3]) {s2=0;s3=0;s_num++;TH0=-p2/256;TL0=-p2%256;break;} else s2=0; } else s3=0; TH0=-p2/256; TL0=-p2%256; s_num++; break; case 4:if(pwm[2]>pwm[3]) s2=0; else s3=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(pwm[4]<=pwm[5]) { if(pwm[4]==pwm[5]) {s4=0;s5=0;s_num++;TH0=-p3/256;TL0=-p3%256;break;} else s4=0; } else s5=0; TH0=-p3/256; TL0=-p3%256; s_num++; break; case 7:if(pwm[4]>pwm[5]) s4=0; else s5=0; TH0=-p31/256; 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(pwm[6]<=pwm[7]) { if(pwm[6]==pwm[7]) {s6=0;s7=0;s_num++;TH0=-p4/256;TL0=-p4%256;break;} else s6=0; } else s7=0; TH0=-p4/256; TL0=-p4%256; s_num++; break; case 10:if(pwm[6]>pwm[7]) s6=0; else s7=0; TH0=-p41/256; TL0=-p41%256; s_num++; break; case 11:s8=1; s9=1; TH0=-p_min5/256; TL0=-p_min5%256; s_num++; break; case 12:if(pwm[8]<=pwm[9]) { if(pwm[8]==pwm[9]) {s8=0;s9=0;s_num++;TH0=-p5/256;TL0=-p5%256;break;} else s8=0; } else s9=0; TH0=-p5/256; TL0=-p5%256; s_num++; break; case 13:if(pwm[8]>pwm[9]) s8=0; else s9=0; TH0=-p51/256; 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(pwm[10]<=pwm[11]) { if(pwm[10]==pwm[11]) {s10=0;s11=0;s_num++;TH0=-p6/256;TL0=-p6%256;break;} else s10=0; } else s11=0; TH0=-p6/256; TL0=-p6%256; s_num++; break; case 16:if(pwm[10]>pwm[11]) s10=0; else s11=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()//給所有信號都設高電平時間為1.5毫秒 { uchar i; for(i=0;i<12;i++) pwm[i]=1500; } void labor_init()//機器人的初始狀態(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_init1(); pwm[8]=pwm[8]+300; pwm[9]=pwm[9]-250; pwm[2]=pwm[2]+150; pwm[3]=pwm[3]-150; pwm[7]=pwm[7]+50; //pwm[0]=pwm[0]-80; //pwm[5]=pwm[5]+80; //pwm[11]=pwm[11]-30; rate(pwm); delay(500); pwm[3]=pwm[3]+320; pwm[8]=pwm[8]-200; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-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; pwm[3]=pwm[3]-320; pwm[8]=pwm[8]+200; pwm[2]=pwm[2]-270; pwm[9]=pwm[9]+320; pwm[1]=pwm[1]-600; pwm[0]=pwm[0]-600; pwm[10]=pwm[10]-600; pwm[11]=pwm[11]-600; rate(pwm); delay(300); pwm[1]=pwm[1]+600; pwm[0]=pwm[0]+600; pwm[10]=pwm[10]+600; pwm[11]=pwm[11]+600; rate(pwm); delay(500); pwm[2]=pwm[2]+270; pwm[9]=pwm[9]-320; pwm[3]=pwm[3]+320; pwm[8]=pwm[8]-200; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-600; rate(pwm); delay(500); if(P1!=0xff) forward(); } } void back_right() { motor_init1(); pwm[8]=pwm[8]+50; pwm[9]=pwm[9]-50; //pwm[2]=pwm[2]+150; //pwm[3]=pwm[3]-150; pwm[7]=pwm[7]+100; //pwm[0]=pwm[0]-80; //pwm[5]=pwm[5]+80; //pwm[11]=pwm[11]-30; rate(pwm); delay(300); pwm[3]=pwm[3]-70; pwm[8]=pwm[8]-70; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-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(); } pwm[3]=pwm[3]+70; pwm[8]=pwm[8]+70; pwm[2]=pwm[2]-70; pwm[9]=pwm[9]-70; pwm[1]=pwm[1]-600; pwm[0]=pwm[0]-600; pwm[10]=pwm[10]-600; pwm[11]=pwm[11]-600; rate(pwm); delay(300); pwm[1]=pwm[1]+600; pwm[0]=pwm[0]+600; pwm[10]=pwm[10]+600; pwm[11]=pwm[11]+600; rate(pwm); delay(500); pwm[2]=pwm[2]+70; pwm[9]=pwm[9]+70; pwm[3]=pwm[3]-70; pwm[8]=pwm[8]-70; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-600; rate(pwm); delay(300); } } void back_left() { motor_init1(); pwm[8]=pwm[8]+50; pwm[9]=pwm[9]-50; //pwm[2]=pwm[2]+150; //pwm[3]=pwm[3]-150; pwm[6]=pwm[6]+50; pwm[7]=pwm[7]+100; //pwm[0]=pwm[0]-80; //pwm[5]=pwm[5]+80; //pwm[11]=pwm[11]-30; rate(pwm); delay(300); pwm[3]=pwm[3]+70; pwm[8]=pwm[8]+70; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-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(); } pwm[3]=pwm[3]-70; pwm[8]=pwm[8]-70; pwm[2]=pwm[2]+70; pwm[9]=pwm[9]+70; pwm[1]=pwm[1]-600; pwm[0]=pwm[0]-600; pwm[10]=pwm[10]-600; pwm[11]=pwm[11]-600; rate(pwm); delay(300); pwm[1]=pwm[1]+600; pwm[0]=pwm[0]+600; pwm[10]=pwm[10]+600; pwm[11]=pwm[11]+600; rate(pwm); delay(500); pwm[2]=pwm[2]-70; pwm[9]=pwm[9]-70; pwm[3]=pwm[3]+70; pwm[8]=pwm[8]+70; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-600; rate(pwm); delay(300); } } void forward() { forward_flag=1; back_flag=0; motor_init1(); pwm[2]=pwm[2]-150; pwm[3]=pwm[3]+220; pwm[8]=pwm[8]+10; pwm[11]=pwm[11]-20; rate(pwm); delay(500); pwm[3]=pwm[3]-300; pwm[8]=pwm[8]+300; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-600; rate(pwm); delay(300); while(1) { if(r==0) { r=1; back_left(); } if(l==0) { l=1; back_right(); } if(b==0) { b=1; back(); } if(f==0) f=1; pwm[3]=pwm[3]+300; pwm[8]=pwm[8]-300; pwm[2]=pwm[2]+300; pwm[9]=pwm[9]-280; pwm[1]=pwm[1]-600; pwm[0]=pwm[0]-600; pwm[10]=pwm[10]-600; pwm[11]=pwm[11]-600; rate(pwm); delay(300); pwm[1]=pwm[1]+600; pwm[0]=pwm[0]+600; pwm[10]=pwm[10]+600; pwm[11]=pwm[11]+600; rate(pwm); delay(500); pwm[2]=pwm[2]-300; pwm[9]=pwm[9]+280; pwm[3]=pwm[3]-300; pwm[8]=pwm[8]+300; pwm[4]=pwm[4]+600; pwm[5]=pwm[5]+600; pwm[6]=pwm[6]+600; pwm[7]=pwm[7]+600; rate(pwm); delay(300); pwm[4]=pwm[4]-600; pwm[5]=pwm[5]-600; pwm[6]=pwm[6]-600; pwm[7]=pwm[7]-600; rate(pwm); delay(500); if(P1!=0xff) back(); } } void main(void) { labor_init(); } 29 .