基于單片機(jī)的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、渤海船舶職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目：基于單片機(jī)的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系：機(jī)電工程系 :洪偉 班級(jí)：11G451 學(xué)號(hào)：04 專業(yè)：機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師：凱 評(píng)閱教師：凱 完成日期：2014. 6. 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 摘要：機(jī)械手技術(shù)涉及到電子、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī) 技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手 在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。文章主要敘述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)過(guò)程，本文中介紹了 機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。 本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，采用LMD18200電機(jī)控制芯片達(dá)到控制直 流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了篩選機(jī)械手

2、基本要求和發(fā)揮部分的要求。在 篩選機(jī)械手設(shè)計(jì)中，采用了PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到 精確調(diào)速的目的。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手;AT89C51； LMD18200； PWM技術(shù);電機(jī)控制 第一章前言 1.1機(jī)械手概述1 第二章總體方案設(shè)計(jì)3 2. 1設(shè)計(jì)要求3 2.2基本設(shè)計(jì)思路3 第三章硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5 3. 1機(jī)械手尺寸的確定5 3.2傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)5 第四章軟件電路部分設(shè)計(jì)9 4.1單片機(jī)的選擇9 4.2接口電路10 4.3電路圖12 4.4程序流程14 4.5程序編 寫(xiě) 14 結(jié)論20 參考文獻(xiàn)21 第一章前言 1.1機(jī)械手概述 機(jī)械化、自動(dòng)化已成在現(xiàn)代工業(yè)中突出的主題。化工等連

3、續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已 基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的，機(jī)器人的出現(xiàn)并得到 應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。機(jī)械手，多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú) 立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)稱作工業(yè)機(jī)械手或通用機(jī)械手）。機(jī)械 手是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的 機(jī)械手稱為專用機(jī)械手，而把工業(yè)機(jī)械手稱為通用機(jī)械手。簡(jiǎn)而言之，機(jī)械手就是用機(jī) 器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行 加工。 一般而言，機(jī)械手通常

4、就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成, 如圖1T所示。 圖1-1機(jī)械手的一般組成 對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)械手而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí) 別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)械手眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物， 以及機(jī)械手的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單 的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)械手的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)械手的各 部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。 圖1-2機(jī)械手控制系統(tǒng)圖 機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手賴以 完成工作

5、任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系 統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)一傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供 機(jī)械手各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)械手各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng) 所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)械手分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大 部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator),相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 第二章總體方案設(shè)計(jì) 2. 1設(shè)計(jì)要求 生產(chǎn)線上有紅黑兩種直徑為2cm厚lcm的圓鐵片，設(shè)計(jì)一種機(jī)械手，該手能自動(dòng)篩 選出紅色鐵片，并把紅色鐵片放到指定位置。機(jī)械手有上行/下行、左行/右行、放松/ 夾緊幾個(gè)運(yùn)行

6、方式。并要求機(jī)械手有判別鐵片顏色的功能，且能準(zhǔn)確把握鐵片位置、重 量、形狀等因素。該手運(yùn)行路徑合理，接近指定位置時(shí)能夠減速運(yùn)行。整個(gè)過(guò)程無(wú)人工 操作，系統(tǒng)通過(guò)傳感裝置檢測(cè)工件，工作結(jié)束后能自動(dòng)停止。 2. 2基本設(shè)計(jì)思路 總體設(shè)計(jì)框圖如下： 1. CPU CPU部分有兩種選擇：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制和PLC控制。 2. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的有齒輪傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、絲桿傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)。 由于一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加力矩，提高帶 負(fù)載能力。對(duì)機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一般要求有： （1）結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比時(shí)體積最小，重量最輕； （2）傳動(dòng)剛度大，即由驅(qū)動(dòng)

7、器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時(shí)角度變 形要小，這樣可以提高整機(jī)的固有頻率，并大大減輕整機(jī)的低頻振動(dòng)； （3）回差要小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，這樣可以得到較髙的位置控制精 度； （4）壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。 3. 機(jī)械手 1.機(jī)械手的組成 機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)部分組成。 （1）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1）手腕手腕是聯(lián)接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用以調(diào)整末端執(zhí)行器的方位和姿 態(tài)。 2）手臂手臂是支承手腕和末端執(zhí)行器的部件。它由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連桿組成，用來(lái)改 變末端執(zhí)行器的位置。 3）機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部件，并承受相應(yīng)的載荷，機(jī)座分為固定式和移動(dòng)式 兩類(lèi)。 （2）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)

8、用來(lái)控制機(jī)械手按規(guī)定要求動(dòng)作，可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手采用計(jì)算機(jī)控制，這類(lèi)控制系統(tǒng)分為決策級(jí)，策略級(jí)和執(zhí)行級(jí)三級(jí)： 決策級(jí)的功能是識(shí)別環(huán)境、建立模型、將工作任務(wù)分解為基本動(dòng)作序列；策略級(jí)將基本 動(dòng)作變?yōu)殛P(guān)節(jié)坐標(biāo)協(xié)調(diào)變化的規(guī)律，分配給各關(guān)節(jié)的伺服系統(tǒng)；執(zhí)行級(jí)給出各關(guān)節(jié)伺服 系統(tǒng)的具體指令。 （3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令將信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。 常用的由電氣、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械等四種驅(qū)動(dòng)方式。 除此之外，機(jī)械手可以配置多種傳感器（如位置、力，觸覺(jué)，視覺(jué)等傳感器），用 以檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)。 第三章硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 1機(jī)械手尺寸的

9、確定 由于本次設(shè)計(jì)對(duì)工作場(chǎng)地要求并沒(méi)有明確的限制，因此機(jī)械手的尺寸也就沒(méi)有明確 的規(guī)定，為了設(shè)計(jì)的方便，將機(jī)械手大臂有效距離長(zhǎng)為280mm,小臂有效距離長(zhǎng)為170嘰 機(jī)械手3D圖如下： 3-1機(jī)械手圖 3. 2傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) （1）機(jī)械手是有三臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)：電機(jī)Ml控制大臂在Z軸旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，電機(jī)H2控 制小臂在Z軸的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，電機(jī)C控制末端執(zhí)行器在Z軸的上下移動(dòng)。為了設(shè)計(jì)的方便, 控制方式采用點(diǎn)位控制。通過(guò)分別控制三臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)確定末端執(zhí)行器在空間上的 具體位置。由于三臺(tái)電機(jī)不是同時(shí)控制，因此不存在相互間的干擾，從而增強(qiáng)了整個(gè)系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （2）具體傳動(dòng)環(huán)節(jié)：基座部分裝有服電機(jī)Ml,通過(guò)

10、齒輪傳動(dòng)控制大臂族轉(zhuǎn)，基座 與大臂底座用軸承連接；大臂座裝有伺服電機(jī)M2,通過(guò)齒輪、傳動(dòng)控制小臂的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng); 末端執(zhí)行器部分裝有伺服電機(jī)M3,同樣通過(guò)齒輪、絲桿傳動(dòng)控制末端執(zhí)行器的上下移動(dòng)。 （3）伺服電機(jī) 一個(gè)伺服電機(jī)部包括了一個(gè)小型直流馬達(dá)；一組變速齒輪組；一個(gè)反饋可調(diào)電位器; 及一塊電子控制板。其中，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的直流馬達(dá)提供了原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒 輪組，使之產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，伺服馬達(dá)的輸出扭力也愈大，也 就是說(shuō)越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也愈低 小型直流馬達(dá) 變速齒輪組 可調(diào)電位器 電子控制板 圖3-2伺服電機(jī)圖 （4）微行伺服馬達(dá)的工作原理 一個(gè)微型伺服馬

11、達(dá)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其原理可由下圖表示: 圖3-3伺服電機(jī)原理圖 減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè), 該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控 制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置 與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0,從而達(dá)到使伺服馬達(dá)精確定位的目的。 （5）伺服馬達(dá)的控制 標(biāo)準(zhǔn)的微型伺服馬達(dá)有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于 提供部的直流馬達(dá)及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V-6V之問(wèn)，該電源應(yīng)盡可 能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因?yàn)樗欧R達(dá)會(huì)產(chǎn)生噪音）。

12、甚至小伺服馬達(dá)在重負(fù)載時(shí)也 會(huì)拉低放大器的電壓，所以整個(gè)系統(tǒng)的電源供應(yīng)的比例必須合理。 輸入一個(gè)周期性的正向脈沖信號(hào)，這個(gè)周期性脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間通常在1ms 2ms之間，而低電平時(shí)間應(yīng)在5ms到20ms之間，并不很?chē)?yán)格，下表表示出一個(gè)典型的 20ms周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達(dá)的輸出臂位置的關(guān)系： 表3T位置關(guān)系圖 輸入正脈沖寬度C圈期為25G 伺服馬達(dá)輸出世使宣 0.5mP q90度 l.Omf 補(bǔ) 45度 1 呂。度 廠 2 Oms 丁45度 2J 昌9。度 （6）選用的伺服馬達(dá) 我選用的伺服馬達(dá)為T(mén)owPro的，型號(hào)為SG303o其主要技術(shù)參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)速：0. 23秒/60

13、度。 力矩：3. 2kg* cm。 尺寸：40. 4mmX 19. 8mmX36mm。 重量:0. 6kg0 12V和24V電源供電。 控制周期脈沖寬度為20ms。送出不同的正脈沖寬度是，就可以得到不同的控制效果。 控制正脈沖寬度如下： （7）增量式編碼器 編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。 前者成為碼盤(pán)，后者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩 種.接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“ 1 ”還是 “OS非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，釆用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和 不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“1 還是“ 0 第四章電路部分設(shè)

14、計(jì) 4.1單片機(jī)的選擇 （1）單片機(jī)的概念 單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。通常在芯 片含有CPU、ROM、RAM、并行I/O 口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘 及系統(tǒng)總線等。 （2）單片機(jī)特點(diǎn) 1）優(yōu)異的性能價(jià)格比。 2）高、體積小、可靠性高。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，部采用總線 結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了計(jì)算機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其 體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)種均有極豐富 的轉(zhuǎn)移指令、I/O 口的邏輯操作及位處理功

15、能，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均髙 于同一檔次的微機(jī)。 4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 5）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置叫典型、規(guī)，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 （3）單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 1） 89C52系列單片機(jī)基本配置如下： a）微處理器 該單片機(jī)中有一個(gè)8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運(yùn)算 器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行 位變量的處理。 b）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片為128個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變 量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 c）程序存儲(chǔ)器 由

16、于受集成度限制，片只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠, 則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。 d）中斷系統(tǒng) 具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 e）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 片有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有四種工作方式。 f）串行口 1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O 口， 甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更 廣。 g）P1 口、P2 口、P3 口、P4 口為4 個(gè)并行8 位I/O 口。 h）特殊功能寄存器 共有21個(gè)，用于對(duì)片的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制 寄存器和狀態(tài)寄存

17、器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。 2）引腳及其功能 a）電源及時(shí)鐘引腳 VCC：接+5V電源正端； VSS：接+5V電源地端； XI：接外部晶體振蕩器的一端； X2：接外部晶體振蕩器的另一端。 b）控制引腳 RESET：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電復(fù)位端。 ALE：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低8位地址。 PSEN：為片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。 EA :為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。 c）輸入/輸出引腳 P3 口的第二功能： P3. 0： RXD,串行輸入通道； P3. 1： TXD,串行輸出通道； P3. 2： INTO,外部中斷0； P

18、3. 3： INTI,外部中斷1; P3.4： TO,計(jì)數(shù)器0外部輸入； P3.5： T1,計(jì)數(shù)器1外部輸入； P3.6： WR ,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通; P3. 7： RD,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 2 3 4 5 6 7 8 1 12 - 15 14 31 19 18 9 17 a 4 1 P10 POO P11 P01 P12 P02 P13 P03 P14 P04 P15 P05 P16 P06 P17 P07 INT1 P20 INTO P21 T1 P22 P23 TO P24 EAArp P25 P26 XI P27 VSS X2 VCC RESET RXD RD TXD ALE/

19、P WR PSEN AT39C51 39 38 37 36 35 34 33 32 21 77 23 24 25 26 28 40 4? 10 7T 30 29 圖4-1 89c51引腳圖 4. 2接口電路 1. 串行通信的基本原理 計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送有并行和串行兩種方式。并行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)同時(shí)傳 送，傳送速度快，效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線，因此傳 送成本高。并行數(shù)據(jù)傳送的距離通常小于30米，計(jì)算機(jī)部的數(shù)據(jù)傳送通常都是并行的; 串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根線即可完成，成本低但 速度慢。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多是串行的，其傳送的距離

20、可以從幾米到幾千公里。 串行通信又分為異步和同步兩種方式。單片機(jī)中使用的串行通信通常都是異步方式的。 （1）串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式 異步串行通信以字符為單位，即一個(gè)一個(gè)字符地傳送。其字符格式通常表示如下： 它用一個(gè)起始位表示字符的開(kāi)始，用停止位表示字符的結(jié)束構(gòu)成一幀。異步通信的特點(diǎn) 是每次只傳送一個(gè)字符，每個(gè)字符由起始位（規(guī)定為低電平）、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、 停止位（規(guī)定為高電平廣2位）組成。由于單片機(jī)的停止位規(guī)定為1位，為了與單片機(jī) 相匹配，PC機(jī)的一幀數(shù)據(jù)的停止位我們采用1位。 （2）串行通信的收發(fā)過(guò)程 發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)發(fā)送低電平起始位開(kāi)始一個(gè)字符的傳送，起始位之 后便按特定的速率發(fā)

21、送數(shù)據(jù)位（包括奇偶校驗(yàn)位），當(dāng)最后一位數(shù)（對(duì)于采用奇偶 個(gè)高電平停止位用以標(biāo)志一個(gè)字符傳送結(jié)束，這樣就完成了一幀數(shù)據(jù)發(fā)送。如果不再發(fā) 送新數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備好，就將傳輸線鉗在高電平狀態(tài)。接收方不斷檢測(cè)傳輸線的電 平狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸線由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)（起始位標(biāo)志位），即認(rèn)為有數(shù)據(jù)傳入， 進(jìn)入接收狀態(tài)，然后以相同的速率檢測(cè)傳輸線的電平狀態(tài)，接收隨后送來(lái)的數(shù)據(jù)位，奇 偶校驗(yàn)位和停止位?？梢?jiàn)在異步通信方式中，發(fā)送方是靠控制傳輸線的電平狀態(tài)來(lái)完成 數(shù)據(jù)的發(fā)送。接收方通過(guò)不斷檢測(cè)數(shù)據(jù)線的狀態(tài)來(lái)完成數(shù)據(jù)的接收，只要發(fā)送率和接收 檢測(cè)速率相同，即能準(zhǔn)確接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送與接收設(shè)備可以使用各自的時(shí)鐘源完成

22、 數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，無(wú)需使用相同的時(shí)鐘信號(hào)。 （3）串行通信的傳送速率 傳送速率用于說(shuō)明數(shù)據(jù)傳送的快慢。在串行通信中，數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳送的，因此 傳送速率用每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)來(lái)表示，稱之為波特率。在串行通信中常用波 特率來(lái)衡量通信速率的快慢，每秒鐘傳送一位就是一波特，一般異步通信波特率為110 9 6 0 OKHZo在選擇通信的波特率時(shí)，不要盲目追髙，要以滿足數(shù)據(jù)傳輸要求為原則。 因?yàn)椴ㄌ芈试礁?，?duì)發(fā)送和接收時(shí)鐘信號(hào)頻率的一致性要求就越高。 （4）串行通信的電平轉(zhuǎn)換 PC機(jī)與單片機(jī)是通過(guò)串行口進(jìn)行通信的。由于單片機(jī)的輸入、輸出是TTL電平（+5V 表示邏輯1,電平低于2V便不能被識(shí)別為

23、邏輯1; 0V表示邏輯0）, TTL電平一般不能用 于遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)閭鬏斶^(guò)程中電平的衰減會(huì)使傳輸數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 而PC機(jī)配置的是RS-232串行接口，因此，單片機(jī)與PC機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，要進(jìn) 行電平的轉(zhuǎn)換，需要將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平（-5-15V表示邏輯1, +5V+15V 表示邏輯0）,在傳輸線上傳送的RS-232電平可高達(dá)12V,比TTL電平有更強(qiáng)的抗衰減 能力及抗干擾能力，可用于遠(yuǎn)距離傳輸。常用的電平轉(zhuǎn)換芯片為MAX2232,此芯片能實(shí) 現(xiàn)以上兩種電平的相互轉(zhuǎn)換。另外，信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)最好使用雙絞線，有利于抑制外界 共模信號(hào)的干擾。 2. 單片機(jī)與PC機(jī)串行通信實(shí)現(xiàn)手段 由于PC

24、機(jī)中集成了串行異步通信的可編程芯片8250,我們可以通過(guò)PC機(jī)的串行通 信口COM1或COM2對(duì)它進(jìn)行控制，因而不需要再單獨(dú)做實(shí)驗(yàn)板。我們可以把單片機(jī)的部 電平轉(zhuǎn)換接口與PC機(jī)的串行通信口COH1或COM2通過(guò)串行連接線連接起來(lái)，然后用軟 件對(duì)它們進(jìn)行初始化，使它們運(yùn)行各自的接收或發(fā)送程序。 在具體編程的時(shí)候，我們可以實(shí)現(xiàn)很多的功能。例如，我們可以從PC機(jī)和單片機(jī) 中讀其RAM或ROM的容，對(duì)它們進(jìn)行在線修改。PC機(jī)的程序可以用匯編程序MASM6.0、 VB、C+Bilder或VC+進(jìn)行編寫(xiě)?？刂齐娐放c計(jì)算機(jī)通訊能夠在計(jì)算機(jī)上作監(jiān)控界面， 使機(jī)械手控制更加人性化。 U2 圖4-3串行通訊電路

25、4.3電路圖繪制 Kll:l:-r去 a T JI - C2 Il 9 9 i 口51 _3_ n XJ CfffST TEXT D3 UT2 aura D2 . INT1 4 P3/VTO P3“n Pie P3gR P17 P3.7W 圖4-4系統(tǒng)電路圖控制 （1）電路說(shuō)明：PC機(jī)通過(guò)電頻轉(zhuǎn)換器將程序傳送至單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片控 制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，使傳感器到達(dá)指定位置。傳感器檢測(cè)工件顏色，并發(fā)射相應(yīng)信號(hào)給 單片機(jī)（紅色，進(jìn)行下一步；黑色，停止、延時(shí)；無(wú)反射，程序結(jié)束）。單片機(jī)通過(guò)已 設(shè)定的程序完成相應(yīng)步驟。 （2）單片機(jī)電路 1）看門(mén)狗復(fù)位電路 復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和

26、按鈕復(fù)位。本電路中采用的是上電復(fù)位, 其工作原理為：上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩 個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。 看門(mén)狗又叫watchdog timer,是一個(gè)定時(shí)器電路，一般有一個(gè)輸入，叫喂狗，一個(gè)輸 出到ICU的RST端,MCU正常工作的時(shí)候，每隔一端時(shí)問(wèn)輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給WDT 清零，如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗，（一般在程序跑飛時(shí)）,WDT定時(shí)超過(guò)，就回給出一個(gè) 復(fù)位信號(hào)到MCU,是MCU復(fù)位.防止MCU死機(jī).看門(mén)狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。工作原理：在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門(mén)狗的計(jì)數(shù)器，看門(mén)狗就開(kāi) 始自動(dòng)

27、計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清看門(mén)狗，那么看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引 起看門(mén)狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。所以在使用有看門(mén)狗的芯片時(shí)要注意清看門(mén)狗。硬件看 門(mén)狗是利用了一個(gè)定時(shí)器，來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，我 們要在定時(shí)時(shí)間到之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說(shuō)PC指針不能回來(lái)。 那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。 看門(mén)狗復(fù)位電路圖如下。 VCC 22uf MR WDO VCC RST GND TOI PFI PFO 1 8 2 ? 3 6 5 MAX813L 4 圖4-5看門(mén)狗復(fù)位電路 2）晶振電路 MCS-51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：部振蕩方式和

28、外部振蕩 方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器，就構(gòu)成了部振蕩電路，如下圖所示。圖 中Cl、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為530pFo晶振常選用頻率 為6MHz. 12MHz或24MHz的,釆用串口時(shí)常使用頻率為11. 0592MHz的晶振。部振蕩方 式所得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，應(yīng)用較多。 30pF 30pF CRYSTAL 12.00MHz 為4-6振蕩電路 4. 4程序流程 程序開(kāi)始運(yùn)行后，系統(tǒng)初始化，機(jī)械手回到原始位置。傳送帶將工件運(yùn)送過(guò)來(lái)，到 達(dá)指定位置后延時(shí)Is。這時(shí)，傳感器開(kāi)始檢驗(yàn)，向工件位置發(fā)射光線，通過(guò)是否有收到 反射光來(lái)判斷工件是否到達(dá)指定位置。

29、如果有發(fā)射光，則運(yùn)行下一步程序，開(kāi)始搬運(yùn)工 件。如此循環(huán)，直到傳感器不再接受到反射光，則加工停止，程序結(jié)束。 4. 5程序編寫(xiě) #include ttdefine THO TLO (65536-1000)/設(shè)定中斷的間隔時(shí)長(zhǎng) unsigned char count。 = 0； unsigned char countl = 0； bit Flag = 1;/電機(jī)正反轉(zhuǎn)標(biāo)志位，1正轉(zhuǎn)，0反轉(zhuǎn) sbit Key_add=P3 2； 電機(jī)減速 sbit Key dec=P3 3； 電機(jī)加速 sbit Key turn=P3 4； 電機(jī)換向 sbit PWM1=P3 6；PWM 通道 1 sbit PW

30、M2二P3 7；/PWM 通道 2 unsigned char Timedelay； 函數(shù)聲明 void Delay(unsigned char x): void Motorspeed high(void): void Motor_speed low(void)； void Motorturn(void)； void TimerO init(void)； void Delay (unsigned char x)/延時(shí)處理 Time delay = x； while(Time_delay != 0)； void TimerO int (void) interrupt 1 using 1/定時(shí) 0 中斷處理 TRO = 0； TLO += (THO_TLO + 9) % 256； THO += (THO_TLO + 9) / 256 + (char)CY； TRO = 1； if(Time_delay != 0)/延時(shí)函數(shù)用 Time delay-； if (Flag = 1)/電機(jī)正轉(zhuǎn) PWM1 = 0： if(+countl = 100) countl=0； else /電機(jī)反轉(zhuǎn) PWM2 = 0； if(+countl = 100) countl=0； 反轉(zhuǎn) void Motor speed high(void)/按鍵處理加pwm占空比，電機(jī)加速