人工智能機器人分析設計報告

課程：計算機組成原理人工智能機器人分析設計報告院系：安徽工程大學機電學院專業(yè)：計算機與軟件工程系班級：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： 41.2.2硬件總體結(jié)構(gòu) 4\o"CurrentDocument"1.2.2CPU與存儲器的連接 5\o"CurrentDocument"1.3語音模塊 61.3.1LD3320語音模塊 6\o"CurrentDocument"1.4PWM控制 71.4.1定時器+中斷產(chǎn)生PWM 7\o"CurrentDocument"1.5相關程序（以下代碼僅作說明使用，本項目并不涉及該單片機） 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單個舵機運動實例： 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部分。

我們著重講的是運算器，控制器，存儲器，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：計算機處理的數(shù)據(jù)和指令一律用二進制數(shù)表示；指令和數(shù)據(jù)不加區(qū)別混合存儲在同一個存儲器中；順序執(zhí)行程序的每一條指令；計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計算機必須具有如下功能：把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計算機中；必須具有長期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運算結(jié)果的能力；能夠完成各種算術(shù)、邏輯運算和數(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與存儲器的連接中央處理器CPU:地址線20位數(shù)據(jù)線8位，運算和控制功能內(nèi)部RAM：128K,選用4片32K*8位存儲器內(nèi)部ROM：16K選用1片16K*8位存儲器定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。串行口：一個全雙工串行口。時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列并行口：提供若干并行接口，供編程或拓展使用1.3語音模塊1.3.1LD3320語音模塊支持SPI接口和并行接口的非特定語音識別模塊，板載咪頭和有源晶振，方便在電子產(chǎn)品中實現(xiàn)語音識別、聲控和人機對話功能。產(chǎn)品特性：高準確度和實用的語音識別效果。非特定人語音識別技術(shù)：不需要用戶進行錄音訓練?？蓜討B(tài)編輯的識別關鍵詞列表：只需要把識別的關鍵詞以字符串的形式傳送進芯片，即可以在下次識別中立即生效。比如，用戶在51等MCU的編程中，簡單地通過設置芯片的寄存器，把諸如"你好"這樣的識別關鍵詞的內(nèi)容動態(tài)地傳入芯片中，芯片就可以識別這樣設定的關鍵詞語了。支持用戶自由編輯50條關鍵詞：在同一時刻，最多在50條關鍵詞語中進行識別，終端用戶可以根據(jù)場景需要，隨時編輯和更新這50條關鍵詞語的內(nèi)容。參數(shù)：工作電壓：3.3V省電模式電流：1uA1.4PWM控制1.4.1定時器+中斷產(chǎn)生PWM在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容易與之接口O舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，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：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，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，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。舵機的控制要求舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。一般舵機的控制要求如圖所示。單片機實現(xiàn)舵機轉(zhuǎn)角控制可以使用FPGA、模擬電路、單片機來產(chǎn)生舵機的控制信號，但FPGA成本高且電路復雜。對于脈寬調(diào)制信號的脈寬變換，常用的一種方法是采用調(diào)制信號獲取有源濾波后的直流電壓，但是需要50Hz（周期是20ms）的信號，這對運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引起舵機的抖動，對于機載的測控系統(tǒng)而言電源和其他器件的信號噪聲都遠大于5mV,所以濾波電路的精度難以達到舵機的控制精度要求。也可以用單片機作為舵機的控制單元，使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化，從而提高舵機的轉(zhuǎn)角精度。單片機完成控制算法，再將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號輸出到舵機，由于單片機系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù)，所以受外界干擾較小，整個系統(tǒng)工作可靠。單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉(zhuǎn)角的控制，必須首先完成兩個任務：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號，本設計是產(chǎn)生20ms的周期信號；其次是脈寬的調(diào)整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調(diào)整占空比。當系統(tǒng)中只需要實現(xiàn)一個舵機的控制，采用的控制方式是改變單片機的一個定時器中斷的初值，將20ms分為兩次中斷執(zhí)行，一次短定時中斷和一次長定時中斷。這樣既節(jié)省了硬件電路，也減少了軟件開銷，控制系統(tǒng)工作效率和控制精度都很高具體的設計過程：例如想讓舵機轉(zhuǎn)向左極限的角度，它的正脈沖為2ms，則負脈沖為20ms-2ms=18ms，所以開始時在控制口發(fā)送高電平，然后設置定時器在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，并將中斷時間改為18ms，再過18ms進入下一次定時中斷，再將控制口改為高電平，并將定時器初值改為2ms，等待下次中斷到來，如此往復實現(xiàn)PWM信號輸出到舵機。用修改定時器中斷初值的方法巧妙形成了脈沖信號，調(diào)整時間段的寬度便可使伺服機靈活運動。為保證軟件在定時中斷里采集其他信號，并且使發(fā)生PWM信號的程序不影響中斷程序的運行（如果這些程序所占用時間過長，有可能會發(fā)生中斷程序還未結(jié)束，下次中斷又到來的后果），所以需要將采集信號的函數(shù)放在長定時中斷過程中執(zhí)行，也就是說每經(jīng)過兩次中斷執(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信號的軟件流程

如果系統(tǒng)中需要控制幾個舵機的準確轉(zhuǎn)動，可以用單片機和計數(shù)器進行脈沖計數(shù)產(chǎn)生PWM信號。脈沖計數(shù)可以利用51單片機的內(nèi)部計數(shù)器來實現(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，宜使用外部的計數(shù)器，還可以提高CPU的工作效率。實驗后從精度上考慮，對于FUTABA系列的接收機，當采用1MHz的外部晶振時，其控制電壓幅值的變化為0.6mV，而且不會出現(xiàn)誤差積累，可以滿足控制舵機的要求。1.5相關程序(以下代碼僅作說明使用，本項目并不涉及該單片機)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;//定時器0工作方式1TH0=0xff;//(65536-10)/256;//賦初值定時TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msEA=1;//開總中斷ET0=1;//開定時器0中斷TR0=1;//啟動定時器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，關閉定時器TH0=0xff;//(65536-10)/256;//賦初值定時TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msTR0=1;//打開定時器time++;if(time>=100)time=0;//1khzif(time<=20)PWM1=0;//點空比%80elsePWM1=1;PWM2=0;}程序說明：1、關于頻率的確定：對于11.0592M晶振，PWM輸出頻率為1KHZ,此時設定時器0.01ms中斷一次，時中斷次數(shù)100次即為1KHZ(0.01ms*100=1ms，即為1000HZ)此時，定時器計數(shù)器賦初值為TH0=FF,TL0=F7。2、關于占空比的確定：此時我們將來time的值從0-100之間進行改變，就可以將占空比從%0-%100之間進行變化，上面程序中time<=20時PWM1=0;elsePWM1=1;意思就是%20的時間輸出低電平，%80的時間輸出高電平，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。(程序為if(time<=40)PWM1=0;elsePWM1=1;)當然編寫程序時也可以定義一個標志位如flag，根據(jù)flag的狀態(tài)決定輸出高平還是低電平，假設定義flag=1的時候輸出高電平，用一個變量去記錄定時器中斷的次數(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變量的值是否到了n，如果到了說明高電平的時間夠了，那么就改變flag為0，輸出低電平，同時記錄中斷變量的值清零，每次中斷的時候依舊+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，說明PWM的低電平時間夠了，那么就改flag=1，輸出改高電平，同時記錄次數(shù)變量清零，重新開始，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從這個項目本身考慮，必須是可編程的，所以采用keil可以生成..hex結(jié)尾的文件國E：whijEi的血shbzn汕何成足此如.1。也ME藏咨|垂婦血'5051。肝強d/rcij,叫問-仰桃時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StmeLllStlZLJlu7tinclu.ItinclutinclutlUCLdtlUCLdB/*罰BuildCMtuirtI懣SrmwMHex全稱(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HEX記錄。這些記錄由對應機器語言碼和/或常量數(shù)據(jù)的十六進制編碼數(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|聿片機旦號|lAHSF2E61融 ―引即教而切▼串口號|顛1 -聿片機旦號|lAHSF2E61融 ―引即教而切▼串口號|顛1 -I|掃描教材/■聯(lián)合實驗室串口助手Keilffi真設置范例程序選型/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) 打開程序文件硬件選項脫機下載湎m程序力睦后傳輸下目‘*0選擇使用肉部1耽時箱做選為外部監(jiān)鐘）0振蕩器放大培益〔㈣我上建設迭葬）輔？■、用戶程庠運行K的TM頻奉IHBlifeH■M：-fr國使用恒速下載模云□下次冷啟動時F32/?3,:為可可F載程房畫上電復位使用較長延時回］復位腳用作I捫口0允許?低壓復位㈱1L醞壓中斷）低壓檢刪電壓|382V ▼0低壓時蔡上E1FEOH操乍上電■真位E寸由硬片白幼啟動 看門狗定E寸器分頻系數(shù) 湖 ▼下載閽程|停止里熟浦程救購匚唯項|注息/幫助重復廷1寸|，秒T^?00000割翎EFROM攘沖區(qū) 打開EEFKOM劉牛芯封型號：IA?15r2KElS2'nTEtlUtid1-1..tERltitf］m-lTEtlJbEr古荷個便件禹口CU■職T1和UKRT2）有EFI（R可書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_型號工作電壓（V）程序空間SMBEFBDM1/0定時器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)布項目程序發(fā)布項目幫助讀取本機硬盤號 R捐示音成為計數(shù)0每次發(fā)布項目程序發(fā)布項目幫助讀取本機硬盤號 R捐示音成為計數(shù)m目標玄件貧化時自動裝載并岌諼五載命冬說明：當然以上軟件的使用的前提是使用一款支持的單片機，但是項目的要求不可以使用單片機，所以我們整體項目是理論性的。2.3兩款軟件的主要作用KeiluVision3是程序編譯軟件,比如你寫的單片機的匯編程序或者C程序，由這個軟件翻譯成.HEX的16進制的機器代碼，如果沒有這個的話，你就要自己去編排，早期的單片機編程器里有機器語言的,后來全部使用這種翻譯程序了.STC-ISP是STC系列單片機的燒寫程序，就是把你之前生存的那

個.HEX文件發(fā)送給單片機，有單片機的ISP程序?qū)懭氲絾纹瑱C內(nèi)部,形成單片機的可執(zhí)行程序.第三章模塊軟件3.1圖形化控制軟件類似于下面這款軟件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偏轉(zhuǎn)角度，并將相應指令生成文件，可以下載到控制器。3.2單個舵機運動實例：#5P1600S750通道5將以750燼/秒的速度移動到1600us位置。為了更