1、 开封技师学院毕业设计（论文）题目： 关于单片机的应用与开发副标题：关于六足智能机器人的控制学生姓名： 张学刚 年 级： 06 级自动化（2）系 别： 电气工程系专 业： 工业电气自动化指导教师： 王建，魏福江09 12 20目录前言：一. 论文简介(1) 单片机的简介*(2) 单片机的外围开发简介*(3) 单片机机器人应用简介*二 机器人系统组成(1) 电路组成及工作原理*(2) 硬件部分*(3) 单片机系统*(4) 控制程序及程序下载*三 总结（1） 技术指标与相关技术问题*（2） 参考文献*前言在社会迅速发展的今天，单片机的的运用已经渗透到我们生活的每个角落，也似乎很难找到哪个领域没有单
2、片机的足迹。智能仪表、医疗器械，导弹的导航装置，智能监控、通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，汽车的安全保障系统，动控制领域的机器人，数码像机、电视机、全自动洗衣机的控制，电话机以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。所以，单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展，经济的繁荣，和提高满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。也成就了一批又一智能化控制的工程师和科学家。科技越发达，智能化的东西就越多。学习单片机是社会发展的必然需求，也是我们现代高级技工所必须要掌握的技能。（1）单片机的简介:一微型计算机（Single Chip M
3、icrocomputer）微型计算机的主要特点：CPU 集成于一个芯片中。单片机（Micro Controller Unit）是把组成微型计算机的各功能部件：CPU、RAM、ROM、定时/计数器、中断控制器、并行和串行接口均集成在一个芯片中。其一个芯片就构成了一个比较完整的计算机系统。微型计算机与单片机是微电子领域的两个分支。微型计算机的特点是运算速度快、存储容量大，适合于信息管理、科学计算等领域；而单片机的特点为体积小、价格低，适合于仪器、设备的控制，常常嵌入到仪器、设备中。故单片机也称作微控制器（Microcontroller） 。二单片机的生产与发展（1）.单片机的生产：目前世界上单片机
4、的生产公司有上百家，如Intel、Philips、Microchip、Motorola、Siemens、NEC 、AMD、Zilog、TI、Atmel 等。但在国内广泛应用的只有 Intel 系列和 Microchip PIC 系列，（2）.单片机的发展：第 1 阶段（19761980）：单片机发展初级阶段。集成了 8 位CPU、RAM、ROM、定时器、并行口（无串行口）等部件，但性能低，寻址范围小（4KB） ，中断系统、定时器也简单。典型机型：Intel MCS-48 系列。第 2 阶段（19801983）：高性能单片机阶段。此阶段的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统，多个 16 位定
5、时/计数器，片内 ROM、RAM 的容量加大，寻址范围达 64KB。典型机型：Intel MCS-51 系列。第 3 阶段（198380 年代末）：16 位单片机和高性能 8 位机并行发展阶段。此阶段 Intel 推出 16 位单片机 MCS-96 系列，其他公司也推出了各种 16位单片机。同时高性能 8 位单片机的性能更为完善。第 4 阶段（90 年代）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性等方面全面发展，如采用 Flash ROM，加入了一些特殊功能部件（AD 转换器，PWM 输出，监视定时器 WDT，DMA，调制解调器，通信控制器，浮点运算单元等） 。至今，单片机的性能已比较完善，且专业化
6、的特点很强，为各种应用提供了很大的方便。三、单片机的应用单片机由于体积小，价格低，功 耗 低 、 控 制 功 能 强 且控制逻辑可由软件来实现，因此可以很方便地完成由一般数字电路很难实现的控制逻辑。所以在测控系统，智能仪表，机电一体化产品，智能接口，智能民用产品，机器人等领域得以广泛应用。1.在 智 能 仪 器 仪 表 上 的 应 用 （ 如 电 压 、 功 率 、 频 率 、 湿 度 、 温 度 、 流量 、 速 度 、 厚 度 、 角 度 、 长 度 、 硬 度 、 元 素 、 压 力 等 物 理 量 的 测 量 ） 只 需 结合 不 同 类 型 的 传 感 器 即 可 控 制 ， 使 得
7、 仪 表 达 到 数 字 化 。 智 能 化 、 微 型 化 （ 示波 器 ） 。2.在 工 业 控 制 中 的 应 用 （ 如 工 厂 流 水 线 的 智 能 化 管 理 ， 电 梯 智 能 化 控制 、 各 种 报 警 系 统 ， 与 计 算 机 联 网 构 成 二 级 控 制 系 统 等 ） 多 用 于 构 成 多 样 的控 制 系 统 ， 数 字 采 集 系 统 。 设 计 用 于 实 现 特 定 功 能 ， 从 而 在 各 种 电 路 中 进 行模 块 化 应 用 ， 而 不 要 求 使 用 人 员 了 解 其 内 部 结 构 ， 在 大 型 电 路 中 ， 这 种 模 块化 应 用
8、 极 大 地 缩 小 了 体 积 ， 简 化 了 电 路 ， 降 低 了 损 坏 、 错 误 率 ， 也 方 便 于 更换 。（ 图 ）3.在 家 用 电 器 中 的 应 用 （ 洗 衣 机 、 电 冰 箱 、 空 调 机 、 彩 电 、 及 其 他 音响 视 频 器 材 ， 电 子 秤 量 设 备 等 ） 极 大 的 方 便 了 我 们 的 生 活 。4.在 计 算 机 网 络 和 通 信 领 域 中 的 应 用 （ 手 机 ， 电 话 机 、 小 型 程 控 交 换机 、 楼 宇 自 动 通 信 呼 叫 系 统 、 列 车 无 线 通 信 、 集 群 移 动 通 信 ， 无 线 电 对 讲
9、 机等 ） 利 用 单 片 机 的 通 讯 接 口 可 以 方 便 的 与 计 算 机 进 行 数 据 通 ， 为 在 计 算 机 网络 通 讯 设 备 间 的 应 用 提 供 了 很 好 的 物 质 条 件 。7.单 片 机 在 汽 车 设 备 领 域 中 的 应 用 （ 如 汽 车 中 的 发 动 机 控 制 器 ， 基 于CAN 总 线 的 汽 车 发 动 机 智 能 电 子 控 制 器 ， GPS 导 航 系 统 ， abs 防 抱 死 系 统 ，制 动 系 统 等 ）此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。8多机应用利用单片机的串行接口和并行接口
10、，多个单片机子系统可以彼此进行通信，构成一个网络。可以构成一个集散式的控制系统，从而控制和处理大量的控制对象和信息，且可以通过并行运算方式来提高处理速度。总之在单片机系统中，单片机是作为控制中枢，数字电路器件是作为外围电路，二者是相辅相成的。四：单片机的发展趋势目前，为了适应各种嵌入式系统的应用需求，单片机将向着高集成度、增强工能。提高速度、降低成本和功耗等方向发展。这组要表现在以下几个方面。1 处理性能的增强：单片机的处理性能取决于其内部数据总线宽度、指令执行速度、片内存储器容量等指标。近几年发展起来的 16 位和 32 位单片机就体现了这个发展趋势。2 增强功能：未来单片机的增强功能主要在
11、网络功能。A/D 和 D/A 功能、ISP 功能、DMA 功能、显示器驱动等方面另外为了能有效地保护嵌入式系统的知识产权，对单片机内部软件的加密是必要的，单片机的内部的程序代码存储器带有加密特性是单片机的一种增强功能。 3 高集成度：随着集成电路技术的和工艺的不断提高，单片机技术的发展及其应用领域不断拓展提高单片机的集成度，增加片内功能器件，减少外围器件的扩展，实现真正的“单片”系统已成为发展趋势集成更多的 I/O 端口和特殊接口，直接驱动 LED、VFD、LCD 等显示器，带有直接中断方式键盘端口等。近年来，单片机结合专用集成电路（Application Specific Integrate
12、d Circuit, ASIC）和精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer, RISC）技术，发展为嵌入式处理器（ Embedded Processor） ，适用于数据与数值分析、信号处理、智能机器人及图像处理等高技术领域。由于我做的小实验用的是 AT89S51 单片机所以下面我就详细介绍 AT89S51通过它来反映单片机的开发应用过程！我们知道 Atmel 公司的单片机主要为 89C51、89C52、89C2051、89C55WD 等 以及高性能的 AT89LV51、AT89C4051、AT89S51、AT89S52 AT89S53 等 我所用的 A
13、T89S51 是一个低功耗，高性能的 8 位单片机片内含有8KISPD(in-system programmable Downloadable)串行编程可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器器件采用 ATMEI 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准的 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚的结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的 AT89S51 可为许多嵌入式应用式控制性应用系统提供高性价比的解决方案！AT89S51 管脚介绍：EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号/编程电源ALE/PROG：低 8 位地址锁存信号/编
14、程脉GND：地线。VCC：+5 V 电源。RST/VPD：复位、备用电源 RXD：串行通信收接口(SCI) TXD：串行通信发接口(SCI)INT0 外部中断 0INT1 外部中断 1T0 定时器 0 TXAL2 接外部晶振 T1 定时器 1 TXAL1 接外部晶振P0.0 P0.7：P0 口 8 位双向口线。P1.0 P1.7 ：P1 口 8 位双向口线。P2.0 P2.7 ：P2 口 8 位双向口线。P3.0 P3.7 ：P3 口 8 位双向口线。AT89S51 具有以下特性：兼容 MCS-51 指令系统，32 个双向 I/O 口，2 个 16 位可编程定时/计数器、全双工 UART 串行
15、中断口线、两个外部中断源、中断唤醒省电模式、看门狗(WDT)电路、灵活的 ISP 字节和分页编程、4KB 可反复擦写（大于 1000 次）ISP Flash ROM、4.5V5.5V 工作电压、时钟频率 03MHZ、128*8bit 内部 RAM、低功耗空闲和省电模式、三级加密位、软件空闲和省电功能、双数据寄存器指针。（2）机器人的介绍：机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。机器人的能力包括：智能
16、，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成随着信息技术的快速发展，传统制造业将向敏捷制造业转变。机器人将成为可重组的敏捷制造生供重产装备的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业发展提要的技术支持。在工业机器人飞速发展的同时，在非制造业领域对机器人技术应用的研究和开发也非常活跃，这被称为特种机器人技术。在研究和开发特种机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术是
17、感知、决策、行动和交互四大技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术正源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各种特种机器人和智能机器，如仿人机器人、仿生机器人、微机器人、医疗机器人、水下机器人、移动机器人、军用机器人、空间机器人、农林机器人等。它们从外观上看已经远远脱离了最初工业机器人的形状，其智能和功能也大大超出了工业机器人的范围，更加符合应用领域的特殊要求。传统的机器人是对人体的延伸，一般需要人来操作；而特种机器人和智能机器则是通过感知，由计算机推理进行响应和动作，是对人类智能的延伸。据专家预测，21 世纪将是非制造业自动化技术快速发展
18、的时期。机器人以及其他智能机器将在空间和海洋探索、农业及食品加工、采掘、建筑、医疗、服务、交通运输、军事等领域快速发展并实现产业化。一、六足机器人简介爬虫机器人是汉库机器人有限公司研制开发的，其两侧的运动部件由两个舵机控制，通过执行不同的指令来完成相应的动作。下图是爬虫机器人的俯视图片：硬件简介：（1）控制板简介：除了机器人机体本身以外，还有很重要的一个部分就是机器人的控制器系统。汉库生产的控制板具有很好的操作性。在中国，大学里教授最为广泛的单片机应该就是 MCS-51。我们的控制板采用 STC12T54 单片机，指令周期大大缩减，运行效率大大提高。这样做是为了我们的机器人能够作出更加完美的动作，或者加入一些新型的传感器，使机器人“感知”这个世界。控制板的俯视图如下图所示控制板连线见下图：芯片型号：STC12C5410ADSTC 芯片板子舵机STC12C5410AD此控制板所用主要器件简介1 关于电平特性数字电路中只有两种电平：高和低 单片机为 TTL 电平：高 +5V 低 0VRS232 电平：计算机的串口高 -12V 低+12V所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片 max232。Max 系统工作如下图所示：2 STC12C5410AD 芯片机器最小工作系统图：
