單片機機器人控制系統的研究

亞庫甫江·塔依爾 庾新江 陳平

一、控制系統硬件電路設計

本控制系統硬件設計采用的是AT89C51單片機來控制一個單片機機器人，該機器人主要由車體部分和手臂部分組成，車體部分由兩個獨立驅動的主動輪、一個從動輪和底盤等機構組成，手臂部分由兩個獨立的電機控制，可以抓東西，上下抬東西，機器人的運動由兩個相同的主動電機來控制。

1.AT89C51 單片機簡介

AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4Kbytes的可系統變成的 Flash 只讀程序存儲器。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，也可引用于各種控制領域。

2.AT89C51 主要引腳功能說明

Vcc：電源電壓

GND：地

P0口是一組邏輯開路型雙向 I/O 口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，沒位能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。

P1口、P2口、P3口都是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1、P2、P3的輸出緩沖級都可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。RST：復位輸入。

XTAL1：震蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。

XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。

3.系統時鐘電路

內時鐘方式：MCS—51單片機內部時鐘產生方式是利用芯片內部的單級反相放大器振蕩電路。在XTAL1和XTAL2兩端子上外接定時元件產生自激振蕩來形成系統時鐘的。

4.復位電路

同任何微型計算機應用系統一樣，MCS—51 單片機的復位功能是不可缺少的，復位的作用是使單片機初始化，即通過復位把單片機內部的各個部分恢復到預先已知的特定狀態。

5.電機驅動模塊

該直流電機驅動模塊采用ST公司的L298N典型雙H橋直流電機驅動芯片，可用于驅動直流電機或雙極性步進電機，此驅動板體積小，重量輕，具有強大的驅動能力。如圖所示SM-L298N-V1.0 模塊。

二、控制電路設計

1.總控制流程圖

下面的圖是主程序的控制流程圖。在主控程序循環中掃描是否有按鍵按下，若有，則做出相應的反應：若按下 K1、K2 、K3、K4鍵機器人做相應的動作前進、后退、左轉、右轉；若按K5、K6、K7、K8按鈕，我們可以控制機器人的手臂。

2主電路版設計

由于我們的系統對運算速度要求并不高，綜合考慮系統的穩定性和經濟性，我們采用了串行處理結構。邏輯控制芯片采用性能穩定價格低廉的 AT89C51，既保證了較佳的穩定性又降低了價格便于推廣應用。

3.操作手柄設計

該設計中采用了獨立式按鍵。獨立式按鍵是指直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O 口線，每根 I/O 口線的工作狀態不會影響其它 I/O 口線的工作狀態。獨立式按鍵電路如右圖所示。

4.控制電路

單片機機器人控制系統由AT89VC51單片機 、電機驅動模塊、按鍵輸入模塊組成。

右邊的圖是單片機機器人的控制系統電路圖。

單片機機器人的控制系統電路圖的控制原理如下：按下任意 K1、K2、K3、K4，K5，K6，K7，K8按鍵后，執行相應動作。

三、控制系統的程序設計

1.程序流程圖

在控制程序循環中掃描按鍵 K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、判斷是否有按鍵按下，若有按鍵按下做出相應的動作。

2.控制程序設計

機器人控制程序用匯編語言C語言來編程的。AT89C51單片機的P0.0～P0.7口作為L298N電機控制模塊的控制信號輸入口，P0.0～P0.3口控制機器人行駛動作、P2.0～P2.7口作為遙控控制信號的輸入端，P2.0～P2.3口連接方向按鍵，P2.4～P2.7口控制手臂部分的電機。

四、實驗與調試

該階段是一個艱苦而漫長的過程，因為是第一次從事該單片機機器人的制作，因此制作的過程就是一個不斷試驗探索的過程。

1.利用 Proteus Pro V7.5 SP3 進行電路圖的繪制和方針

Proteus Pro V7.5 SP3具有設計靈活，結果，過程的統一特點?？墒褂迷O計時間大為縮短，可以降低工程制造的風險。本次設計利用了Proteus Pro V7.5 SP3功能模塊之一的電路原理設計，畫出了控制系統的原理圖。

2.程序的編寫調試

Keil 編譯軟件是由南京偉煌電子開發的一個單片機學習軟件，它既提供了一個程序編寫的平臺，又有相應的軟件把編輯好的程序編譯成單片機能識別的機器碼，然后通過其配套的下載裝置（Stc-Isp-V4.79）燒錄到芯片上。