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文檔簡介

1、編號: 畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書 題 目:基于單片機的機械手運動控制設(shè)計學(xué)院: 機電工程學(xué)院 專 業(yè): 機械電子工程 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師單位: 機電工程學(xué)院 姓 名: 職 稱: 題目類型:理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)2013年5月20日 摘 要機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單,專用性較強。隨著

2、工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”,簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序,適應(yīng)性較強,所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 機械手技術(shù)涉及到電子、機械學(xué)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要,機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。本設(shè)計以AT89C51單片機為核心,采用L298電機控制芯片達(dá)到控制直流電機的啟停、速度和方向,完成了機械手基本要求和發(fā)揮部分的要求。在機械手設(shè)計中,采用了PWM技術(shù)對電機進(jìn)行控制,通過對占空比的計算達(dá)到精確調(diào)速的目的。關(guān)鍵詞

3、:機械手;AT89C51單片機;L298電機控制芯片;電機控制。Abstract A robot is developed in recent decades a high-tech automated production equipment. Industrial robots is an important branch of industrial robots. It features can be programmed to perform a variety of jobs expected in the structure and performance of the respe

4、ctive merits of both people and machines, particularly evident in human intelligence and adaptability. The accuracy of manipulators and the environments ability to complete the job in the field of the national economy has a broad space for development. Starting the robot structure is relatively simp

5、le, highly specific.With the development of industrial technology, made by program control can be achieved independent of repeated operations, and broad scope of the Program Control Universal Manipulator,referred universal manipulator.Because generic robot can quickly change the working procedures,

6、adaptability, so it is constantly changing variety of small batch production to obtain a wide range of references. Robotic technologies related to electronics, mechanics, automatic control technology, sensor technology and computer technology and other scientific fields, is a multidisciplinary integ

7、rated technology. With the needs of the development of industrial automation, robots and more important in industrial applications. The design AT89C51 microcontroller as the core, using L298 motor control chip to control the DC motor start and stop, speed and direction, completing the basic requirem

8、ents and Manipulator play a part requirements.In the Manipulator design, using a PWM motor control technology, through the calculation of the duty cycle to achieve accurate speed control purposes.Keywords:Manipulator;AT89C51 microcontroller;L298 motor control chip;Motor Control.目 錄引言11 緒論31.1 機械手概述3

9、1.1.1機械手的當(dāng)代應(yīng)用41.1.2機械手工作方式41.1.3機械手的分類41.2 機械手的一般組成42 任務(wù)要求與總體設(shè)計方案62.1 設(shè)計任務(wù)與要求62.2 總體設(shè)計方案62.3 基本設(shè)計思路62.2.1 CPU62.2.2傳動機構(gòu)62.2.3機械手組成72.2.4抓取機構(gòu)92.2.5機械手的驅(qū)動方式92.3 設(shè)計方案的總結(jié)112.3.1 CPU的選擇112.3.2機械手坐標(biāo)形式的選擇112.3.3傳動機構(gòu)的選擇112.3.4驅(qū)動方式的選擇112.3.5電機類型的選擇113 機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計133.1 機械手尺寸的確定133.2 傳動部分設(shè)計133.3 機械手結(jié)構(gòu)部分總結(jié)134 硬件電路部

10、分設(shè)計134.1 單片機的選擇134.1.1單片機的簡介144.1.2 89C51簡介174.1.3 89C51系列單片機基本配置174.1.4 89C51單片機引腳及其功能184.1.5單片機的I/O口結(jié)構(gòu)204.1.6 A/D轉(zhuǎn)換204.2 驅(qū)動芯片的選擇204.2.1驅(qū)動芯片概念204.2.2 L298的簡介214.2.3 L298芯片引腳及其功能214.2.4 L298芯片原理224.3 直流電機224.3.1直流機簡介224.4 主控電路的設(shè)計234.4.1晶振電路設(shè)計244.4.2復(fù)位電路的設(shè)計244.4.3時鐘電路設(shè)計254.4.4復(fù)位電路設(shè)計254.4.5矩陣按鍵模塊264.4

11、.6串口通信模塊264.4.7開關(guān)量采集電路285 軟件設(shè)計295.1 軟件流程圖295.2 主從機信息交換流程圖305.3 軟件抗于擾315.3.1輸入輸出的軟件抗干擾315.3.2程序執(zhí)行過程中的軟件抗于擾325.3.3系統(tǒng)的恢復(fù)366 總結(jié)39謝 辭40參考文獻(xiàn)41附 錄42附錄一 程序清單42附錄二 原理圖46附錄三 PCB圖47引言 基于單片機控制的機械手,就其本質(zhì)上來說,屬于工業(yè)機器人的范疇,機器人工程師近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果,師當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一,也是我國科技界跟蹤

12、國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機器人的研究、制造和應(yīng)用水平,師一個國家科技水平和經(jīng)濟實力的象征,正受到許多國家的廣泛重視。 本畢業(yè)設(shè)計是基于單片機控制的機械手的設(shè)計,機械手各活動部件采用直流電機驅(qū)動,單片機發(fā)送的控制信號經(jīng)過功率放大,轉(zhuǎn)換后,控制直流電機轉(zhuǎn)動與停止,各個電機的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動,完成機械手的升降,左右旋轉(zhuǎn),伸縮等功能。工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動,顯著減輕工人的勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁,單調(diào)的操作,如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的,有時候還要用行車員工件,生產(chǎn)速度大大延緩,這種情況采用機械手是很有效的。此外,它能在高溫

13、、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。更顯其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途。機械手是一種模仿人體上肢運動的機器,它能按照預(yù)定要求輸送工種或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備,對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化,推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力,受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù),在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是

14、在機械化,自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中,機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中,機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi),迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù),它更加促進(jìn)了機械手的發(fā)展,使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活,但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動,不知疲勞,不怕危險,抓舉重物的力量比人手力大的特點,因此,機械手已受到許多部門的重視,并越來越廣泛地得到了應(yīng)用在機械工業(yè)中,應(yīng)用機械手的意義可以概括如下: (一)以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度,從而可以提高勞

15、動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 (二)以改善勞動條件,避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中,用人手直接操作是有危險或根本不可能的,而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè),使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù),特別是較笨重的操作中,以機械手代替人進(jìn)行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。可以減輕人力,并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。綜上所述,有效的應(yīng)用機械手,是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。1 緒論1.1 機械手概述隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時代的到來,機器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富,機器人的定義也不斷充實和創(chuàng)新。美國機器人協(xié)

16、會(RIA-Robot Institute of American):“一種用于搬運材料、部件、工具或其它特種裝置的可重復(fù)編程的多功能的操作機。”日本工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA-Japanese Industrial Robot Association):“一種帶有存儲器件和末端執(zhí)行器的通用機械,它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。”1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機器人進(jìn)行了統(tǒng)一的定義:“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能,能完成各種作業(yè)的可編程操作機。”我國科學(xué)家對機器人的定義是:“機器人是一種自動化的機器,所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規(guī)劃能力、動

17、作能力和協(xié)同能力,是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在國外,機器人技術(shù)已經(jīng)走在了前面,機器人的應(yīng)用范圍越來越廣,使用的數(shù)量也越來越多。1968年,日本川崎重工引進(jìn)美國UNIMATION公司的UNIMATE機器人制造技術(shù),開始了日本機器人時代。1970年,在美國召開了第一屆國際工業(yè)機器人學(xué)術(shù)會議,此后,機器人的研究得到迅速廣泛的普及。1979年UNIMATION公司推出了PUMA系列工業(yè)機器人。到1990年已有30萬臺的機器人在全世界使用,其中高性能的機器人所占比例不斷增加,特別是各種裝配機器人的產(chǎn)量增加較快,和機器人配套使用的機器視覺技術(shù)和裝備也得到迅速發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,裝配機器

18、人及柔性裝配技術(shù)進(jìn)入了大發(fā)展時期。日本一直擁有全世界機器人總數(shù)的60%左右。到1998年,美國擁有機器人8萬臺,德國為7萬多臺,分別占世界機器人總數(shù)的15%和13%左右。到2000年,服役的機器人總數(shù)約100萬臺。我國機器人起步于70年代初期,經(jīng)過20多年的發(fā)展,大致經(jīng)歷了3個階段:70年代的萌芽期,80年代的開發(fā)期和90年代的應(yīng)用期。“七五”期間,國家投入資金,對工業(yè)機器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān),完成了“示教”再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)的開發(fā)。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)開始實施,智能機器人主題跟蹤世界機器人技術(shù)的前沿,經(jīng)過幾年的研究,目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、

19、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特種機器人。從90年代初期起,我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進(jìn)一大步,先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機器人,并實施了一批機器人應(yīng)用工程,形成了一批機器人產(chǎn)業(yè)化基地,為我國機器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。但是,由于起步較晚以及受到投入研究資金的影響,我國的工業(yè)機器人和國外還是存在較大的差距,在機器人的使用數(shù)量和使用行業(yè)領(lǐng)域方面還需要有很大的提高。機器人技術(shù)涉及很多學(xué)科領(lǐng)域,是多學(xué)科綜合交叉的邊緣學(xué)科,機器人技術(shù)的發(fā)展依賴于很多相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。1.

20、1.1機械手的當(dāng)代應(yīng)用 機械化、自動化已成在現(xiàn)代工業(yè)中突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的,機器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用,為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎(chǔ)。機械手多數(shù)是指程序可變(編)的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置(國內(nèi)稱作工業(yè)機械手或通用機械手)。1.1.2機械手工作方式 機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化裝置。機械手具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢,但功能較少,適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點的機械手稱為專用機械手,而把工業(yè)機械手稱為通用機械手。1.1.3機械手的分類 簡而言之,機械手就是

21、用機器代替人手,把工件由某個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。機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手,也即本文所研究的對象。它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置,可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序,以完成各項規(guī)定操作。它是除具備普通機械的物理性能之外,還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的,稱為操作機(Manipulator)。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機械手,主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上,用以解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外通常被稱之為“Mechanical Hand”,它是為主機服務(wù)的,由主機驅(qū)動。

22、除少數(shù)外,工作程序一般是固定的,因此是專用的。機械手按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型,其中關(guān)節(jié)型機械手以其結(jié)構(gòu)緊湊,所占空間體積小,相對工作空間最大,甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點,成為機械手中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。1.2 機械手的一般組成要機械手像人一樣拿取東西,最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu);像肌肉那樣使手臂驅(qū)動傳動系統(tǒng);像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了運動的機械手的性能。一般而言,機械手通常就是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成,如圖1-1所示。圖1-1 機械手的一般組成 對于現(xiàn)代智能

23、機械手而言,還具有智能系統(tǒng),主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機械手“眼睛”,使它能識別物體和躲避障礙物,以及機械手的觸覺裝置。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的,或者說并不是簡單的疊加在一起,從而構(gòu)成一個機械手的。要實現(xiàn)機械手所期望實現(xiàn)的功能,機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 機械手系統(tǒng)圖 機械手的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構(gòu)是機械手賴以完成工作任務(wù)的實體,通常由連桿和關(guān)節(jié)組成,由驅(qū)動傳動系統(tǒng)提供動力,按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動機構(gòu)和傳動系統(tǒng)

24、。驅(qū)動機構(gòu)提供機械手各關(guān)節(jié)所需要的動力,傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機械手各關(guān)節(jié)力矩和運動所要求的驅(qū)動力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機械手分為機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機(Manipulator),相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機構(gòu)部分。2 任務(wù)要求與總體設(shè)計方案2.1 設(shè)計任務(wù)與要求 許多娛樂場合設(shè)有投幣手動抓物機械手。仿照娛樂場合中的手動抓物機械手,設(shè)計機械手的控制系統(tǒng),能夠配合機械手的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)手動抓物。要求:在資料調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上,對系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計;要求完成如下主要功能:(1)機械手的控制可以用單片機或PLC;(2)通過按鍵,實現(xiàn)機械手的上升、下降、左移、右移。

25、(3)采用電機驅(qū)動控制方式。2.2 總體設(shè)計方案確定機械手的任務(wù)要求,根據(jù)任務(wù)要求初步擬定機械手的技術(shù)參數(shù)、運動形式、驅(qū)動方案、控制系統(tǒng)方案等。本課題主要涉及到一下三部分內(nèi)容: 第一,機械手有上移、下移、左移、右移的運行方式; 第二,使機械手?jǐn)[動的設(shè)計及驅(qū)動手臂運動的選擇; 第三,控制系統(tǒng)的設(shè)計。2.3 基本設(shè)計思路總體設(shè)計框圖如下:圖2-1 總體設(shè)計框圖2.2.1 CPUCPU 部分有兩種選擇:單片機控制和PLC控制。2.2.2傳動機構(gòu) 傳動機構(gòu)種類繁多,常見的有齒輪傳動、齒條傳動、絲桿傳動、鏈條傳動。由于一般的電機驅(qū)動系統(tǒng)輸出的力矩較小,需要通過傳動機構(gòu)來增加力矩,提高帶負(fù)載能力。對機械手

26、的傳動機構(gòu)的一般要求有: (1)結(jié)構(gòu)緊湊,即具有相同的傳動功率和傳動比時體積最小,重量最輕; (2)傳動剛度大,即由驅(qū)動器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時角度變形要小,這樣可以提高整機的固有頻率,并大大減輕整機的低頻振動; (3)回差要小,即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時空行程要小,這樣可以得到較高的位置控制精度; (4)壽命長、價格低。2.2.3機械手組成機械手一般由執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)三個部分組成。 (1)執(zhí)行機構(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。它由動力關(guān)節(jié)和連桿組成,用來改變末端執(zhí)行器的位置。

27、3) 機座 機座是機械手的基礎(chǔ)部件,并承受相應(yīng)的載荷,機座分為固定式和移動式兩類。 (2)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)用來控制機械手按規(guī)定要求動作,可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。大多數(shù)工業(yè)機械手采用計算機控制,這類控制系統(tǒng)分為決策級,策略級和執(zhí)行級三級:決策級的功能是識別環(huán)境、建立模型、將工作任務(wù)分解為基本動作序列;策略級將基本動作變?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)行級給出各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的具體指令。 (3)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令將信號放大,驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置。常用的由電氣、液壓、氣動和機械等四種驅(qū)動方式。除此之外,機械手可以配置多種傳感器(如位置、力,

28、觸覺,視覺等傳感器),用以檢測其運動位置和工作狀態(tài)。 機械手按坐標(biāo)形式、控制方式、驅(qū)動方式和信號輸入方式四種分類方法: (1)按坐標(biāo)形式分坐標(biāo)形式是指執(zhí)行機構(gòu)的手臂在運動時所取的參考坐標(biāo)系的形式。 1)直角坐標(biāo)式 直角坐標(biāo)機械手的末端執(zhí)行器在空間位置的改變式通過三個互相垂直的軸線移動來實現(xiàn)的,即沿X軸的縱向移動、沿Y軸的橫向移動及沿Z 軸的升降。這種機械手位置精度最高,控制無耦合,比較簡單,避障性好,但結(jié)構(gòu)較龐大,動作范圍小,靈活性差。 2)圓柱坐標(biāo)式 圓柱坐標(biāo)機械手是通過兩個移動和一個轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器空間位置的改變,其手臂的運動由在垂直立柱的平面伸縮和沿立柱升降兩個直線運動及手臂繞立柱轉(zhuǎn)

29、動復(fù)合而成。這種機械手位置精度較高,控制簡單,避障性好,但結(jié)構(gòu)也較龐大。 3)極坐標(biāo)式 極坐標(biāo)機械手的運動式由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動組成,即沿手臂方向X 的伸縮,繞Y 軸的俯仰和繞Z 軸的回轉(zhuǎn)。這種機械手占地面積小,結(jié)構(gòu)緊湊,位置精度尚可,但避障性差,有平衡問題。 4)關(guān)節(jié)坐標(biāo)式 關(guān)節(jié)坐標(biāo)機械手主要是由立柱、大臂和小臂組成,立柱繞Z軸旋轉(zhuǎn),形成腰關(guān)節(jié),立柱和大臂形成肩關(guān)節(jié),大臂和小臂形成肘關(guān)節(jié),大臂和小臂作俯仰運動。這種機械手工作范圍大,動作靈活,避障性好,但位置精度低,有平衡問題,控制耦合比較復(fù)雜,目前應(yīng)用越來越多。 (2)按控制方式分 1) 點位控制 采用點位控制的機械手,其運動為空間點到

30、點之間的直線運動,不涉及兩點之間的移動軌跡,只在目標(biāo)點處控制機械手末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。這種控制方式簡單,適用于上下料、點焊等作業(yè)。 2)連續(xù)軌跡控制 采用連續(xù)軌跡控制的機械手,其運動軌跡可以是空間的任意連續(xù)曲線。機器人在空間的整個運動過程都要控制,末端執(zhí)行器在空間任何位置都可以控制姿態(tài)。 (3)按驅(qū)動方式分 1) 電力驅(qū)動 電力驅(qū)動式目前采用最多的一種。早期多采用步進(jìn)電機驅(qū)動,后來發(fā)展了直流伺服電動機,現(xiàn)在交流伺服電動機的應(yīng)用也得到了迅速發(fā)展。這類驅(qū)動單元可以直接驅(qū)動機構(gòu)運動,也可以通過諧波減速器裝置減速后驅(qū)動機構(gòu)運動,結(jié)構(gòu)簡單緊湊。 2)液壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動的機械手具有很大的抓起能力,可抓

31、取質(zhì)量達(dá)上百公斤的物體,油壓可達(dá)7MPa,液壓傳動平穩(wěn),動作靈敏,但對密封性要求較高,不宜在高溫或低溫現(xiàn)場工作,需配備一套液壓系統(tǒng)。 3)氣壓驅(qū)動 氣壓驅(qū)動的機械手結(jié)構(gòu)簡單,動作迅速,價格低廉,由于空氣可壓縮性,導(dǎo)致工作速度穩(wěn)定性差,氣源壓力一般為0.7MPa,因此抓取力小,只能抓取重量為幾公斤到十幾公斤的物體。 (4)按信號輸入方式分 1) 人操作機械手 這是一種由操作人員直接進(jìn)行操作的具有幾個自由度的機械手。 2)固定程序操作機械手 按預(yù)先規(guī)定的順序、條件和位置,逐步地重復(fù)執(zhí)行給定的作業(yè)任務(wù)的機械手。 3)可變程序操作機械手 它與固定程序機械手基本相同,但其工作次序等信息易于修改。 4)程

32、序控制機械手 它的作業(yè)指令是由計算機程序向機械手提供的,其控制方式與數(shù)控機床一樣。 5)示教再現(xiàn)機械手 這類機械手能夠按照記憶裝置存儲的信息來復(fù)現(xiàn)由人示教的動作,其示教動作可自動地重復(fù)執(zhí)行。 6)智能機械手 采用傳感器來感知工作環(huán)境或工作條件的變化,并借助其自身的決策能力,完成相應(yīng)的工作任務(wù)。2.2.4抓取機構(gòu) 抓取機構(gòu)是機械手執(zhí)行工作的裝置,可安裝夾持器、工具、傳感器等。抓取機構(gòu)可分為機械夾緊、真空抽吸、液壓夾緊、磁力吸附等。2.2.5機械手的驅(qū)動方式 該機械手一共具有三個獨立的運動關(guān)節(jié),連同末端機械手的運動,一共需要三個動力源。機械手常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種類型。表

33、2-1 常用驅(qū)動系統(tǒng)特性特性輸出功率和使用范圍控制性能和安全性結(jié)構(gòu)性能安裝和維護要求效率和制造成本氣壓驅(qū)動氣壓較低,輸出功率小,當(dāng)輸出功率增大時,結(jié)構(gòu)尺寸將過大只適用于小型,快速驅(qū)動壓縮性大,對速度、位置精確控制困難。阻尼效果差。低速不易控制,排氣有噪音結(jié)構(gòu)體積較大,結(jié)構(gòu)易于標(biāo)準(zhǔn)化。易實現(xiàn)直接驅(qū)動,密封問題不突出安裝要求不高,能在惡劣環(huán)境種工作,維護方便效率低,(為0.150.2)氣源方便,結(jié)構(gòu)簡單,成本低液壓驅(qū)動油壓高,可獲得較大的輸出功率,適用于重型,低速驅(qū)動器液體不可壓縮,壓力、流量易控制,反應(yīng)靈敏,可無級調(diào)速、能實現(xiàn)速度、位置的精確控制,傳動平穩(wěn),泄漏對環(huán)境污染結(jié)構(gòu)較氣動要小,易于標(biāo)準(zhǔn)

34、化,易實現(xiàn)直接驅(qū)動,密封問題顯得重要安裝要求高(防泄漏),要配置液壓元設(shè)備,安裝面積大,維護要求較高效率中等為0.30.6,管路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本高交直流普通電動機適用于抓其重量較大而速度低的中、重型機器人的驅(qū)動 輸出力較大控制性能差,慣性大,不易精確定位對環(huán)境無影響電動機驅(qū)動以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,需減速裝置,傳動體積較大安裝維修方便成本低效率為0.5左右步進(jìn)、伺服電動機步進(jìn)電動機輸出力較小、伺服電機可大一些適用于運動控制要求嚴(yán)格的中、小型機器人控制性能好,控制靈活性強,可實現(xiàn)速度、位置的精確控制,對環(huán)境無影響體積小,需減速裝置維修使用較復(fù)雜成本較高效率為0.5左右 機械手驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點,通常對機

35、械手的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有: (1) 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕,單位質(zhì)量的輸出功率要高,效率也要高; (2) 反應(yīng)速度要快,即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大,能夠進(jìn)行頻繁地起、制動,正、反轉(zhuǎn)切換; (3) 驅(qū)動盡可能靈活,位移偏差和速度偏差要小; (4) 安全可靠; (5) 操作和維護方便; (6) 對環(huán)境無污染,噪聲要小; (7) 經(jīng)濟上合理。2.3 設(shè)計方案的總結(jié)2.3.1 CPU的選擇 由于單片機體積小,價格便宜且具有高穩(wěn)定性和很強的抗干擾能力,因此本設(shè)計中用單片機取代PLC控制。2.3.2機械手坐標(biāo)形式的選擇 由于本設(shè)計中精度要求較高,首先排除了極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式,而且它們還存在平衡

36、問題。考慮到工廠應(yīng)用要易于擴展其功能,本機械手采用直角坐標(biāo)形式。2.3.3傳動機構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求傳動方式為電機的轉(zhuǎn)動帶動機械手臂的上下、左右移動,適合采用帶傳動。2.3.4驅(qū)動方式的選擇 在選擇驅(qū)動方式階段,我首先考慮的是液壓、氣壓傳動,但方案存在一定缺陷。其中,液壓裝置體積太過龐大,需要專門配置一套液壓系統(tǒng),且對密封性要求高,不宜在高溫、低溫下工作。而氣壓傳動由于空氣的可壓縮性導(dǎo)致工作速度、穩(wěn)定性較差,且有一定噪音。電機選擇相對較為簡單,由于步進(jìn)電機有步距角誤差,機械手在齒輪傳動和擺動時會進(jìn)一步放大該誤差,因此選擇伺服電機驅(qū)動。2.3.5電機類型的選擇在日常系統(tǒng)所采用的電機,一般采用直流

37、電機、步進(jìn)電機、舵機。 方案一:使用直流電機直流電機工作原理:直流電動機是使電機的繞組在直流磁場中旋轉(zhuǎn)感應(yīng)出交流電,經(jīng)過機械整流,得到直流電。廣泛應(yīng)用于收錄機、錄像機、影碟機、電動剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。直流電機能提供較大力矩,能夠輕易驅(qū)動機體運動。在極限位置放置限位開關(guān),可控制機械手轉(zhuǎn)動。 方案二:使用步進(jìn)電機 步進(jìn)電機的工作原理:步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機件。在非超載的情況下,電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度,稱為“步距角”,

38、它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機可固定角度轉(zhuǎn)動,不需限位開關(guān)便可控制機械手轉(zhuǎn)動到指定位置。方案三:使用舵機 圖2-2 舵機 圖2-3 舵機接線圖 圖2-4 舵機結(jié)構(gòu)圖 舵機工作原理:舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機,經(jīng)由電路板上的 IC判斷轉(zhuǎn)動方向,再驅(qū)動無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動,透過減速齒輪將動力傳至擺臂,同時由位置檢測器送回訊號,判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。舵機可在0180精確轉(zhuǎn)動,能夠提供較

39、大力矩并且擁有保持位置的功能,反應(yīng)靈敏,可很好的完成機械手運動要求。 根據(jù)設(shè)計要求,該機械手的電機需滿足: (1)電機能夠提供比較大的力矩來抓取物體; (2)電機能夠做到精確角度定位,使機械爪準(zhǔn)確移動抓取物體; (3)電機能夠在較大力矩下保持原位置能力。綜上要求,直流電機雖然能提供很大力矩,但不好精確定位并保持原位置。步進(jìn)電機能夠轉(zhuǎn)動較精確角度,但不能提供大力矩和保持原來位置。舵機可在0180精確轉(zhuǎn)動,且能夠提供較大力矩并且擁有保持位置的功能。3 機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 機械手尺寸的確定 由于本次設(shè)計對工作場地要求并沒有明確的限制,因此機械手的尺寸也就沒有明確的規(guī)定,為了設(shè)計的方便,將機械手橫向

40、有效距離長為280mm,縱向有效距離長為170mm。3.2 傳動部分設(shè)計 (1)機械手是有2臺伺服電機驅(qū)動:電機M1控制機械手縱向運動,電機M2控制機械手在橫向運動。為了設(shè)計的方便,控制方式采用限位器限位控制。由于2臺電機不是同時控制,因此不存在相互間的干擾,從而增強了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (2)具體傳動環(huán)節(jié):基座部分裝有服電機M1和電機M2,通過齒輪傳動控制帶條運動。 (3)直流電機 (i)調(diào)速性能好,電動機在一定負(fù)載條件下,根據(jù)需要,人為改變電動機的轉(zhuǎn)速,直流電動機可以在重負(fù)載條件下實現(xiàn)均勻平滑無級調(diào)速,調(diào)速范圍寬。 (ii)起動力矩大可以均勻而經(jīng)濟的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),故凡是在重負(fù)載條件下啟動的

41、機械都用直流電機拖動。3.3 機械手結(jié)構(gòu)部分總結(jié) 為了實現(xiàn)電動機能準(zhǔn)確的將部件送到制定的位置,我采用了限位器控制機械手的位置。機械手碰到限位器,限位器返回信號給單片機,單片機發(fā)送信號控制電機驅(qū)動芯片,從而達(dá)到機械手到位停止。電動機采用的是直流電動機,因為其性能價格比較高,適合工作在對輸出力矩比較大的環(huán)境下。通過齒條傳送裝置,使機械手在電機的控制下能夠精準(zhǔn)的到達(dá)規(guī)定的位置。并且易于將來擴展其工作方式。4 硬件電路部分設(shè)計4.1 單片機的選擇單片機體積小巧,內(nèi)部包括中央處理器,數(shù)據(jù)存儲器,程序存儲器及輸入輸出設(shè)備。對于需要靈活機動,精度要求不高,有可擴展性及程序可擦寫和簡單成熟的編程平臺等要求,單

42、片機不失為最合適的選擇。現(xiàn)有兩種單片機AT89C51和AVR可供選擇。 方案一:采用常見的89C51作為米粉機點餐系統(tǒng)的控制核心。傳統(tǒng)的51 單片機具有價格低廉,輸入輸出接口多,使用簡單容易開發(fā)等特點。 方案二:采用AVR單片機,AVR單片機在一個芯片內(nèi)將增強性能的RISC 8位CPU與可下載的FLASH相結(jié)合使其成為適合于許多要求。具有高度靈活性的嵌入式高效微控制器。從機械手的功能實現(xiàn)來說,單片機主要能夠多路模擬輸出精確的PWM功能上,實現(xiàn)上位機串口通訊,S51單片機與AVR單片機相比,AVR單片機擁有內(nèi)置多路的PWM輸出而且AVR單片機具有更好的穩(wěn)定性和程序處理效率,實現(xiàn)起來也比較方便。不

43、過鑒于AT89C51的廣泛性和普及性,最終選擇用AT89C51作為這個電路的主控芯片。4.1.1單片機的簡介 為適應(yīng)社會發(fā)展的需要,微型計算機不斷的更新?lián)Q代,新產(chǎn)品層出不窮。在微型計算機的大家族中,近年來單片微型計算機異軍突起,發(fā)展極為迅速。單片微型計算機(Single-chip Microcomputer)簡稱單片機。它是在一塊芯片上集成中央處理器(Central Professing Unit,CPU),隨機存取存儲器(Random Access Memory, RAM),只讀存儲器(Read Only Memory, ROM),定時計數(shù)器及I/O(Input/Output)接口電路等部件

44、,構(gòu)成一個完整的計算機。它的特點是:高性能,高速度,體積小,價格低廉,穩(wěn)定可靠,因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火花控制、交通自動管理和微波爐等專用控制上。近幾年來,單片機的發(fā)展更為迅速,它已滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域,以及人們生活的各個方面。 單片機應(yīng)用的主要領(lǐng)域有以下幾點: 智能化儀器儀表用單片機改造原有的測量、控制儀表,使儀器儀表數(shù)字化、多功能化和微型化,并使長期以來測量登記表中的誤差修正和線性化處理等難題迎刃而解。由單片機構(gòu)成的智能登記表,集測量處理控制功能于一身,從而賦予測量儀表以嶄新的面貌,是儀表產(chǎn)品更新?lián)Q代的標(biāo)志。 機電一體化產(chǎn)品 機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的方向,機電一體化產(chǎn)品是指集機械

45、技術(shù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體,具有智能化特性和機電產(chǎn)品。單片機的出現(xiàn)促進(jìn)了機電一體化的發(fā)展,它作為機電產(chǎn)品中的控制器,使傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單化控制智能化,構(gòu)成了新一代的機電一體化產(chǎn)品。例如,在電傳打字機中,由于采用了單片機而取代了近千個機械部件。 測控系統(tǒng) 用單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。例如,溫度、濕度的自動控制,鍋爐燃燒的自動控制和包裝生產(chǎn)線的自動控制等。 計算機網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù) 高檔單片機集成有通信接口,為單片機在計算機網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備中的應(yīng)用提供了良好的條件。 家用電器 由于單片機價格低廉,體積小,邏輯判斷功能強,內(nèi)部具有定時計數(shù)器,所以廣泛應(yīng)用于家電

46、設(shè)備。例如:洗衣機、電冰箱、高級智能玩具、電子門鈴和家用防盜報警器等,提高了自動化程度,備受人們喜愛。單片機的出現(xiàn)是計算技術(shù)發(fā)展上的一個重要的里程碑,它使計算機從海量數(shù)值計算進(jìn)入到控制領(lǐng)域。近年來單片機的發(fā)展速度很快,就其發(fā)展趨勢而言,應(yīng)該說是大容量高性能,小容量低價格化和外圍電路內(nèi)裝化。因此單片機會愈來愈廣泛地應(yīng)用于日常生活中的智能電器產(chǎn)品以及家電中。 單片機具有以下特點:受集成度限制,片內(nèi)存儲容量較小,一般8位單片機的ROM小于4/8K字節(jié),RAM小于256字節(jié),但可在外部擴展,通常ROM、RAM可分別擴展至64K字節(jié)。可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的,其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般

47、通用CPU;程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中不易破壞;許多信號通道均在一個芯片內(nèi),故可靠性高。易擴展。片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求,一般單片機的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。一般說來,單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。一般單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件,只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有BASIC解釋程序的單片機。單片機在各個技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,與單片機所構(gòu)成的

48、計算機應(yīng)用系統(tǒng)的特點有關(guān):單片機構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置比較典型和規(guī)范,容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。由于構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)是一個計算機系統(tǒng),相當(dāng)多的測控功能由軟件實現(xiàn),故具有柔性特點。有優(yōu)異的性能價格比。對廣大的應(yīng)用型技術(shù)人員而言,目前所面臨的單片機應(yīng)用技術(shù)是使用單片機和可編程邏輯器件相結(jié)合構(gòu)成的新一代電子應(yīng)用技術(shù)。這是工程應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的一個新趨勢。通常一個微型計算機系統(tǒng)由微型計算機與外部設(shè)備組成,而微型計算機則包含有微處理器(通稱CPU),存儲器(存放程序指令或數(shù)據(jù)的ROM、RAM等),輸入/輸出口(I/O)及其他功能部件如定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。它們通過地址總線、數(shù)據(jù)

49、總線和控制總線連接起來,通過輸入/輸出口線與外部設(shè)備及外圍芯片相連。CPU中配置有指令系統(tǒng),計算機系統(tǒng)中配置有駐機監(jiān)控程序、系統(tǒng)操作軟件及用戶應(yīng)用軟件。目前用戶在構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)時,有三種構(gòu)成方式可供選擇。專用系統(tǒng)系統(tǒng)的擴展與配置完全按照應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求設(shè)計的。硬件系統(tǒng)的性能/配置比近于1。系統(tǒng)中只配備有應(yīng)用軟件,故系統(tǒng)有最佳配置,系統(tǒng)的軟、硬件資源能獲得充分利用,但這種系統(tǒng)無自開發(fā)能力。采用這種方式要求有較強的硬件開發(fā)基礎(chǔ)。模塊化系統(tǒng)鑒于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)擴展與配置電路具有典型性,因此,有些廠家將這些典型配置做成用戶系列板,供用戶選擇使用。用戶可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要選擇適當(dāng)?shù)哪K板組合成各種測

50、、控系統(tǒng)。有些用戶系列板在結(jié)構(gòu)上做成STD總線型。模塊化結(jié)構(gòu)是中、大型應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展方向。它可以大大減少用戶在硬件開發(fā)上投入的力量。但目前系統(tǒng)模塊化產(chǎn)品水平尚不高,軟硬件配套工作還不完善,有待于進(jìn)一步發(fā)展。單片單板機系統(tǒng)受通用CPU單板機的影響,國內(nèi)有用單片機來構(gòu)成單片單板機,其硬件按照典型應(yīng)用系統(tǒng)配置,并配有監(jiān)控程序,具有自開發(fā)能力。但是,單板機的固定結(jié)構(gòu)形式常使應(yīng)用系統(tǒng)不能獲得最佳配置。產(chǎn)品批量大時,軟、硬件資源浪費較大,但可大大減少系統(tǒng)研制時的硬件工作量,并具有二次開發(fā)能力。單片機是一種集成電路芯片,采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算,邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(

51、CPU),隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),只讀程序存儲器(ROM),輸入輸出電路(I/O口),可能還包括定時計數(shù)器,串行通信口(SCI),顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路),脈寬調(diào)制電路(PWM),模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上,構(gòu)成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機是控制器工作的核心,它的性能直接影響到控制器的工作性能。為了使用方便,系統(tǒng)要求可以進(jìn)行在線改寫,并能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)而不需要保護電源,同時為了實現(xiàn)真正的單片控制,最好系統(tǒng)使用盡可能少的外部擴展芯片,提高系統(tǒng)運行的可靠性,所以我們

52、要求使用的單片機具有片內(nèi)電擦除可編程只讀存儲器EEPROM。4.1.2 AT89C51簡介 89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的89C51是一種高效微控制器,89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機為很多嵌

53、入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。4.1.3 89C51系列單片機基本配置 1) 微處理器 該單片機中有一個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。 2) 數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為128 個字節(jié),片外最多可外擴至64k 字節(jié),用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等,所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。 3) 程序存儲器 由于受集成度限制,片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小,如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠,則需用擴展片外的只讀存儲器,片外最多可外擴至64k 字節(jié)。 4) 中斷

54、系統(tǒng) 具有5個中斷源,2級中斷優(yōu)先權(quán)。 5) 定時器/計數(shù)器 片內(nèi)有2 個16 位的定時器/計數(shù)器, 具有四種工作方式。 6) 串行口 1 個全雙工的串行口,具有四種工作方式。可用來進(jìn)行串行通訊,擴展并行I/O 口,甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng),從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。 7) P1 口、P2 口、P3 口、P4 口 為4 個并行8 位I/O 口。 8) 特殊功能寄存器一共有21個,用于對片內(nèi)的個功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器,是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。4.1.4 89C51單片機引腳及其功能1) 電源及時鐘引腳VCC:接+5V 電源正端;VSS:接+5V 電源地端;X1:接外部晶體振蕩器的一端;X2:接外部晶體振蕩器的另一端。2) 控制引腳RESET:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE:當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時, AL

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