基于51单片机的四足机器人

1、深圳大学期末考试试卷开/闭卷开卷A/B卷N/A,- 1303270001课程编号1303270002 课程名称 EDA技术与实践（2） 学分2.0命题人（签字） 审题人（签字）2015年10月 20 日题号一二三四五六七八九十基本题 总分附加题得分评卷人设计考试题目：完成一个集成电路或集成系统设计项目基本要求：2-3位同学一组，完成一个完整的集成电路设计项目或是一个集成系统设计项目。规格说明：1 .题目自定。1）集成电路设计项目i .若为IC设计项目需要完成IC设计的版图。ii .若采用FPGA实现数字集成电路设计，需要进行下板测试。2）集成系统设计项目，需使用FPGA开发板或嵌入式开发板，完

2、成一个完整的集成系统作品。3）作品需要课堂现场演示，最后提交报告，每个小组单独一份报告，但需阐述各个 成员的工作。2 . 评分标准：评价好较好未完成完成度40302515演示效果30252015报告评分302520152015年第二学期，建 议作品内容:完成一个行走机器人，基本要求o 2-8只脚o能行走o可以用单片机，嵌入式，FPGA方案设计目的：通过设计一个能够走动的机器人来增加对动手能力，和对硬件电路设计的 能力，增强软件流程设计的能力和对设计流程实现电路功能的能力，在各 个方面提升自己对电子设计的能力。设计仪器和工具：本设计是设计一个能走动的机器人，使用到的仪器和工具分别有：Sg90舵机

3、12个、四脚机器人支架一副、单片机最小系统一个、电容电阻若干、波动开关一个、超声遥控模块一对、杜邦线若干、充电宝一个。设计原理：本次设计的机器人是通过 51单片机控制器来控制整个电路的。其中，舵 机的控制是通过产生一个周期为 20毫秒的高电平带宽在0.5到2.5ms之间 的pwm信号来控制。12路Pwm信号由单片机的定时器来产生。51单片 机产生12路pwm信号的原理是：以20毫秒为周期，把这20毫秒分割成 8个2.5ms,因为，每个pwm信号的高电平时间最多为 2.5ms,然后在前 六个2.5ms中分别输出两个pwm信号的高电平，例如，在第一个 2.5ms中 输出第一个和第二个pwm信号的高

4、电平时，首先开始时，把信号S1、S2都置1,然后比较两个高电平时间，先定时时间短的高电平时间，把高电 平时间短的那个信号置 0,再定时两个高电平时间差，到时把高电平时间 长的按个信号置 0,然后，定时（2.5-较长那个高电平时间），在第二个 2.5ms开始时，把S& S4置1,接下来和上面S1、S2一样，以此类推， 在六个2.5ms中输出12路pwm信号来控制舵机。原理图如图1.通过超声模块来控制机器人前进、后退、向前的左转、向前的右转、向后的左 转、向后的右转几个动作。EDA技术与实践（2）试卷1卷 第7页共28页控制模块电路，D0,D1 , D2,D3分别为超声接受模块的输出，输出为高电

5、平，要加NPN作为开关。LG12HKPO.O/ADO P0 1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.77AD7P2.0/A8P2 1/A9P2.2/A10 P2 3/A11 P24/A12 P2.5/A13 P2.S/A14 P2.72A15P3.D/RXD P3.1ATXD P3.2/INJ0 P3.3/INT1P34/T0P3.5M139383736353433212223242526272810111215Q4NPNQ1NPN _ 1xQ2O DOO D1O D2-O 口 3NPNQ3NPN四、设计步骤:1、 设计好硬件

6、电路，焊接51单片机的最小系统和各个硬件电路。2、 设计好软件的流程图，如图2。3、 写产生12路控制舵机的pwm信号的程序并在proteus中测试，如 图3。4、 设计出行走步态，四脚机器人的步态是采用对角的相互前进来实现的，如图4。5、 写出流程图中各个模块的软件，包括前进函数、后退函数、左转和右转的函数，并逐个烧到单片机中测试。6、 按流程图把各个函数组合到主函数中，完成所有软件的编写，并烧到单片机中测试，并不断的调试。图2.流程图fl- -/1 FO3*.D3P0J9/AM2 0n 总F2?JAi ，金国11 e*寸 修匕人也 足酬加 R? 7WWRI DJQ 讣 FJ 1CL5E 3

7、*第17。 p：L3jihlira.+w咫s frmmfQ图3.在proteus里测试并调试pwm信号图4,行走步态五、遇到的问题及解决:1、 此设计的pwm信号输出使用定时器来产生每个信号的高电平和低 电平，每次定时时间到，都会会关掉定时器并执行中断函数，在此过 程中会消耗一定的时间，等到给定时器赋值下一次定时时间并开始定 时时，就会产生一定的时间延时，造成每次高电平时间都会变长一 点，且总的加起来会使20ms周期变长，因此，需要稍微减小高电平的 定时时间，并结合proteus仿真确定最准确值。2、 由于机器人的四个脚都是自己组装的，可能会有存在不平衡和对称，当对角的两只脚同时向前迈同一个角

8、度时，会使机器人向一个方 向偏转而不沿直线前进，这时要结合实际测试来调整机器人的各个脚 的前迈角度来使机器人平衡的沿直线前进，比如，一只脚迈多点，另 一边的脚迈少点。六、心得与体会: 通过这次设计，我更加的熟悉基本的硬件电路和软件的设计，特别是软件的流 程图设计。更加熟悉软硬件电路结合的测试与调试。六、实验实物图：设计代码：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint pwm12,p_min1,p_max1,p_min2,p_max2,p_min3,p_max3,p_min4,p_max4,p_min5,p_m

9、ax5, p_min6,p_max6,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p11,p21,p31,p41,p51,p61;/ 高电平带宽sbit s0=P2A0;/12 路输出信号sbit s1=P2A1;sbit s2=P2A2;sbit s3=P2A3;sbit s4=P2A4;sbit s5=P2A5；sbit s6=P2A6;sbit s7=P2A7;sbit s8=P0A6;sbit s9=P0A4;sbit s10=P0A2;sbit s11=P0A0;sbit up=P1A0;sbit right=P1A4;sbit left=P1A2;sbit down=P1A6;uchar

10、s_num,f,b,r,l,back_flag;forward_flag;void back(); 后退void forward。； 前进void back_right();后右转、前左转void back_left();后左转、前右转void scan_key();/ 遥控监控void labor_init();/机器人的初始状态 void delay(uint i) /延时函数，延时一秒uint j;for(i;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void init(void)/ 中断初始函数TMOD=0x01;TR0=1;ET0=1;EA=1;void rate(uint p1

11、2)/pwm 的排序函数p_min1=(p0p1?(p0):(p1);p_min2=(p2p3?p2:p3;p_min3=(p4p5?p4:p5;p_min4=(p6p7?p6:p7;p_min5=(p8p9?p8:p9;p_min6=(p10p11?p10:p11;p1=p_max1-p_min1-21;p2=p_max2-p_min2-42;p3=p_max3-p_min3-42;p4=p_max4-p_min4-42;p5=p_max5-p_min5-42;p6=p_max6-p_min6-42;p11=2400-p_max1; EDA 技术与实践(2)试卷1 卷 第 9 页 共 28

12、页p21=2400-p_max2;p31=2400-p_max3;p41=2400-p_max4;p51=2400-p_max5;p61=15500-p_max6;TH0=-p_min1/256;TL0=-p_min1%256;s_num=0;s0=1;s1=1;init()；void scan_key()if(P1!=0xff)delay(5);if(up=0)f=0;if(down=0)b=0;if(right=0)r=0;if(left=0)l=0;void time0() interrupt 1 中断产生 12 路 pwm 信号TR0=0;switch(s_num)case 0:if(

13、pwm0pwm1)s0=0;elses1=0;TH0=-p11/256;TL0=-p11%256;s_num+;break;case 2:s2=1;s3=1;TH0=-p_min2/256;TL0=-p_min2%256;s_num+;break;case 3:if(pwm2pwm3)s2=0;elses3=0;TH0=-p21/256;TL0=-p21%256;s_num+;break;case 5:s4=1;s5=1;TH0=-p_min3/256;TL0=-p_min3%256;s_num+;break;case 6:if(pwm4pwm5)s4=0;elses5=0;TH0=-p31/

14、256;TL0=-p31%256;s_num+;break;case 8:s6=1;s7=1;TH0=-p_min4/256;TL0=-p_min4%256;s_num+;break;case 9:if(pwm6pwm7)s6=0;elses7=0;TH0=-p41/256;TL0=-p41%256;s_num+;break; EDA 技术与实践(2)试卷1 卷 第 13 页 共 28 页case 11:s8=1;s9=1;TH0=-p_min5/256;TL0=-p_min5%256;s_num+;break;case 12:if(pwm8pwm9)s8=0;elses9=0;TH0=-p5

15、1/256;TL0=-p51%256;s_num+;break;case 14:s10=1;s11=1;TH0=-p_min6/256;TL0=-p_min6%256;s_num+;break;case 15:if(pwm10pwm11)s10=0;elses11=0;TH0=-p61/256;TL0=-p61%256;s_num+;break;case 17:s0=1;s1=1;s_num=0;TH0=-p_min1/256;TL0=-p_min1%256;break;scan_key();TR0=1;void motor_init1()/ 给所有信号都设高电平时间为1.5 毫秒 EDA 技

16、术与实践(2)试卷 1 卷 第 # 页 共 28 页uchar i;for(i=0;i12;i+) pwmi=1500; void labor_init()机器人的初始状态motor_init1();l=1;f=1;r=1;b=1;back_flag=0;forward_flag=0;rate(pwm);delay(200);while(1)if(r=0)r=1;back_right();if(l=0)l=1;back_left();if(f=0)f=1;forward。；if(b=0)b=1;back();void back()back_flag=1;forward_flag=0;motor

17、_init1();pwm8=pwm8+300;pwm9=pwm9-250;pwm2=pwm2+150;pwm3=pwm3-150;pwm7=pwm7+50;/pwm0=pwm0-80;/pwm5=pwm5+80;/pwm11=pwm11-30;rate(pwm);delay(500);pwm3=pwm3+320;pwm8=pwm8-200;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-

18、600;rate(pwm);delay(300);while(1)if(r=0)r=1;back_right();if(l=0)l=1;back_left();if(f=0)f=1;forward。；if(b=0)b=1;pwm3=pwm3-320;pwm8=pwm8+200;pwm2=pwm2-270;pwm9=pwm9+320;pwm1=pwm1-600;pwm0=pwm0-600;pwm10=pwm10-600;pwm11=pwm11-600;rate(pwm);delay(300);pwm1=pwm1+600;pwm0=pwm0+600;pwm10=pwm10+600; EDA 技术与

19、实践(2)试卷1 卷 第 19 页 共 28 页pwm11=pwm11+600;rate(pwm);delay(500);pwm2=pwm2+270;pwm9=pwm9-320;pwm3=pwm3+320;pwm8=pwm8-200;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(500);if(P1!=0xff)forward();void ba

20、ck_right()motor_init1();pwm8=pwm8+50;pwm9=pwm9-50;/pwm2=pwm2+150;/pwm3=pwm3-150;pwm7=pwm7+100;/pwm0=pwm0-80;EDA 技术与实践(2)试卷1 卷 第 # 页 共 28 页/pwm5=pwm5+80;/pwm11=pwm11-30;rate(pwm);delay(300);pwm3=pwm3-70;pwm8=pwm8-70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm

21、4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);while(1)if(r=0)if(back_flag=1)r=1;back_right();if(forward_flag=1)r=1;back_left();if(l=0)if(back_flag=1)l=1;back_left();if(forward_flag=1)l=1;back_right();if(f=0)f=1;forward();if(b=0)b=1;back();pwm3=pwm3+70;pwm8=pwm8+70;pwm2=pwm2-70

22、;pwm9=pwm9-70;pwm1=pwm1-600;pwm0=pwm0-600;pwm10=pwm10-600;pwm11=pwm11-600;rate(pwm);delay(300);pwm1=pwm1+600;pwm0=pwm0+600; EDA 技术与实践(2)试卷1 卷 第 # 页 共 28 页pwm10=pwm10+600;pwm11=pwm11+600;rate(pwm);delay(500);pwm2=pwm2+70;pwm9=pwm9+70;pwm3=pwm3-70;pwm8=pwm8-70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600

23、;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);void back_left()motor_init1(); pwm8=pwm8+50; pwm9=pwm9-50; /pwm2=pwm2+150; /pwm3=pwm3-150; pwm6=pwm6+50; pwm7=pwm7+100; /pwm0=pwm0卜80;/pwm5=pwm5+80;/pwm11=pwm11-30;rate(pwm);delay(300);pw

24、m3=pwm3+70;pwm8=pwm8+70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);while(1)if(r=0)if(back_flag=1)r=1;back_right();if(forward_flag=1)r=1;back_left();if(l=0)EDA 技术与实践(2)试卷 1 卷 第 # 页 共 28 页pwm

25、11=pwm11+600;if(back_flag=1)l=1;back_left();if(forward_flag=1)l=1;back_right();if(f=0)f=1;forward。；if(b=0)b=1;back();pwm3=pwm3-70;pwm8=pwm8-70;pwm2=pwm2+70;pwm9=pwm9+70;pwm1=pwm1-600;pwm0=pwm0-600;pwm10=pwm10-600;pwm11=pwm11-600;rate(pwm);delay(300);pwm1=pwm1+600;pwm0=pwm0+600;pwm11=pwm11+600;rate(pwm);delay(500);pwm2=pwm2-70;pwm9=pwm9-70;pwm3=pwm3+70;pwm8=pwm8+70;pwm4=pwm4+600;pwm5=pwm5+600;pwm6=pwm6+600;pwm7=pwm7+600;rate(pwm);delay(300);pwm4=pwm4-600;pwm5=pwm5-600;pwm6=pwm6-600;pwm7=pwm7-600;rate(pwm);delay(300);void forward()forward_flag=1;back_flag=0;motor_init1();pwm2=pwm2-150;