人工智能机器人分析设计报告

课程：计算机组成原理人工智能机器人分析设计报告院系：安徽工程大学机电学院专业：计算机与软件工程系班级：软件1409目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"功能分析 2\o"CurrentDocument"1.1控制系统最小单元 21.2诺依曼体系工作原理 4\o"CurrentDocument"1.2.1冯诺依曼体系结构有以下特点： 41.2.2硬件总体结构 4\o"CurrentDocument"1.2.2CPU与存储器的连接 5\o"CurrentDocument"1.3语音模块 61.3.1LD3320语音模块 6\o"CurrentDocument"1.4PWM控制 71.4.1定时器+中断产生PWM 7\o"CurrentDocument"1.5相关程序（以下代码仅作说明使用，本项目并不涉及该单片机） 12\o"CurrentDocument"第二章总体软件 152.1Keil 152.2STC_ISP 16\o"CurrentDocument"2.3两款软件的主要作用 17\o"CurrentDocument"第三章模块软件 18\o"CurrentDocument"3.1图形化控制软件 18\o"CurrentDocument"3.2单个舵机运动实例： 19功能分析1.1控制系统最小单元该系统最小系统分为电路，模块，诺依曼体系工作原理三个部分。

我们着重讲的是运算器，控制器，存储器，输入输出系统的协作工作部分。1.2诺依曼体系工作原理1.2.1冯诺依曼体系结构有以下特点：计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示；指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中；顺序执行程序的每一条指令；计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。冯诺依曼体系结构的计算机必须具有如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中；必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力；能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力；能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作；能够按照要求将处理结果输出给用户。1.2.2硬件总体结构

俐妙俐妙■1.2.2CPU与存储器的连接中央处理器CPU:地址线20位数据线8位，运算和控制功能内部RAM：128K,选用4片32K*8位存储器内部ROM：16K选用1片16K*8位存储器定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。串行口：一个全双工串行口。时钟电路：可产生时钟脉冲序列并行口：提供若干并行接口，供编程或拓展使用1.3语音模块1.3.1LD3320语音模块支持SPI接口和并行接口的非特定语音识别模块，板载咪头和有源晶振，方便在电子产品中实现语音识别、声控和人机对话功能。产品特性：高准确度和实用的语音识别效果。非特定人语音识别技术：不需要用户进行录音训练。可动态编辑的识别关键词列表：只需要把识别的关键词以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。比如，用户在51等MCU的编程中，简单地通过设置芯片的寄存器，把诸如"你好"这样的识别关键词的内容动态地传入芯片中，芯片就可以识别这样设定的关键词语了。支持用户自由编辑50条关键词：在同一时刻，最多在50条关键词语中进行识别，终端用户可以根据场景需要，随时编辑和更新这50条关键词语的内容。参数：工作电压：3.3V省电模式电流：1uA1.4PWM控制1.4.1定时器+中断产生PWM在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口O舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制要求舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图所示。单片机实现舵机转角控制可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz（周期是20ms）的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控系统而言电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV,所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠。单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高具体的设计过程：例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms=18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms，再过18ms进入下一次定时中断，再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。为保证软件在定时中断里采集其他信号，并且使发生PWM信号的程序不影响中断程序的运行（如果这些程序所占用时间过长，有可能会发生中断程序还未结束，下次中断又到来的后果），所以需要将采集信号的函数放在长定时中断过程中执行，也就是说每经过两次中断执行一次这些程序，执行的周期还是20ms。软件流程如图产生PWM信号的软件流程

如果系统中需要控制几个舵机的准确转动，可以用单片机和计数器进行脉冲计数产生PWM信号。脉冲计数可以利用51单片机的内部计数器来实现，但是从软件系统的稳定性和程序结构的合理性看，宜使用外部的计数器，还可以提高CPU的工作效率。实验后从精度上考虑，对于FUTABA系列的接收机，当采用1MHz的外部晶振时，其控制电压幅值的变化为0.6mV，而且不会出现误差积累，可以满足控制舵机的要求。1.5相关程序(以下代码仅作说明使用，本项目并不涉及该单片机)伪代码程序名：输出固定频率的PWM波晶振：11.00592MHzCPU功能：P2A0口输出周期为1ms(1000HZ),占空比为％80的PWM波#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitPWM1=P2A0;//接IN1控制正转sbitPWM2=P2A1;//接IN2控制反转uchartime;voidmain()(TMOD=0x01;//定时器0工作方式1TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msEA=1;//开总中断ET0=1;//开定时器0中断TR0=1;//启动定时器0while(1)}}voiddelay(uintz)(uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=500;y>0;y--);}voidtim0()interrupt1(TR0=0;//赋初值时，关闭定时器TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msTR0=1;//打开定时器time++;if(time>=100)time=0;//1khzif(time<=20)PWM1=0;//点空比%80elsePWM1=1;PWM2=0;}程序说明：1、关于频率的确定：对于11.0592M晶振，PWM输出频率为1KHZ,此时设定时器0.01ms中断一次，时中断次数100次即为1KHZ(0.01ms*100=1ms，即为1000HZ)此时，定时器计数器赋初值为TH0=FF,TL0=F7。2、关于占空比的确定：此时我们将来time的值从0-100之间进行改变，就可以将占空比从%0-%100之间进行变化，上面程序中time<=20时PWM1=0;elsePWM1=1;意思就是%20的时间输出低电平，%80的时间输出高电平，即占空比为％80。如需得到其它占空比，如%60，只需将time的值改为40即可。(程序为if(time<=40)PWM1=0;elsePWM1=1;)当然编写程序时也可以定义一个标志位如flag，根据flag的状态决定输出高平还是低电平，假设定义flag=1的时候输出高电平，用一个变量去记录定时器中断的次数，每次中断就让记录中断次数的变量+1，在中断程序里面判断这个变量的值是否到了n，如果到了说明高电平的时间够了，那么就改变flag为0，输出低电平，同时记录中断变量的值清零，每次中断的时候依旧+1，根据flag=0的情况跳去判断记录变量的值是否到了n'如果到了，说明PWM的低电平时间够了，那么就改flag=1，输出改高电平，同时记录次数变量清零，重新开始，如此循环便可得到你想要的PWM波形.第二章总体软件2.1Keil从这个项目本身考虑，必须是可编程的，所以采用keil可以生成..hex结尾的文件国E：whijEi的血shbzn汕何成足此如.1。也ME藏咨|垂妇血'5051。肝强d/rcij,叫问-仰桃时FileEdtViewfrujertFlash、my引.出|151-6kBnrra雨nafcrirg^Ltny■,£&J,(wijlibCfBarle由呻Hed&?buQ由iphershTooh5Vt5WndowHrb勺tisiclrISD知wT生普1血灯uLgbi闯JIkMf|CA?+i|k-ari|LirLMr|Ikbug|^FddeiforOtjedf.此睥MEfleoJ出e:|g£*'2redeboKiiaiiE.侣/此P就四trikgori斥OwlE竺:FA]Pnucrt□Jdprcj3(3ustr:ij囹mainc:I3目5Un32ftW」ix&色actionHl^legr0-囱inriializE.E：:由固血「dr国回dme.c:5囹dsmaLcB世|zhongjian^&战seftioS-1£|i_CDnlrDLt0-囱lenoj：口biSS.h:0|^|iwccn.cg有drr/Er囱■街s-^.ddayjcB-[^]bod'd.c田但drhEr_u5jrtx&[§引「uBjwen商B衲氾_阳StmeLllStlZLJlu7tinclu.ItinclutinclutlUCLdtlUCLdB/*罚BuildCMtuirtI懑SrmwMHex全称(IntelHEX)文件是由一行行符合IntelHEX文件格式的文本所构成的ASCII文本文件。在IntelHEX文件中，每一行包含一个HEX记录。这些记录由对应机器语言码和/或常量数据的十六进制编码数字组成。IntelHEX文件通常用于传输将被存于ROM或者EPROM中的程序和数据。大多数EPROM编程器或模拟器使用IntelHEX文件。2.2STC_ISP烧制程序涕STC-ISP（V6.82J 电话:O513-55E2轮8）官司:wwwET匚MCUiom®^^QQ:8OOOC375：1）-SK全基最大的却…[■=■|回|j^3|聿片机旦号|lAHSF2E61融 ―引即教而切▼串口号|颠1 -聿片机旦号|lAHSF2E61融 ―引即教而切▼串口号|颠1 -I|扫描教材/■联合实验室串口助手Keilffi真设置范例程序选型/伯格/样品最低:皮特率2400 - 最高:吱特室H5200起始地址 ^0000 回清除代妈缓冲区 打开程序文件硬件选项脱机下载湎m程序力睦后传输下目‘*0选择使用肉部1耽时箱做选为外部监钟）0振荡器放大培益〔㈣我上建设迭葬）辅？■、用户程庠运行K的TM频奉IHBlifeH■M：-fr国使用恒速下载模云□下次冷启动时F32/?3,:为可可F载程房画上电复位使用较长延时回］复位脚用作I扪口0允许•低压复位㈱1L酝压中断）低压检删电压|382V ▼0低压时蔡上E1FEOH操乍上电■真位E寸由硬片白幼启动 看门狗定E寸器分频系数 湖 ▼下载阍程|停止里熟浦程救购匚唯项|注息/帮助重复廷1寸|，秒T^«00000割翎EFROM攘冲区 打开EEFKOM刘牛芯封型号：IA?15r2KElS2'nTEtlUtid1-1..tERltitf］m-lTEtlJbEr古荷个便件禹口CU■职T1和UKRT2）有EFI（R可书作主模式丛模寸不可用）有3gPCVFW1/CCP司日作JAC：有道15立情度的〃U福祚T作申压E日程序空间［* -］汕大小［*▼］I。教里［*▼］萱找 串口［*.回颂既影器□迥Oeepkom可曹瓣|WmW"瞒暮粤_型号工作电压（V）程序空间SMBEFBDM1/0定时器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_*发布项目程序发布项目帮助读取本机硬盘号 R捐示音成为计数0每次发布项目程序发布项目帮助读取本机硬盘号 R捐示音成为计数m目标玄件贫化时自动装载并岌谖五载命冬说明：当然以上软件的使用的前提是使用一款支持的单片机，但是项目的要求不可以使用单片机，所以我们整体项目是理论性的。2.3两款软件的主要作用KeiluVision3是程序编译软件,比如你写的单片机的汇编程序或者C程序，由这个软件翻译成.HEX的16进制的机器代码，如果没有这个的话，你就要自己去编排，早期的单片机编程器里有机器语言的,后来全部使用这种翻译程序了.STC-ISP是STC系列单片机的烧写程序，就是把你之前生存的那

个.HEX文件发送给单片机，有单片机的ISP程序写入到单片机内部,形成单片机的可执行程序.第三章模块软件3.1图形化控制软件类似于下面这款软件1#0F1500#1F1500乾F2244#3P1500#4F15O5#5F1500#6F1500#10P1500#11F1500#12F1500#13F1500116F1E2#0P1500#1F1500#2熠44#3P1500粗P15O5柘F1500F1500#1011500#11F1500#12P500#13F1500#16理可以直接操作舵机偏转角度，并将相应指令生成文件，可以下载到控制器。3.2单个舵机运动实例：#5P1600S750通道5将以750烬/秒的速度移动到1600us位置。为了更