机器人创新实验(3)指导书

机器人创新实验（3）实验指导书机器人实验室实验一熟悉机器人与C51单片机硬件软件一、实验目的1、掌握宝贝车机器人用C51教学板与计算机硬件连接和宝贝车基本结构；2、熟悉及掌握C51系列单片机KeiluVisionIDE（集成开发环境）软件、ISP下载软件及串口调试终端的使用方法。二、实验设备及软件宝贝车机器人套件、ISP下载线、串行接口线、计算机、电源。KeiluVision2IDE集成开发环境、PROGISP1.72下载软件、串口调试软件。三、实验内容和步骤单片机控制的宝贝车机器人是通过串并口或USB接口通信交互，由硬件系统与软件系统相互结合组成的一个完整的智能控制系统。单片机必须与外围设备及软件组成一个完整的应用系统（如图1.1）。1、熟悉宝贝车机器人的结构组成（如图1.2）：小车底板、车轮、教学板、伺服电机、电池盒。这是宝贝车机器人的硬件系统，它的微控制器（MCU）是由Atmel公司生产与51系列兼容的8位AT89S52单片机。图1.1单片机应用系统图图1.2采用C51单片机的机器人2、教学板指方便单片机与电源、ISP下载线、串口线以及各种传感器和电机的连接制作的一个电路板（如图1.3）。将宝贝车机器人与计算机硬件连接，并连接到电源。连接单片机教学板ISP接口到计算机，以便程序下载；连接单片机教学板串行接口到计算机，以便调试和交互；连接机器人到电池或者是供电电源。USBaspC版通用编程器图1.3C51单片机教学板3、运用C语言编程，运用编译器编译生成可执行文件并下载到单片机，用串口调试软件查看单片机输出信息。①建立用户文件夹，方便管理程序，拷入编译所需头文件（例如，将光盘“头文件”文件夹中的文件拷贝到C:\ProgramFiles\Keil\C51\INC文件夹里）。②进入编程系统（KeiluVision2IDE）：1）新建项目工程（*.uv2）：Project→NewProject，命名，保存在新建立的用户文件夹内；选择单片机生产公司及类型：Atmel、AT89S52。2）新建C程序文件：File→New；编辑好程序，保存为*.c的文件。注意程序关键字的拼写、英文标点、字母的大小写等。3）添加C程序到项目工程：SourceGroup1右键单击→AddFilestoGroupSource。SourceGroup1前面出现+号，单击它出现刚才添加的C程序文件名，单击此C文件，Keil会自动识别关键字，并以不同的颜色提示用户加以注意，这样会使用户少犯错误，有利于提高编程效率。4）生成执行文件十六进制目标代码文件(*.hex)：Target1右键单击→Optionfortarget‘Target1’→Output→选中“CreateHexFi：”→连接编译生成可执行文件*.hex。编译要求没有错误产生，允许出现警告。③进入下载系统（PROGISP1.72）：1）参数选择：勾选芯片擦除、编程FLASH、校验FLASH。单片机型号：AT89S52。2）单击“调入Flash”按钮，找到要下载的HEX文件。3）单击“编程”区的“擦除”按钮，开始擦除芯片内部程序。芯片擦除成功后，点击“自动”按键，完成写、校验Flash。等待下载完毕后，固件下载完成。拔掉USBASP下载器ISP接口排线。注意：要将ISP下载线连接计算机和机器人教学板，电源接好，开关拨到“1”档位置（PRO），给教学板通电，才能进行单片机程序下载。④从执行文件下载到单片机的那个时刻开始，程序就开始运行。单片机向计算机发送信息。可利用串口调试软件查看单片机输出信息，“Reset”按钮可让下载到单片机内的程序重新运行一次。使用串口调试助手之前，首先使用串口线将单片机的串口与计算机的USB口相连，然后通过计算机的设备管理器查看要使用的串口号，如图所示。记下该串口号，打开串口调试助手软件，选择正确的串口号，如图所示。4、做完实验断开电源，将开关拨到“0”档（OFF），系统在不使用时没有消耗电能，电池可以用得更久。拆卸串口线还原。四、实验程序1、程序HelloRoBot.c。#includeuart.hintmain(void){uart_Init();//串口初始化printf(Hello,thisisamessagefromyourRobot\n);while(1);}2、利用while循环与delay_nms()函数（毫秒级的延时）编程：每秒发送一个信息（内容为英文自己定），通过串口显示在计算机上。delay_nms()函数在BoeBot.h头文件中有定义。即#includeBoebot.h，编译时系统将根据头文件自动将延时函数插入到程序中。3、让竖线“|”在屏幕上顺时针或逆时针转动输出。参考下面的程序代码：printf(|);delay_nms(500);printf(/);delay_nms(500);printf(-);delay_nms(500);printf(\);delay_nms(500);printf(|);delay_nms(500);4、显示静态图形：****************五、实验报告要求1、按要求：每秒发送一个信息（内容为英文自己定），通过串口显示在计算机上，进行程序设计。2、程序调试心得。3、观察到的程序运行效果并加以分析。六、思考题1、什么是单片机？2、MCS51、8051、C51、AT89S52之间是什么关系？3、宝贝车机器人采用的AT89S52单片机的特点是什么？4、#includeuart.h头文件的作用是什么？5、程序HelloRoBot.c中while(1);的作用是什么？注：实验操作现场检查。实验二C51接口与伺服电机控制一、实验目的1、理解和掌握C51单片机的输入\输出接口的特性；2、理解机器人伺服电机PWM调速原理，C语言编程输出脉冲序列控制机器人轮子运动。二、实验设备及软件宝贝车机器人、ISP下载线、串行接口线、计算机、电源、螺丝刀、红色发光二极管2个和470Ω电阻2个。KeiluVision2IDE集成开发环境、PROGISP1.72下载软件、串口调试软件。三、实验内容和步骤1、用C51单片机的P1口的位输出高低电平控制LED发光二极管的闪烁。看教材附录C关于面包板及LED的介绍。面包板上共有18行插座，通过中间槽分为两列。每一行由5个插座组成，这5个插座在面包板上是电气相连的，如将两根导线分别插入五口插座行的任意两个插座中，它们都是电气相连的。“GND”对应于教学板的接地端，“Vcc”指校准的+5V电压。发光二极管（如图2.1）是单向导电的电子管，长脚为正极，短脚为负极，必须连接正确，否则不能正常工作。通过5mA左右即可发光，电流越大，其亮度越强，但若电流过大，会烧毁二极管。给发光二极管串联一个电阻的目的是限制通过发光二极管的电流不要太大。图2.1LED零件图图2.2发光二极管与I/O脚P1_0的连接色环电阻为五色，用五条色环表示电阻的阻值大小。黑0棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9金、银表示误差具体如下：第一条色环：阻值的第一位数字；第二条色环：阻值的第二位数字；第三条色环：阻值的第三位数字；第四条色环：阻值乘数的10的幂数；第五条色环：误差（常见是棕色，误差为1%）。由此，470Ω电阻为黄紫黑黑棕。搭建一个发光二极管闪烁的LED电路（如图2.2）并编写程序HighLowLed.c。注意，在教学底板上搭建电路时要断开电源。修改程序让两个LED同时闪烁，并修改程序让两个LED交替亮或者灭，也可以改变延时函数参数n的值，改变LED闪烁频率。HighLowLed.c程序如下：#includeBoeBot.h#includeuart.hintmain(void){uart_Init();//初始化串口printf(TheLEDconnectedtoP1_0isblinking!\n);while(1){P1_0=1;//P1_0输出高电平delay_nms(500);//延时500msP1_0=0;//P1_0输出低电平delay_nms(500);//延时500ms}}【拓展训练】实现4个或更多LED流水灯控制，对应流水灯从全灭到一个一个亮或者对应流水灯从全亮到一个一个灭。编程方法与两个LED闪烁类似，接入的LED二极管继续接在面包板左侧其他的端口位上。注意，程序控制各引脚输出高低电平要与所接的端口要一一对应起来。2、两伺服电机调零。在操作之前，先确认一下机器人两个伺服电机的电源控制线（如图2.3）是否已经正确的连接到C51单片机教学板的两个专用电机控制接口上。P1_1引脚控制左边电机，P1_0引脚控制右边电机，在电路板上我们分别采用W、R、B来表示信号线、电源线和地，电机控制线颜色与教学板接口对应字母一致（白红黑对应WRB）。图2.3伺服电机实物图图2.4电压“占空比”与平均电压关系电机调速应用PWM（脉宽调制）基本原理，通过控制固定电压的直流电源开关频率改变负载两端的电压。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。如图2.4，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。高电平持续的时间控制电机转速，即脉冲宽度控制连续旋转电机速度和方向。将时间间隔为20ms，脉宽为1.5ms的一系列脉冲称为零点标定信号，电机转速为零，机器人轮子静止不动。如果电机没有进行零点标定，机器人轮子会转动，如图2.5所示，用螺丝刀轻轻调节马达上的电位器，直到马达停止转动。如电机已经完成了零点调节，不会转动。但是损坏了或有缺陷的电机有时也不转动。继续检测：当高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转；当高电平持续时间为1.7ms时，电机逆时针全速旋转；当高电平持续时间为1.3ms~1.5ms之间时，电机顺时针旋转；当高电平持续时间为1.5ms~1.7ms之间时，电机逆时针旋转。图2.5.1经过孔把螺丝刀插入电位器图2.5.2轻轻地旋转螺丝刀调节电位器3、测试电机，改变脉冲宽度控制机器人运动速度和方向。如图2.6，定义机器人的前、后、左、右四个方向。例程中使用printf函数是为了起提示作用，若觉得串口线影响机器人的运动，可以不用此函数。将程序下载到单片机，关闭机器人电源开关，断开ISP下载线，将开关拨到“2”档（RUN），观察宝贝车运动情况。图2.6机器人及其前进方向的定义四、实验程序1、参考一个LED闪烁的程序（程序HighLowLed.c），编写程序让两个LED同时闪烁，并修改程序让两个LED交替闪烁，也可以改变延时函数参数n的值，改变LED闪烁频率。*编程实现4个或更多LED流水灯控制，对应流水灯从全灭到一个一个亮或者对应流水灯从全亮到一个一个灭。2、编程实现两伺服电机调零，可以分别调零，也可一起调零。实现右轮调零参考代码如下，注意编程的完整性。while(1){P1_0=1;//P1_0输出高电平delay_nus(1500);//延时1.5msP1_0=0;//P1_0输出低电平delay_nus(20000);//延时20ms}3、验证下列程序BothServosThreeSeconds.c是否让宝贝车向前进3s，后退3s。并根据此程序按照实验报告要求编程。#includeBoeBot.h#includeuart.hintmain(void){intcounter;uart_Init();printf(ProgramRunning!\n);for(counter=1;counter=130;counter++){P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);}for(counter=1;counter=130;count