灌篮高手_搬运机器人_下_

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灌篮高手———搬运机器人（下）

山西运城工学院◆刘晋峰

编者按：

在这一年中，我们将通过完成彩星工艺盒、循迹小车、跳舞小车、变速小车、搬运机器人、掌上FLASH等8个制作，来学习单片机系统的设计与制作。读者跟着学习完成这8个项目的制作，就基本掌握了单片机的软就可以胜任单片硬件设计思想和方法，学会单片机的汇编语言和C语言编程。读者掌握了这些知识和技能，机系统开发、小型自动化产品开发和智能产品开发等岗位的基本要求，还可以从事自动化设备的维修工作。

这里我们用三块ULN2003做驱动，接在P0口

机器人的硬件电路设计

H：有了这些我们就可以控制小车精确运动了。我们把小车前后轮的驱动电机都换成步进电机，再在小车的顶部伸出一只手就行了。当然了，机械手还得两个直流电机或者步进电机，为了方便准确我们都用成步进电机。步进电机我们选用20BY20H04，这是它的接线图，从图1中可以看出，电机共有四组线圈，6根引出线。我们把两根黑线连（如三极管），在一起，接电源。这样只要用开关元件将A、B、C、D轮流接地，能驱动步进电机运转。因其额定工作电压为4.5V，额定工作电流130mA，所以用开路输出的达林顿晶体管阵列集成电路（ULN2003）来作为驱动，通过P0口或者P2口来控制各线圈的接通与切断。比如依次将P2.0—P2.3切换为低电平，即可驱动步进电机运行。

Q：搬运机器人的电路原理图也就容易画出来了。

和P2口上，分四组驱动转向轮、主动轮、机械臂、机械爪四个步进电机。RP1、RP2是用两个排电阻做P0、P2口的上拉电阻如图2所示。图3是它的印刷电路图。

控制步进电机的汇编语言

K教授：电路制作好了，把线连接好，接着我们要根据电路设计程序了。

步进电机程序设计的主要任务：（1）判断旋转方向；（2）按顺序传送控制脉冲；（3）判断所要求的控制步数是否传送完毕。

步进电机的驱动原理是通过顺序切换每相线圈中的电流通断使电机作步进式旋转。而电流通断的切换是通过单片机输出脉冲信号来实现的。

通常我们把步进电机严格按照顺序进行通电换相的过程称为脉冲分配。因此，步进电机控制程序就是完成环形分配器的任务，从而控制步进电机转动，以达到控制转动角度和位移之目的。如果按照给定的工作方式正序通电换相，步进电机就正转；如果按反序通电换相，则电动机反转。电机驱动可以采用双四拍（AB→BC→CD→DA→AB）方式，也可以采用单四拍（A→B→C→D→A）方式，或单、双八拍（A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A）方式。

2009年第11期电子制作

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如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它就会再转一步。两个脉冲的间隔时因此脉冲的频率就决间越短，步进电机就转的越快。定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。

H：我按照单四拍（A→B→C→D→A）方式，用汇编语言编写了一段程序，您看能不能让步进电机旋转？

ORGLOOP:

0100HMOV

P2,#01HDELAYP2,

#02H

；延时；延时

DELAY：D1：

DJNZDJNZRETEND

MOVMOVR2,R1,

R1,R2,$D1

#80H#80H

；延时子程序

K教授：我们把这段程序烧写到单片机中，就可以看到效果了。

我们看，现在步进电机已经开始转起来了。下来我们把一二三四拍的顺序颠倒一下。你们看步进电机反向旋转起来。

另外，这种程序设计方法对于节拍比较少的程序是可行的，但是当步进电机的节拍数较多时，比如六相十二拍等，用这种立即数传送法将会四相八拍、

使程序很长，因而占用很多存储器单元，更重要的是程序的效率低。所以对于节拍较多的控制，通常采用循环程序进行设计。

所谓循环设计，就是把环型节拍的控制模型按

顺序放在存储器单元中，然后逐一从存储单元中取出控制模型并输出。这样程序可以大大简化，节拍越

；输出第一拍(00000001)ACALLMOVACALLMOVACALLMOVACALLLJMP

；输出第二拍(00000010)

DELAYP2,

#04H

；延时

；输出第三拍(00000100)

DELAYP2,

#08H

；延时

；输出第四拍(00001000)

DELAYLOOP

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电子制作2009年第11期

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多，优越性越明显。

Q：知道了，我来试着编一个四相八拍的步进电机控制程序。

ORGMAIN：LOOP：

MOVCJZMOVACALLINCLJMPDELAY：D1：

DJNZDJNZRETPOINT：

END

DB

01H,

03H,

02H,

06H,

04H,0CH,08H,09H,00H

MOVMOVR4,R5,R1LOOP1R5,R4,$D1

#80H；延时子程序

#80H

0100HMOVMOVA,LOOPP2,

DPTR,R1,A,@A+DPTR

；判断控制模型是否结束ADELAY

；输出控制模型；延时#POINT#00H

R1；取控制模型

因此，CPU的负担减轻许多。

例如我们常用的芯片PMM8713，它是由日本三洋电机公司生产的步进电机控制用的脉冲分配器单片CMOS集成电路，适用于控制三相和四相步进电机。典型电路图如4所示。

1、2脚位双时钟脉冲输入端，我们接地；3脚CK端是时钟输入端，我们通过单片机P0.0送入步进脉冲,4脚U/D端为方向转换信号输入端，0为反1为正转，我们通过单片机P0.1口控制；5、6脚转，

是激励方式控制端，输入高电平是1—2相激励八拍运行，我们接电源；7脚是3/4相选择端，高电平为四相控制，也接电源；8脚接地；9脚复位端；10、11、12、13脚为输出端，接驱动电路。14、15脚分别是激励监视和输入脉冲监视，16脚是电源端。这样我们只需要在3脚输入脉冲，4脚控制转向，10—13脚就会依次输出驱动脉冲。

H：机器人可以动起来了，那么怎样控制它的速度呢？

K教授：步进电机的速度控制是通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现的。前面我们的程序

；送控制模型地址LOOP1：MOV

；控制模型数据地址加1

步进电机的运行控制

K教授：很好！步进电机的通电换相控制方法有两种，我们这里用的是软件法。也就是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的I/O口向驱动电路发出控制脉冲。软件法在步进电机运行过程中，要不停地产生控制脉冲，占用大量的CPU时间，使单片机无法同时进行其他工作，所以硬件法更常用。因为我们是单一控制，所以用软件法就可以。

所谓硬件法实际上是使用脉冲分配器（又称逻辑转换器）芯片，来进行通电换相控制。由于采用了脉冲分配器，单片机只需要提供步进脉冲，进行速度控制和转向控制，脉冲分配的工作交给脉冲分配器来自动完成。

中调用了延时子程序，如果改变延时的时间长短，就可以改变输出脉冲的频率，这就是软件延时的方法。但这种方法使CPU长时间等待，

会影响到其他

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功能的实现，因此使用范围较小。

还有一种是通过定时器中断的方法。在中断服务子程序中进行脉冲输出操作，调整定时器的定时时间常数就可以实现调速。这种方法占用CPU时间较少，是一种比较实用的调速方法。

在我们的机器人中，因为功能简单，所以可以用软件来实现，对程序影响不大。

Q：机器人前进的距离怎样精确控制呢？K教授：这在步进电机控制中叫位置控制，也就是控 …… 此处隐藏：4309字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……