《机器人的大脑微控制器c51单片机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机器人的大脑微控制器c51单片机（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机器人大脑：微控制器C51单片机,南昌大学机电工程学院,2018/9/17,机器人技术介绍,2,第一章 C51单片机编程环境与机器人智能,单片机与C51系列单片机,一台能够工作的计算机要有这样几个部份： 1、CPU (Central Processing Unit，中央处理单元：运算、控制) 2、RAM（Random Access Memory，随机存储器：数据存储）、3、ROM（Read Only Memory，只读存储器：程序存储） 4、输入/输出设备（串行口、并行口等）。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片或者插卡，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份全部被做到一块
2、集成电路芯片中，所以就称为单片机。,2018/9/17,机器人技术介绍,3,学习单片机有必要吗？,与我们经常使用的个人计算机、笔记本电脑相比，单片机的功能是很小的，那学它干啥吗？实际生活中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，比如空调温度的控制，冰箱温度的控制等都不需要很复杂高级的计算机。应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。,2018/9/17,机器人技术介绍,4,单片机凭借体积小、质量轻、价格便宜等优势，已经渗透到我们生活的各个领域：导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能IC 卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录象
3、机、摄象机、全自动洗衣机、程控玩具、电子宠物等等。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用、嵌入式系统设计与智能化控制的科学家、工程师，同时，学习使用单片机也是了解通用计算机原理与结构的最佳选择。,2018/9/17,机器人技术介绍,5,C51 系列单片机,一提到单片机，你就会经常听到这样一些名词：MCS51、8051、C51 等等，它们之间究竟是什么关系呢？MCS51 是指由美国INTEL 公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751 等，其中8051 是最典型的产品，该系列单片机都是
4、在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051 来称呼MCS51 系列单 片机。,2018/9/17,机器人技术介绍,6,INTEL 公司将MCS51 的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求。其中较典型的一款单片机AT89C51（简称C51）由于由美国ATMEL 公司以8051 为内核开发生产。这里使用的AT89S52 单片机是在此基础上改进而来。,AT89S52 是一种高性能、低功耗的8 位单片机，内含8k 字节ISP（In-system Programmable，系统在线编程）可反复
5、擦写1000 次的FLASH 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS51 指令系统及其引脚结构。在实际工程应用中，功能强大的AT89S52 已成为许多高性价比嵌入式控制应用系统的解决方案。,2018/9/17,机器人技术介绍,7,什么是单片机的位数？,现在市场上闹得沸沸扬扬的微软新推出的系统 VISTA 是64 位操作系统；大家常用的系统，如WINDOWS XP、WINDOWS 2003 等，是32 位操作系统；这里你将用到的单片机AT89S52是8 位的，而有些厂家生产的单片机则是16 位的。那么，这些位数：64、32、16、8 代表什么意义呢
6、？,简单地说，这些位数指的是 CPU 能一次处理的数据的最大长度。当然，这里的位是指二进制的位，而非十进制的位。AT89S52 是8 位的单片机，意味着它如果要处理16 位数据的话就应该分两次处理。,2018/9/17,机器人技术介绍,8,嵌入式系统,嵌入式系统是指嵌入到工程对象中能够完成某些相对简单或者某些特定功能的计算机系统。与从8 位机迅速向16 位、32 位、64 位过渡的通用计算机系统相比，嵌入式系统有其功能的特殊要求和成本的特殊考虑，从而决定了嵌入式系统在高、中、低端系统三个层次共存的局面。在低端嵌入式系统中，8 位单片机从20 世纪70 年代初期诞生至今还一直在工业生产和日常生活
7、中广泛使用。,2018/9/17,机器人技术介绍,9,嵌入式系统嵌入到对象系统中，并在对象环境下运行。与对象领域相关的操作主要是对外界物理参数进行采集、处理，对对象实现控制，并与操作者进行人机交互等。鉴于嵌入式低端应用对象的有限响应要求、嵌入式系统低端应用的巨大市场以及8 位机具有的计算能力，可以预测在未来相当长的时间内，8 位机仍然是嵌入式应用中的主流机型。,2018/9/17,机器人技术介绍,10,早期的单片机应用程序开发通常需要仿真机、编程机等配套工具，要配置这些工具需要一笔不小的投资。这里采用的AT89S52，不需要仿真机和编程机，只需运用ISP 电缆就可以对单片机的FLASH 反复擦
8、写1000 次以上，因此使用起来特别方便简单，尤其适合初学者使用，而且配置十分灵活，可扩展性特别强。,2018/9/17,机器人技术介绍,11,In-system Programmable（ISP，系统在线编程）,In-system programmable 是指用户可把已编译好的程序代码通过一条“下载线”直接写入到器件的编程（烧录）方法，已经编程的器件也可以用ISP 方式擦除或再编程。ISP 所用的“下载线”并非不需要成本，但相对于传统的“编程器”成本已经大大下降了。通常FLASH型芯片会具备ISP 下载能力。,2018/9/17,机器人技术介绍,12,在这将引导你如何运用 AT89S52
9、作为机器人的大脑制作一款教育机器人，并采用C语言对AT89S52 进行编程，使机器人实现下述四个基本智能任务：1安装传感器以探测周边环境；2基于传感器信息做出决策；3控制机器人运动（通过操作带动轮子旋转的电机）；4与用户交换信息；,2018/9/17,机器人技术介绍,13,通过这些任务的完成，使你在无限的乐趣之中，不知不觉地掌握C51 单片机原理与应用开发技术，以及C 语言程序设计技术，轻松走上嵌入式系统开发之路。为了方便单片机微控制器与电源、ISP 下载电缆、串口线以及各种传感器和电机的连接，需要制作一个电路板，并将单片机插在教学板上，如图1-1 所示。将此电路板叫做教学板,2018/9/1
10、7,机器人技术介绍,14,C51+AVR宝贝车控制板，一款拥有C51和AVR功能的单片机控制板。C51部分采用的是AT89S52单片机,AVR部分采用的是ALTMEGA8的单片机。,89S52的主要性能： 与MCS-51 单片机产品兼容8K 字节在系统可编程Flash 存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32 个可编程I/O 口线 三个16 位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符,2018/9/17,机器人技术介绍,15,AT89S52 是一种低功耗、高性能C
11、MOS8 位微控制器， 具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ，使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节Flash，256 字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器， 一个6 向量2 级中断结构， 全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S5
12、2 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。,2018/9/17,机器人技术介绍,16,机器人与C51单片机,图 1-2 所示的是使用的机器人工程对象，它采用AT89S52 单片机作为大脑，通过教学板安装在机器人底盘上。将以此机器人作为典型工程对象，完成上节提到的机器人所需具备的四种基本能力，使机器人具有基本的智能。假设你已经学习过基础机器人制作课程，并已经组装好该机器人的机械套件和伺服电机，且已经调
13、试好了机器人伺服电机的零点。如果没有学习过基础机器人制作与编程，也不要紧，可以在边学习该课 程的同时，参考基础机器人制作与编程的相关章节，在后面的任务中，如果需要，会给出相关指引。,2018/9/17,机器人技术介绍,17,AVR的主要性能：,高性能、低功耗的 8 位AVR 微处理器先进的RISC 结构130 条指令。大多数指令执行时间为单个时钟周期32 个8 位通用工作寄存器全静态工作工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS只需两个时钟周期的硬件乘法器非易失性程序和数据存储器8K 字节的系统内可编程Flash 擦写寿命: 10,000 次。具有独立锁定位的可选Boot 代码区通过片上Bo
14、ot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作512 字节的EEPROM擦写寿命: 100,000 次。1K 字节的片内SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密外设特点两个具有独立预分频器8 位定时器/ 计数器, 其中之一有比较功能。 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 具有独立振荡器的实时计数器RTC三通道PWM，TQFP 与MLF 封装的8 路ADC 8 路10 位ADC，PDIP 封装的6 路ADC，8 路10 位ADC，面向字节的两线接口 两个可编程的串行USART可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口。具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器片内模
15、拟比较器特殊的处理器特点上电复位以及可编程的掉电检测片内经过标定的RC 振荡器片内/ 片外中断源5 种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及Standby 模式。I/O 和封装23 个可编程的I/O 口28 引脚PDIP 封装,32 引脚TQFP 封装,32 引脚MLF 封装。工作电压2.7 - 5.5V (ATmega8L) 4.5 - 5.5V (ATmega8)。速度等级0 - 8 MHz (ATmega8L) 0 - 16 MHz (ATmega8)4 Mhz 时功耗, 3V, 25C工作模式: 3.6 mA空闲模式: 1.0 mA 掉电模式: 0.5uA,2
16、018/9/17,机器人技术介绍,18,2018/9/17,机器人技术介绍,19,2018/9/17,机器人技术介绍,20,2018/9/17,机器人技术介绍,21,2018/9/17,机器人技术介绍,22,本章首先通过以下步骤告诉你如何安装和使用C51 单片机的C 语言编程开发环境，如何开发第一个简单机器人程序，并在机器人上如何运行你写的这个程序。本章的具体任务包括： 寻找并安装开发编程软件 连接机器人到电池或者供电的电源 连接单片机教学板 ISP 接口到计算机，以便编程 连接单片机教学板串行接口到计算机，以便调试和 交互 运用 C 语言初次编写少量的程序，运用编译器编译生成可 执行文件，然后下载到单片机上，通过串口观察机器人上的单片机教学板的执行结果 完成后断开电源,2018/9/17,机器人技术介绍,23,任务一 获得软件,在本课程的学习中，你将反复用到三款软件：Keil uVision2 IDE 集成开发环境、SL ISP下载软件、串口调试软件等。,
