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1、MCS-51单片机在智能机器人中的应用 专业:工程力学学号:13530104 姓名:高云鹏摘要：单片机现在的应用领域是非常广的，如工业控制、交通管理、信息家电、智能家居、POS网络和电子商务以及机器人等。本文主要对MCS-51单片机在智能机器人中的应用进行了分析，其中主要对行车系统的设计作为实例进行分析。关键词：MCS-51单片机；智能机器人；行车系统1. MCS-51单片机概述所谓单片机就是指由一块超大规模集成电路芯片构成的微机。也就是说，将微处理器系统的各种CPU外的资源。单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、控制等外围电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统。单片机也具
2、有自身的特点，如单片化，体积大大减小，降低了成本和功耗，并且也提高了可靠性。单片机片上外设资源丰富，比较适合控制。MCS-51单片机是Intel公司生产的一个单片机系列名称。MCS-51单片机属于单片机，因此它具有单片机所具有的特点。MCS-51单片机的基本组成主要包括中央处理器CPU、内部RAM、内部ROM、定时/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制系统、时钟电路。MCS-51单片机的分类如表1所示。2. MCS-51单片机在智能机器人中的应用机器人已经在很多领域中展现出其强大的搬运功能。随着社会所需的功能越来越强大，致使机器人朝着智能化方面发展。本文对MCS-51单片机在智能机器人中的应
3、用主要是对智能机器人行走系统进行设计。2.1智能机器人行走系统的总体设计方案智能机器人行走系统主要组成部分如图1所示。2.1.1行走系统控制电路行走系统控制电路组成部分如图2所示。（1）红外线光感电路传感器通过发光二极管发出红外线，若有障碍物在前方，红外线会被反射回来，被感光三极管接收， 单片机程序对信号进行比较处理，按设定的动作要求向后轮的两个电机发出控制命令， 控制小车行进。（2）电机驱动电路采用89S51 单片机, 通过L293D芯片来控制两个驱动电机动作。89S51 根据红外传感器对外界进行探测后反馈回来的信号, 依据迷宫车探路算法, 判定迷宫车行进方向, 分别向左右两个驱动电机发出控
4、制指令, 该信号经L293D 芯片驱动后, 直接控制相应电机动作, 使迷宫车按既定动作进行前进、后退、转向。2.1.2行走系统控制程序行走系统控制程序算法主要有四种。（1）靠左算法。靠左算法就是一直靠左行走。当然这种算法也有可能使行走路线循环下去，最终导致死循环，永远都找不到出口。（2）靠前算法。靠前算法就是说一直按照前方的路行走，如果前方没有路，那么就左转，左边没有路，才选择右转。（3）洪水算法。洪水算法即使用256 B 额外内存, 会大幅提高性能。该算法比一般迷宫算法的有效率高20 50 倍。同时可以在内存中建立一个区域, 与实际中的迷宫格数一一对应。在实际使用时算法并不太复杂。该额外内存
5、区域称为“ 浪头”, 它将体现在内存区域的实际状况中如图3所示。当迷宫被淹没的时候, 一个波浪的前头从目标格向外扩展。在内存区域中这种单元格是惟一需要处理的,当浪头到达开始的单元格子, 机器人已经被淹没。通常来说, 开始的单元格可以是任何一个格子。但是为了方便起见, 把开始点设在迷宫的第一个单元格, 终点任意。反过来也可以把出口放在第一个单元格, 把开始点设在中间或希望的位置。一旦到达了起点即搜索完成, 最短的路径可以使机器老鼠移动到周围的格子中数值比较小的那个格子去, 依次类推机器老鼠就能走到终点。按照洪水算法行走时，必须要把所有的路都要走一遍，虽然比较浪费时间，但是它可应用于任何迷宫。只要
6、走完第一遍就能够一次性走出正确路线，并且此路线为最佳路线。（4）铺路算法。为了与实际中的迷宫格数一一对应，可以在内存中建立一个区域，记忆所有已经走过的路，因为有了记忆功能，因此就可以走第2遍。铺路算法可以走复杂的迷宫，并且肯定会走出去的。这种算法的使用能够确保第二次顺利走出，但是此条线路是否最短是无法确保的。以上这四种算法各有其优缺点，本文采用靠前算法。2.2行走系统运行（1）小车的外壳及轮子是纯手工安装的, 精度不是很高, 小车在行驶过程中不能一直走直线, 很容易发生擦墙事故影响小车走迷宫。若是手工制作时所引起的,可通过给行驶时较落后的轮子上绕一些胶带来增加轮子的周长来解决。也可通过在电路中
7、加入A/ D 转换器, 对程序进行相对的改进, 不断的测小车与周围墙壁的距离, 保持小车与周围墙壁保持一定距离来解决。（2）采用ST 188 型红外线传感器, 易受外界干扰不能准确地检测墙壁信号, 尤其是在强光下无法正常运行, 对某些材料反射的光无法接收, 易受阳光干扰, 导致小车不能无误地走出迷宫。引起干扰的原因是阳光所发出的红外线与红外传感器所发出的红外线是一样的,都是连续的, 无法区别, 所以易受周围光线的干扰。对于该问题的解决办法是利用无线遥控基本原理使红外传感器所发出的红外是一种有固定频率有别于周围红外的信号。（3）很难控制行车速度。小车在转90和180时，通常都是转过这个角度，导致
8、小车不能直线走出迷宫。因此，可以通过接入调压电路的方式来解决此问题，在小车转弯时间一定的情况下，车轮速度主要通过马达上电压的调节来进行，多次实践最终达到预定的标准。另外，也可以通过改变程序中的小车转角时间来进行。实践证明，这两种方法虽然都能够控制行车速度，但是在单独使用的过程中是很难达到预定目标的。因此，为了达到很好控制行车速度，可将这两种方法结合起来使用。参考文献：1 周世宾,郝静如,黄民. 基于单片机的水下机器人定位系统J.传感器世界, 2008, (02) .2 徐洁. 智能小车速度控制策略的选择J. 硅谷, 2009, (23)3 程志江, 李剑波. 基于模糊控制的智能小车控制系统开发
9、J. 计算机应用, 2008, (S2)4 邹晓娥, 李良仁. 基于单片机的超声波测距系统设计J. 九江职业技术学院学报, 2006, (03)5 孙丽飞,王法能,王宽仁,和亮. 基于单片机的智能巡线机器人的设计与研究J. 西安外事学院学报, 2007, (01) .6 蔡美琴. MCS-51 系列单片机系统及其应用M. 2 版. 北京:高等教育出版社, 2004. 学习体会专业:工程力学学号:13530104 姓名:高云鹏单片机学习体会随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含
10、义称为单片微型计算机，直译为单片机 。 单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等的得到广泛应用和迅速发展。很多企业削减甚至取消了校园招聘计划，这“两重压力”带来了就业形势异常严峻的后果。据调查发现，企业需求与人才供给完全不对称，学生就业难而且企业招人也难的现象。在就业形势如此严峻的情况下，职业规划对一个大学生来说就显得很重要了。而看清市场需求则是职业规划的前提。目前，对于电子行业，嵌入式系统的发展势如破竹，据统计目前仅单片机设计行业至少有20-30万的人才缺口，仅北京市场嵌入式硬件开发工程师的需求就已经超过了5万人，而且还在持续
11、增加。面对如此大的市场需求，相信大家有必要了解一下单片机。 单片机这门课是一科非常重视动手实践的科目，不能总是看书，但是也不能完全不看书。单片机并不象传统的数字电路或模拟电路那样比较直观，原因是除了“硬件”之外还存在一个“软件”的因素。正是这个“软件”的原因使得许多初学者怎么也弄不懂单片机的工作过程，怎么也不明白为什么将几个数送来送去就能让数码管显示一串字符或控制一个电机的变速。对初学单片机的人来说，需要从书中大概了解一下单片机的各个功能寄存器，如果看的多了反而容易搞乱，现在市场上大多数讲单片机的书一开始就讲解较复杂的内存、地址、存储器什么的，更让初学者感到不知所云、难以入门。如果按教科书式的
12、学法，上来就是一大堆指令、名词，学了半天还搞不清这些指令起什么作用，能够产生什么实际效果，那么也许用不了几天就会觉得枯燥乏味而半途而废。简单的说，使用单片机实际上就是用我们自己编写的软件去控制单片机的各个功能寄存器。再简单些，就是控制单片机哪些引脚的电平什么时候输出高电平，什么时候输出低电平。由这些高低变化的电平来控制外围电路，实现我们需要的各个功能。例如：在单片机应用系统中，经常需要通过RS-232串行口与微机进行通信。目前在各种操作系统中，Microsoft的Windows较为常见，而且大多为Windows95/98等32位平台。以往在Windows平台上的串行通信多使用其提供的API函数
13、来实现，这种方法使用起来需要许多底层设置，因而较为繁琐，并且难以理解。Microsoft推出的ActiveX技术提供了另外一种实现串行通信的方法。这种方法不仅相对较为简单，而且非常实用。尤其是Visual C+这种可视化面向对象的编程环境中，可以真正把串口看作一个对象，编程时只需简单的设置，理解起来也很容易。 学习单片机的最有效方法是理论与实践并重。学习与实践结合，边学习、边演练，循序渐进，这样举一反三，就能将用到的指令理解、吃透、扎根于脑海，甚至“根深蒂固”。也就是说，当你此次学习完某几条指令后（一次数量不求多，只求懂），接下去就该做实验了，通过实验，使你感受刚才的指令产生的控制效果，眼睛看
14、得见（灯光）、耳朵听得到（声音），通过这些感性认识就能深刻理解指令是怎样转化成信号去控制电子元器件的。单片机的特点 ：具有优异的性能价格比；集成度高、体积小、可靠性高 ；控制功能强 ；低电压、低功耗 单片机的应用 ： 1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。 3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 4
15、 、在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。 5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。 单片机的基本组成 ：它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0P0 。 7 ： P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8
16、位双向数据总线用。在EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。P1. 0 P1. 7 （ 18 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 为了高效的掌握单片机技术，拥有一款价廉物美的单片机开发套件则是非常重要的，这样我们就可以将自己设计的程序真正的在单片机里运行起来。以前的单片机硬件开发平台上千元的价格并不是一般的初学者所能够承受的。针对这样的现状，为了帮助更
17、多想学单片机又没有经济能力的同学，我在电子创新实验室开发了一套超高性价比的单片机开发套件。该套件以它自身的结构特点，可用于8位单片机基础学习、各种电子方面的课程设计、相关单片机的毕业设计、电子方面的各种竞赛以及微控制器方面的项目研发等。它成为我追求嵌入式系统高手梦想的基石！ 开发板摆在你的面前，亲自操作它，才会有深刻的体会，才能学明白它。从最简单的流水灯实验做起，等你能让那八个流水灯按照你的意愿随意流动时你已经入门了，你会发现单片机是多么迷人的东西，当你编写的程序按你的意愿实现时，你能体会到学习单片机带来的无穷乐趣！ 等初步学会了单片机软件设计后，可将通常由硬件完成的工作交由软件实现，这样，系统的体积、功耗、成本将大大降低，而功能得到提升与增强，使习惯于传统电路设计的人对单片机产生一种妙不可言的相见恨晚之感，真正感受、体会到现代单片微型计算机的强大作用，从而投身于单片机开发的行业中。从此，你的人生因为有了单片机而精彩！ 还等什么呢，行动起来吧，找一套独特的造型、超高的性价比、详尽资料配备单片机开发板开启8位单片机教程的新高潮。在短期内，你将领略从8位单片机硬件设计到软件开发的整个过程，惊喜、激动、欢呼都将是你的切身体会，只要你肯努力、下功夫、多实践，一定会成功的！