发布时间 : 星期六 文章基于单电机控制的机械手毕业设计论文更新完毕开始阅读c8a5486eef06eff9aef8941ea76e58fafab045ed
河北工程大学毕业设计论文
硬件设计由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示。
图1-1机械手系统组成
要实现机械手所期望实现的功能，机械手的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。它们之间的相互关系如图1-2 所示。
图1-2 机械手控制系统
3.2 基本流程
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⑴功能定义
功能定义过程中，要明白想做什么。一个结合自己知识自己积累情况和实力的切实可行的想法是项目得以实施的关键。一般容易目标过高，此时由于条件受限将无法实现。 ⑵方案选定
列出实现功能可能的几种方案。方案的内容一般是由什么芯片实现什么功能，以及这些芯片之间如何接口。对于主要芯片，还要致电厂商询问有无现及价格。要对这些方案进行对比分析，综合考虑其价格，可参考设计等内容来取舍。最后要选定一种方案实施。功能更多的功能，这时，可以考虑更改功能定义，充分利用芯片潜能增加功能。有些功能的存在芯片无法满足要求或成本成倍增加，则考虑暂时去掉某些功能。流程图中的虚线箭头反映了这种关系和影响 ⑶电路原理图设计
根据方案选定的结果，将所选择芯片的各信号引脚以一定的规律和自己的设计考虑连接起来。一般使用Protel电路制作软件。电路原理图设计与软件设计之间有一个双向箭头，意指在进行电路原理图设计一定充分考虑到将来进行软件设计师的一些需要。比如，要给软件保留那些输出接口，软件体系结构对硬件电路的设计有无何特殊要求。 ⑷采购元件
电路原理图设计完成之后,便可通过各种途径购买元件了。对于常用元件，北京地区可到中关村电子市场购买。对于一些北京市场上没有的芯片，要通过互联网查询，并通过邮购，特快传递等方式购买。 ⑸印制电路板设计
元件购买齐全之后，就要根据元件的封装情况来设计印制电路板。因为印制电路板不同 于导线连接的电路，修改起来非常麻烦，并增加了电路工作的不可靠性，因此，要尽量确保印制电路板上的元件封装确定，最好将印制电路板以打印出来，然后奖元件放置在图上进行核对。 ⑹电路板加工
电路板加工一般请专门的厂商进行，当然需要向他们支付费用。设计者将印制电路通过电子邮件发给某个线路板制作商，一般可根据需要决定制作周期，一般从1天到10天不等，当然，加工越快，价格越高，工艺质量相对越差。 ⑺电路焊接与硬件调试
经过数天，电路板制作完成后，只要有配置基本的焊接工具，就可以进行电路焊接了因为还无法确保电路可以按设计正常，因此焊接过程其实也是硬件调试过程。按照一定顺序，对各个功能模块的元件依次焊接，并依次进行测试，有必要时，可能还需要割线飞线，直至调通硬件。如果出现大的原则性错误，比如弄错封装型式，则有可能需要重新制版。
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⑻软件设计
硬件调试通过以后，以后的工作便是调试软件了。在这个过程，可以再关心硬件的细节。参考设计过程中的电路原理图，以及所用芯片的相关资料，在编写硬件电路的软件程序。硬件电路设计与软件程序编写必须相辅相成，相得益彰，才能使所设计功能顺利实现。
3.3控制器的核心—单片机的选型与设计
单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
单片机是控制器工作的核心，它的性能直接影响到控制器的工作性能。为了使用方便，系统要求可以进行在线改写，并能在断电情况下保存数据而不需要保护电源，同时为了实现真正的单片控制，最好系统使用尽可能少的外部扩展芯片，提高系统运行的可靠性，所以我们要求使用的单片机具有片内电擦除可编程只读存储器EEPROM。
基于以上原因，我们在众多的单片机类型中选取了宏晶科技生产的STC12C5628AD系列单片机作为控制器的核心控制芯片。
3.3.1芯片引脚说明
单片机是整个控制器的核心，它性能的好坏直接影响到整个系统的性能。通过对机器人控制功能的分析，决定采用宏晶科技生产的STC12C5628AD系列单片机作为控制器的核心控制芯片。用于实现数据采集，和PC机的通信处理，和从机共同实现数据的中断计数处理，电机驱动检测信号的模拟量输入，对电机驱动芯片提供输入信号等。
STC12C5628AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）单片机，是高速/功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。芯片引脚布局如图3-2所示。
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3-2单片机引脚图
⑴ 增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。 ⑵ 工作电压：
STC12C5628AD系列工作电压：5.5 V - 3.5 V（5V单片机）/ 3.6 V – 2.2 V(3 V 单片机)。
⑶ 工作频率范围：0 – 35 MHz，相当于普通8051的 0~ 420MHz。 ⑷ 用户应用程序空间 30K/ 28K/ 24K/ 20K/ 16K/ 12K/ 8K/ 4K 字节 ?? ⑸ 片上集成768字节RAM。
⑹ 通用I/O口（27 / 23 / 15 个），复位后为：准双向口 / 弱上拉（普通8051传统I/O口）。
可设置成四种模式：准双向口 / 弱上拉，推挽 / 强上拉，仅为输入 / 高阻，开漏。每个I/ O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA。
⑺ ISP（在系统可编程）/ IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/ P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
⑻ EEPROM 功能。 ⑼ 看门狗。
⑽ 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）。 ⑾ 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器。
用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。 常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz~6.8MHz。
精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造差和温漂，应认为是4MHz~8MHz。
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