1、精選優質文檔-傾情為你奉上3. 電路模塊的設計從本課題設計的六自由度機械手結構及各方面因素綜合考慮，我們可以在機械手的每個活動關節相配一臺舵機提供動力驅動。與液壓、氣壓驅動相比，其驅動源和系統較為簡單，舵機又是配套的通用產品，規格齊全，容易得到，不需要另行設計，在位置精度要求不高的情況下，控制系統方便。本設計采用AT89S51單片機來控制六個舵機從而分別控制六自由度機械手的旋轉或曲擺。采用Protel99se 畫圖軟件進行電路圖的繪制。其電路主要分為三大模塊：電源開關控制模塊;USB接口燒寫模塊及AT89S51單片機模塊。3.1 電源開關控制模塊如圖3-1所示為本電路的電源控制部分，SW2為外

2、加電源開關，SW3為伺服電機電源選擇開關，D1外接電源指示，其用途說明如下：圖3-1 電源開關控制電路圖一般單臺伺服電機工作時，所需要的電壓為5V，消耗的電流為200-300mA。故使用單臺伺服電機時，可將SW3切換到5V，也就是將電路板的SW3的1-2腳連接（利用2.54mm排針短路Pin）。此時所有伺服電機的電源均來自USB接口所提供的5V，若一次同時用到多臺伺服，那么USB接口所提供的電流就會不夠伺服電機使用，此時就必須以外加電源的方式，來供給伺服電機所需的電壓及電流。所以將SW3切換到外加電源端，也就是將電路板里的SW3的2-3腳連接并在JPW引腳加入伺服電機所需的電源6V,如此方能有

3、足夠的電流提供給多臺伺服電機使用。因為本電路使用單片機控制六個伺服電機，所以需要使用外加電源來提供給J1-J6的伺服電機的轉動。3.2 USB燒寫接口模塊為了給單片機燒錄程序，如果設計的電路板上沒有燒錄模塊，就不得不頻繁的插拔單片機在開發板上進行程序的擦寫，這樣容易造成單片機引腳的折斷。為了方便程序擦寫，采用了USB-ISP下載線，并在電路板上設計ISP接口模塊，然后通過軟件Keil uvision2進行程序的擦寫。USB-CHIP下載線基本原理是ATMEGA8芯片進行USB串口協議的軟件模塊和ISP接口下載。圖3-2 USB接口燒寫器電路圖該設計的最大特色在于使用了USB接口的燒寫電路，除了

4、通過計算機的USB接口燒寫程序外，也通過它取得計算機提供的5V電壓給電路板使用，故實驗的過程中，不再需要電源供應器，便可執行單片機程序的燒寫及燒寫完成后程序的執行電路圖如圖3-2所示在上圖中，USB1為與個人計算機連接的USB接口的接頭，而USB接口共有4個引腳，分別為+5V,D-,D+和GND就是本電路板的電源來源。USB接口通過USB CHIP芯片來完成與計算機的數據傳輸，最后再經由4條信號線來寫入及讀取AT89S51的程序代碼，也由于使用USB接口來讀/寫程序，所以適合沒有打印機端口的個人計算機或是筆記本電腦編寫程序使用3.3 單片機最小系統設計Atmel公司的AT89S51芯片是51內

5、核的單片機。AT89S51是一個低功耗，高性能的CMOS8位單片機，片內含8K空間的可反復擦寫1000次得Flash只讀存儲器，具有256bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32的I/O口，2個16位可編程定時/計數器。此部分模塊為AT89S51單片機工作的基本電路，如圖3-3所示，其包含的電路功能如下。（1）.振蕩電路：有XT1晶體振蕩器及C1，C2陶瓷電容組成。（2）.復位電路：由SW1復位按鈕、R2及C3組成。（3）.JP0-JP3：單片機AT89S51 P0-P3的輸出。（4）.RE1：為10K的上拉電阻，當AT89S51單片機的P0欲作為輸出引腳時，必須用4.7-10k的上拉電

6、阻接于欲當成輸出的P0引腳上。舵機需要高電平驅動，標準I/O口上拉電流較小，所以要用上拉電阻，本設計中使用PO口控制，因為PO口外置上拉電阻。3.3.1 AT89S51芯片如圖3-1所示為MCS-51單片機的基本結構框圖，它由8個部分組成，即中央處理器（CPU）、片內數據存儲器（RAM）、片內程序存儲器（ROM）、輸入輸出暗扣、可編程串行口、定時/計數器、中斷系統及特殊功能寄存器的幾種控制方法。圖3-3 AT89S51基本電路微處理器（運算部件）控制部件BRAMP0口P2口ROMP1口串行口定時/計數器P3口終端系統特殊功能寄存器圖3-1 MCS-51芯片內部基本結構框圖單片機AT89S51芯

7、片各個引腳功能見表3-1所示：表3-1 AT89S51引腳定義引腳序列接口引腳功能18P1.0P1.78位準雙向IO口9RST復位輸入口10P3.0/RXD串行輸入口/P3.0I/O口11P3.1/TXD串行輸出口/P3.1I/O口12P3.2/INTO外部中斷0輸入口/P3.2I/O口13P3.3/INT1外部中斷輸入口/P3.3I/O口14P3.4 /T0定時計數器0輸入口/P3.4I/O口15P3.5/T1定時計數器輸入口/P3.5I/O口16P3.6/WR外部數據存儲器寫選通/P3.6I/O口17P3.7/RD外部數據存儲器讀選通/P3.7I/O口1819XTAL1XTAL2時鐘振蕩器

8、的輸入輸出口20GND信號地2128P2.0P2.78位雙向IO口存儲器的高8位地址29PSEN程序存儲允許信號端30ALE/PROG片外存儲器地址鎖存信號端31EA/VPP片外存儲器地址鎖存信號端3239P0.0P0.7數據/低八位地址復用口40VCC正向電源輸入端3.3.2 復位電路本單片機的工作方式包括：復位方式、程序執行方式、低功耗操作方式以及EPROM編程和校驗方式。單片機不同的工作方式，代表單片機處于不同的工作狀態。該單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種，本系統采用手動復位。單片機復位是使和系統中的其他功能部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作，例如復位后PC0

9、000H，使單片機從第一個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發生故障后都要復位。單片機復位的條件是：必須使RST引腳加上持續兩個機器周期（即24個震蕩周期）的高電平。本系統時鐘頻率為12MHz，每個機器周期為1us，則只需2us以上時間的高電平，在RST引腳出現高電平后的第二個機器周期執行復位。單片機的覅為電路如圖3-2所示。圖中C5為上電復位電路，它是利用電容充放電來實現的。在接電數瞬間，RST端得電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。只要保證RST為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位，本設計按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端與電源VCC按通面實現的。圖中C5去22µF，R2去4.7k，只需按下S4鍵，此時電源VCC經過R2分壓，在RST端產生高電平，兩個機器周期后單片機復位。3.3.3 時鐘電路MSC-51單片機格功能部件運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊的一步一步地工作，因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也有直接影響單片機系統的穩定性。常用的時鐘電路設計有兩種方式。一種是內部