发布时间 : 星期六 文章机器人结构及控制电路更新完毕开始阅读
机器人结构及控制电路
（一）结构和组成
1、机械部分：?足式 ?履带式 ?轮式 2、传感器：?红外测距传感器 ?色差传感器
（一般用于机
器人寻迹） ?温度探测器（用于检 测主板温度和电机温度，便于提高系统性能的稳定性）
3、控制器：大部分机器人均用自动控制装置，一般采用8位单片机，辅助以外部电路。
4、驱动源：?电源部分：一般用容量较大的锂电池，但也用铅蓄电池和干电池。?电机部分：一般选用连续轨迹的伺服电机，但也有步进电机。
（二）控制电路（主要是以类似于触角式机器人为例）
1、控制器的类型
① 串型处理结构：一般有单CPU结构、集中控制方式和两级CPU结构、主从式控制方式及多CPU结构、分布式控制方式。（注：触角式属于单CPU控制结构）
② 并行处理结构：开发机器人控制专用超大规模集成电路（VLSI）和利用有并行处理能力的芯片式计算机（如Transputer、DSP)构成并行处理网络及利用通用的微处理器。 2、三种机器人控制器的比较【注：单片机亦称微型电脑或单片微型计算机，国际上称为微控制器，就是将中央处理单
- 1 -
元（CPU）、程序存储器(ROM)、数据存储器（RAM)及输入输出（I\\O）端口等部件集成在一片大规模或超大规模集成电路上的超微型计算机】
① 51系列单片机：应用最广泛的8位单片机首推Intel的51系列，它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器或布尔代数。典型产品是8051，片内有4KB的一次性可编程（OTP)存储器，还有AT89C51、AT89C52等产品成为当今最流行的8位单片机。51系列单片机I\\O设置和使用非常简单。
② PIC系列单片机：PIC系列单片机是美国微芯公司的产品，是当前市场份额争长最快的单片机之一。PIC系列的单片机共分三个级别：基本级、中级、高级。其中又以中级的PIC16F873(A)【28脚】、PIC16F877(A)【40脚】用得最多，具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点，以后用这两种单片机为例进行说明。PIC系列单片机的I/O端口是双向的，其输出为CMOS互补推挽输出电路。
③ AVR系列单片机：AVR系列单片机是Ateml公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。有下面三种为代表：AT90S2313(简装型）、AT90S8515、AT90S8535（带A/D转换）。AVR系列的单片机的I/O引脚类似PIC系列单片机。
- 2 -
3、PIC系列单片机性能特点【由于PIC系列的芯片的稳定性能和抗干扰能力较强，所以触角式机器人选了该平台的控制系统】
① 哈佛（Harvard)双总线结构：数据和指令传输总线完全分开，以避免典型的普通复杂指令集计算机（CISC)设计中经常出现的瓶颈问题。所以与常见的的微控制器不同的一点是：程序和数据总线可以采用不同的的宽度，数据总线都是8位的，但低档、中档和高档系统的指令总线位数分别是12、14和16位。下图是不同结构的计算机示意图：
数据和 CPU 程序存储器 数据存储器 CPU 程序存储器 （哈佛结构）
② 指令单字节化：因为数据总线和指令总线是分离的，并且采用了不同的宽度，所以程序存储器（ROM)和数据存储器（RAM)的寻址空间（即地址编码空间）是相互独立的，而且两种存储器宽度也不同。这样的设计不仅可以保证数据的安全，还能提高运行速度和实现全部指令的单字节化。
③ 类RISC(RISC-like)结构：这为8位单片机市场建立了一种事实上的新的性能标准，PIC单片机采用了小型机设计结构。
④ 寻址方式简单：PIC系列单片机只有四种寻址方式（即
- 3 -
寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和位寻址）。 ⑤ 代码压缩率高：1KB的存储空间，对于像51系列这样的单片机，大约只能存放600条指令，而对于PIC系列单片机，则能够存放的指令条数多达1024条。
⑥ 运行速度高：由于采用哈佛总线结构，以及指令的读取和执行采用了流水作业方式，使得运行速度大大提高。 ⑦ 功耗低：PIC系列的单片机功耗极低，在睡眠模式下耗电可以达到1μA以下。
⑧ 驱动能力强：I/O端口驱动负载能力较强，每个I/O引脚吸入和输出电流的最大值可以分别达到25mA和20mA，能够直接驱动发光二极管（LED）、光耦合器或者微型继电器。 ⑨ IIC和SPI串型总线端口：用这两种串型总线技术可以实现芯片间同步串型数据传输。
⑩ 寻址空间设计简单:PIC系列单片机的程序、堆栈、数据三者各自采用互相独立的寻址（或抵制编码），而且两者的地址安排不需要用户操作。
4、PIC16F87X单片机的结构和特点【触角式机器人选用的单片机型号为PIC16F877】
① 高速度 ② 低功耗
③ 用户可选择振荡器
④ 具有程序代码保护功能（可通过对片内EEPROM保密
- 4 -