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    制作机器人常用单片机简介
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    入门首选AT89S51系列单片机

    图1

    AT89S51 适合做单片机学习板、电子时钟、超声波测距仪等不需要采集模拟量和控制大功率外部元件的电路。S51与过去的C51的区别在于,S51支持ISP在线编程,即C51需要几百元的编程器编程,而S51仅需一条25针并口线和非常简单的转换电路,接在台式电脑打印机接口上,通过电脑中烧写程序的小软件,即可实现对S51单片机编程。从这一点看,AT89S51是制作机器人控制部分的入门之选。

    爱好者制作机器人首选 AVR系列单片机

    图2

    AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机,具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗等特点。AVR单片机比51单片机的运行速度快得多,其内部还集成了多路A/D转换器、电压比较器、ISP、I2C、JTAG总线电路、UART串口、大功率I/O口、看门狗等实用电路,并且很多AVR单片机型号有EEPROM、FLASH、SRAM三种存储器,可以实现实时修改程序存储器中的内容,即AVR单片机可以自己修改自己的程序。同时,AVR单片机一般能工作在宽电压范围(2.7~6.0V),有的居然可以在1.8V电压下工作。虽然以上这些性能只是AVR众多性能中的一部分,然而已经让51系列单片机望尘莫及了。如此高性能的单片机,价格居然和51单片机差不多,比如ATmega8价格为8元左右,ATmega16在13元左右,这是AVR有极高性价比的真实写照。AVR 家族人丁兴旺,包括ATinyAVR(微小型)、低功耗类、ATmegaAVR 高、中、低档5 类单片机。它们都基于同一核心技术,但在内部集成的电路多少上有所不同。不论你要做电子手表,还是进行视频处理,都有一款合适的AVR 单片机能满足你的需要。AVR的I/O口能输出20mA和吸收40mA的电流,不仅可直接驱动LED,甚至可直接驱动微型直流减速电机,而且AVR的I/O口可编程设置成输入、输出、高阻态,是真正的3态I/O口。根据任务具体需要,选择最合适的单片机,使单片机资源充分利用,使系统性价比达到最高,同时兼顾未来扩展要求,不要一味选用高性能单片机,这就是单片机的选型原则。

    高级机器人控制器 ARM

    图3

    ARM是一个公司名,他们基于同一内核设计了很多高性能处理器,这些处理器都叫ARM。该技术被很多公司购买后生产出了集成很多功能电路的ARM芯片,使得ARM成为高性能单片机。ARM一般为32位单片机,适于处理大量复杂数据,很多ARM装上UCOS、Windows CE、Linux操作系统,能同时运行多个程序。ARM广泛应用于手机、MP3、GPS导航仪、吸尘机器人等产品上。

    用ARM+操作系统做超声波测距仪––杀鸡用了牛刀,用AVR中档单片机做机器视觉––有些吃不消。如果把他们调换一下,就恰到好处了。

    音频/视频处理首选DSP

    图4

    DSP数字信号处理,是一种独特的微处理器,是一种以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接受模拟信号,转换为0或1的数字信号,在对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。他的强大数据处理能力和高速运行速度,是值得称道的两大特色。

    在高速小车循线、语音识别等领域,DSP被广泛应用。但如果仅用DSP检测及格碰撞开关、控制几个电机,当然会显得大材小用。

    新兴控制器FPGA

    图5

    FPGA,即现场可编程门阵列,是在PAL、GAL、CPLD的可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路出现的,系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接,把FPGA内部的逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。简单说,如果使用者想开发一个用简单数字逻辑电路就能控制的小车,又闲搭电路麻烦,他就可以用软件给一个FPGA编程,让它实现数字电路功能,去控制小车。也就是说,FPGA可被用来模拟各种电路,有的FPGA甚至能模拟51单片机的运行。由于FPGA通过编程即可修改它模拟的电路结构,因此在系统实验、调试中很方便,很多爱好者正尝试用FPGA做机器人控制器。

    其他可供选择的单片机

    MSP430系列单片机

    图6

    这个系列的单片机也比较适合于机器人开发,是美国德州仪器推向市场的一种16位、具有精简指令集、超低功耗的混合信号处理器。MSP430系列单片机采用的是1.8~3.6v电压,因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时,芯片的电流会在200~400μA,时钟关断模式的最低功耗电流只有0.1μA。MSP430系列单片机的各成员都集成了比较丰富的片内外设,分别是看门狗、模拟比较器、定时器、串口0/1、硬件乘法器、10位/12位ADC、直接寻址模块、I/O端口、基本定时器等外围模块的不同组合。MSP430系列单片机的开发工具也比较简单,价格也相对低廉,并且也可以在线编程。

    PIC单片机

    图7

    可用于机器人开发,是8位单片机,产品种类丰富,采用精简指令集,有不错的开发环境,引脚驱动能力强,可直接连接继电器控制强电。自带看门狗,有睡眠和低功耗模式,但很多性能不如AVR和MSP430系列单片机。

    凌阳单片机

    图8

    比较适合机器人开发,以16位计算为核心,集成不同规模的RAM、ROM和其他丰富的功能电路,使用者可以根据自己需要选择集成了特定功能电路的凌阳单片机系列。凌阳单片机指令系统提供了具有较高运算速度的16位乘法运算指令和内积运算指令,为其应用添加DSP功能,因此适合进行语音识别。

    世界上有种类繁多的单片机,他们当中绝大多数都可以用来控制机器人,只是存在合不合适的问题。选择一种单片机之前,首要要明确自己所面对的实际任务需要什么性能的单片机,考虑哪种单片机学起来比较容易、学习资料容易获取,可供参考的程序和案例更加丰富,哪种单片更容易获得编程软件和下载器等。