本科学年论文
简易人形机器人的设计
院系电子信息工程学院自动化系专业名称自动化
年级2008级
学生姓名张宇哲
学号 00824058 指导教师仲兆楠
日期 2011年09月
摘要
本文介绍的人形机器人采用新华龙公司的C8051F310单片机为控制核心，利用舵机完成人形机器人的各种动作。该人形机器人可以完成下蹲、起立、走步，侧移和踢球等动作。舵机均采用单片机C8051F310内部的PCA模块产生的PWM 波调节其转向和转角的大小从而实现人形机器人的各种动作。
关键字：C8051F310 舵机PCA模块PWM
Design and Realization Humanoid Robot
Based on MCU
Abstract
Humanoid Robot that is described in this article is using Nc Dragon single-chip microcomputer as control core，using rudder to complete various action。The Humanoid Robot can complete the squatting , standing up , walking , lateral moving and kicking actions. Rudder is controlled by PWM waves produced by C8051F310 MCU internal PCA module . Those actions is achieved through adjusting steering and rudder angle .
Keywords:C8051F310 Rudder PCA module PWM
概述 (3)
硬件电路设计 (3)
一．电源电路 (3)
二．单片机电路 (3)
三．RS 485总线 (4)
四．舵机电路 (4)
五．P C B制作 (5)
软件设计 (7)
一．主板程序 (7)
二．子板程序 (22)
总结 (27)
附录 (28)
本次的设计主题为人形机器人，主要对人形机器人的腿部进行设计与制作。使用新华龙C8051F310单片机作为主控芯片。通过该单片机的PCA模块产生的PWM波来控制舵机的运动。对腿部的控制需要三块电路板，一块主控板，两块从板。主控板主要用来通过485总线向从板发送数据指令，而从板则接收主板的指令来完成相应的控制。舵机的具体动作时依靠从板的控制来实现的。
硬件电路设计
本次所设计的机器人是由新华龙C8051F310控制，两条人形机械腿由十二个舵机组成由三块电路板控制。且三块电路板由三名组员分别设计完成。其中一块主控板控制两块从板，通过485总线进行通信，从而实现机械腿的协调动作。我主要负责从板的设计与制作，以下将从板的设计进行说明。
一．电源电路
电源芯片采用AZ1084和LM1117。其中AZ1084输入电压为7.2v，输出电压为5v，LM1117输入电压为5v，输出电压为3.3v。F310单片机的工作电压是3.3v，因此需要经过两次降压达到3.3v。为了稳定工作电压，采用IB0505LS来稳定单片机的工作电压。
二．单片机电路
单片机及用来调试的接口电路如下：
本单片机的晶振为32.768MHZ，但是在后期的测试发现外部晶振输出不稳定，因此采用的是内部晶振。我们所设计的机器人总共有12个舵机，而这款F310
最多只能输出5路PWM，因此需要3块板子。
三．RS485总线
本设计采用485总线进行通信通过主板发出指令来控制从板从而控制各个舵机的工作：
四．舵机控制电路
每块从板上共有六组舵机驱动，用P117光耦进行隔离电路图如下：
五．PCB制作：
PCB制作如下：
一下分别为PCB设计图以及对应的3D图
程序设计
本设计的程序一C语言来编写。程序的初始化可通过新华龙公司的专用软件（configuration wizard2）来完成，不用编程者自己完成，所以初始化相对方便。程序的主体部分由两部分组成，一部分为主板程序，控制单片机用串口模块来向从板发指令，主板的程序只发送相应的指令来协调舵机的运动。而从板的程序主要用来接受指令，并且是相应的舵机作出相应的动作。具体的动作实在从板的程序中完成的。
程序设计如下：
一．主板程序
void Uart_Send(unsigned char x)
{
SBUF0=x;
while(!TI0);
TI0=0;
}
void PCA_Init()
{
PCA0CN = 0x40;
PCA0MD &= ~0x40;
PCA0MD = 0x02;
PCA0CPM0 = 0xC2;
PCA0CPM1 = 0xC2;
PCA0CPL0 = 0x49;
PCA0CPL1 = 0x43;
PCA0CPH0 = 0xEC;
PCA0CPH1 = 0xEB;
}
void Port_IO_Init()
{
// P0.0 - Skipped, Open-Drain, Digital
// P0.1 - Skipped, Open-Drain, Digital
// P0.2 - Skipped, Open-Drain, Digital
// P0.3 - Skipped, Open-Drain, Digital
// P0.4 - TX0 (UART0), Open-Drain, Digital
// P0.5 - RX0 (UART0), Open-Drain, Digital
// P0.6 - CEX0 (PCA), Open-Drain, Digital
// P0.7 - CEX1 (PCA), Open-Drain, Digital // P1.0 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.1 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.2 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.3 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.4 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.5 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.6 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P1.7 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P2.0 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P2.1 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P2.2 - Unassigned, Open-Drain, Digital
// P2.3 - Unassigned, Open-Drain, Digital
P0SKIP = 0x0F;
XBR0 = 0x01;
XBR1 = 0x42;
}
void Oscillator_Init()
{
OSCICN = 0x82;
}
void Timer_Init()
{
TCON = 0x40;
TMOD = 0x20;
CKCON = 0x01;
TL1 = 0x61;
TH1 = 0x61;
}
void UART_Init()
{
SCON0 = 0x10;
}
void Interrupts_Init()
{
IP = 0x10;
IE = 0x80;
}
// Initialization function for device,
// Call Init_Device() from your main program
void Init_Device(void)
{
PCA_Init();
Port_IO_Init();
Oscillator_Init();
Timer_Init();
UART_Init();
Interrupts_Init();
}
以上为CONCIGRITION WIZARD2程序所生成的初始化程序，程序中对PCA，定时器,串口，以及各个端口进行初始化设置。
void Delay(unsigned int x)
{
unsigned int y,z;
for(y=0;y for(z=0;z<50;z++); } void Uart_Send(unsigned char x) { SBUF0=x; while(!TI0); TI0=0; } 以上为主程序中使用的延时以及串口发送子程序，由于主板只需要发送数据，所以只有数据发送程序。 以下为主板中控制各个动作的子程序，所执行的动作有站立，行走，左移，蹲下，站起，踢腿。每个动作都以for循环来实现，目的是使舵机的偏角一点点改变，不至于一下子打到设定的位置。 void Walk(void) { uchar i; for(i=0;i<11;i++) //右腿2，3，4关节抬起。 { Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(64-3*i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+2*i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136-i); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_1); //左腿1，5关节调节重心位置Uart_Send(142-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143+i); Delay(200); } Delay(1500); for(i=0;i<11;i++) { Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(153-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_2);//左腿弯曲，使右脚落地 Uart_Send(45-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50-i); Delay(200); } Delay(500); for(i=11;i>0;i--) { Uart_Send(walk_you_2);// 右腿伸直 Uart_Send(64-3*i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+2*i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136-i); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_2);//左腿伸直 Uart_Send(45-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50-i); Delay(200); } Delay(1500); for(i=0;i<11;i++) { Uart_Send(walk_zuo_2);//左腿抬起迈步 Uart_Send(45+i*3); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-2*i); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50+i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_1);//调节重心 Uart_Send(20+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(30+i); Delay(200); } Delay(1500); for(i=0;i<11;i++) { Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(40-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2);//右腿弯曲，使左腿落地Uart_Send(65+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+2*i); Delay(200); } Delay(1500); for(i=10;i>0;i--) { Uart_Send(walk_zuo_2);//左腿伸直 Uart_Send(45+i*3); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-i*2); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50+2*i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_1); Uart_Send(20+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2);//右腿伸直 Uart_Send(65+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+i); Delay(5); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+i*2); Delay(200); } Delay(1500); } void Stop() { Uart_Send(walk_you_1); Uart_Send(13); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142); Delay(100); Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(65); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_2); Uart_Send(45); Delay(100); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(91); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(93); Delay(100); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50); Delay(100); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(32); Delay(5); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143); Delay(100); } void Dunxia() { uchar i; //蹲下 for(i=0;i<16;i++) { Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+i*4); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-i*4); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(65-i*3); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_2); Uart_Send(45+i*2); Delay(500); } for(i=0;i<20;i++) Delay(2000); //站起 for(i=15;i>0;i--) { Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+i*4); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-i*4); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(65-i*3); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_2); Uart_Send(45+i*2); Delay(500); } } void Dunxia_bf_Left_Move() { uchar i; for(i=0;i<11;i++) { Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_2); Uart_Send(45+3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(65-3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+i); Delay(400); } } void stand_af_Left_Move() { uchar i; for(i=10;i>0;i--) { Uart_Send(walk_zuo_2); Uart_Send(45+3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(65-3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(91-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(93+2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(50-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+i); Delay(400); } } void Left_Move() { uchar i; for(i=0;i<11;i++) { Uart_Send(walk_zuo_2);//向左移动左腿 Uart_Send(75+3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(71-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(40+i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143+2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_1); Uart_Send(20-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(30+i); Delay(500); } Delay(5000); for(i=10;i>0;i--) { Uart_Send(walk_you_1); Uart_Send(20-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(30+i); Delay(500); } Delay(2000); for(i=10;i>0;i--) { Uart_Send(walk_zuo_2);//左腿伸直 Uart_Send(75+3*i); Uart_Send(walk_zuo_3); Uart_Send(71-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_4); Uart_Send(40+i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143+2*i); Delay(2); // Uart_Send(walk_you_2);//右腿后蹬// Uart_Send(65-3*i); // Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(103+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_1); Uart_Send(30-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(20+i); Delay(500); } Delay(5000); for(i=0;i<11;i++) { Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2);//抬起右腿 Uart_Send(35-2*i); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(103+3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136+3*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_1); Uart_Send(30-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(20+i); Delay(500); } Delay(5000); for(i=10;i>0;i--) { Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142-i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143-i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(35-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(113+2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(146+2*i); Delay(2); Delay(500); } Delay(5000); } void kick_ball() { uchar i; for(i=0;i<11;i++)//重心左移 { Uart_Send(walk_zuo_1); Uart_Send(142-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_zuo_5); Uart_Send(143-2*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_5); Uart_Send(30-2*i); Delay(500); } Delay(10000); for(i=0;i<11;i++)//向后方抬起右腿 { Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(65+5*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(91+2*i); Delay(2); Delay(1000); } Delay(20000); for(i=0;i<4;i++)//向前踢大腿 { Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(15+20*i); // Delay(2000); } // Delay(20000); for(i=0;i<6;i++)//向前踢小腿部分 { Uart_Send(walk_you_3); Uart_Send(111-11*i); Delay(2); Uart_Send(walk_you_4); Uart_Send(136-6*i); Delay(2); // Delay(2000); } Delay(5000); for(i=0;i<16;i++) //收回右腿 { Uart_Send(walk_you_2); Uart_Send(75-i); 一、嵌入式计算机系统体系结构 体系主要组成包括： 1. 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM 、ROM 、Flash 等）、通用设备接口和I/O 接口（A/D 、D/A 、I/O 等）。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM 中。 软件层功能层 2. 中间层 硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包（Board Support Package，BSP），它将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据BSP 层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。 3. 系统软件层 系统软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphic User Interface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。 4. 功能层 功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，而嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。 硬件的设计 本网关硬件环境以单片机S3C2440芯片和DM9000以太网控制芯片为主， 硬件电子电路基础 第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体 半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物） 二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子（－） ?空穴──电子跳走以后留下的坑（＋） 三、杂质半导体──N型、P型 （前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体（自由电子多） 掺杂为＋5价元素。如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增加原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体（空穴多） 掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增加 原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──＋3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子； P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构 分界面上的情况： P区：空穴多 N区：自由电子多 扩散运动： 多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。 （正、负离子不能移动） 留下了一个正、负离子区──耗尽区。 由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。 方向：N--> P 大小：与材料和温度有关。（很小，约零点几伏） 献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性，EMI，PS设计准会把你搞晕。别急，一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。 pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2)有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要 引言 嵌入式系统是以应用为中心，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。本文主要研究了基于SEP3202（内嵌ARM7TDMI 处理器内核）的嵌入式最小系统，围绕其设计出相应的存储器、总线扩展槽、电源电路、复位电路、JTAG、UART等一系列电路模块。 嵌入式最小系统 根据IEEE的定义，嵌入式系统是：控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式最小系统即是在尽可能减少上层应用的情况下，能够使系统运行的最小化模块配置。以ARM内核嵌入式微处理器为中心，具有完全相配接的Flash电路、SDRAM电路、JTAG电路、电源电路、晶振电路、复位信号电路和系统总线扩展等，保证嵌入式微处理器正常运行的系统，可称为嵌入式最小系统。对于一个典型的嵌入式最小系统，以ARM处理器为例，其构成模块及其各部分功能如图1所示，其中ARM微处理器、FLASH和SDRAM模块是嵌入式最小系统的核心部分。 ?微处理器——采用了SEP3203； ?电源模块——为SEP3203内核电路提供2.5V的工作电压，为部分外围芯片提供3.3V的工作电压； ?时钟模块（晶振）——通常经ARM内部锁相环进行相应的倍频，以提供系统各模块运行所需的时钟频率输入。32.768kHz给RTC和Reset模块，产生计数时钟，10MHz作为主时钟源； ?Flash存储模块——存放嵌入式操作系统、用户应用程序或者其他在系统掉电后需要保存的用户数据等； ?SDRAM模块——为系统运行提供动态存储空间，是系统代码运行的主要区域； ?JTAG模块——对芯片内部所有部件进行访问，通过该接口对系统进行调试、编程等，实现对程序代码的下载和调试； ?UART模块——用于系统与其他应用系统的短距离双向串行通信； ?复位模块——实现对系统的复位； 1绪论 1.1工业机器人概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全 生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。 图1.1机器人组成系统 1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计 硬件电路设计原理 嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤：设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板，如下图所示。 图1-1硬件设计的3个步骤 进行硬件设计开发，首先要进行原理图设计，需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”，除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件，用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具，将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来，构成一个完整的原理图。 原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁，它是设计工具软件自动布线的灵魂，可以从原理图中生成，也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能，这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。 原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时，可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能，完成复杂的印制电路板设计，达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。 电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步，也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础，因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤，如图所示。 图1-2原理图设计流程图 （1）建立元件库中没有的库元件 元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件，然后才能进行原理图设计。 当采用片上系统的设计方法时，系统电路是针对封装的引脚关系图，与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。 （2）设置图纸属性 设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台，才能够在上面设计符合要求的电路图。 （3）放置元件 在这个阶段，设计者根据原理图的需要，将元件从元件库中取出放置到图纸上，并根据原理图的需要进行调整，修改位置，对元件的编号、封装进行设置等，为下一步的工作打下基础。 （4）原理图布线 在这个阶段，设计者根据原理图的需要，利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线，将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。 （5）检查与校对 在该阶段，设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对，以保证原理图符合电气规则，同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。 （6）电路分析与仿真 这一步，设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能，对原理图的性能指标进行仿真，使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试，从而避免前期问题后移，造成不必要的返工。 第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习，我们貌似成功的点亮了一个LED小灯，但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的，所以我们不仅仅要学习编程知识，还有硬件知识，也要进一步的学习，这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点，去耦电容的应用，那首先要介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，很多朋友都有这样的经历，手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，实际上这就是“静电放电”现象，也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历，早期我们使用电钻这种电机设备，并且同时在听收音机或者看电视的时候，收音机或者电视会出现杂音，这就是“快速瞬间群脉冲”的效果，也称之为EFT。 3、以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的“浪涌”效果，称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多，我们这里不能一一列举，但是有些内容非常重要，后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电，可能已经达到3KV以上，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因为 这个电压虽然很高，电量却很小，因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。而且，即使不损坏，在2、3里边介绍的两种现象，也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦 嵌入式硬件电路设计需要考虑的七大问题（厚学网） 设计以MCU为核心的嵌入式系统硬件电路需要根据需求分析进行综合考虑，需要考虑的问题较多，这里给出几个特别要注意的问题. 1、MCU的选择 选择MCU 时要考虑MCU 所能够完成的功能、MCU 的价格、功耗、供电电压、I/O 口电平、管脚数目以及MCU 的封装等因素。MCU 的功耗可以从其电气性能参数中查到。供电电压有5V、3.3V 以及 1.8V 超低电压供电模式。为了能合理分配MCU 的I/O资源，在MCU 选型时可绘制一张引脚分配表，供以后的设计使用。 2、电源 （1）考虑系统对电源的需求，例如系统需要几种电源，如24V、12V、5V或者3.3V等，估计各需要多少功率或最大电流（mA）。在计算电源总功率时要考虑一定的余量，可按公式“电源总功率=2×器件总功率”来计算。 （2）考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般允许电源波动幅度在±5% 以内。对于A/D转换芯片的参考电压一般要求±1% 以内。 （3）考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源。 3、普通I/O口 （1）上拉、下拉电阻：考虑用内部或者外部上/下拉电阻，内部上/下拉阻值一般在700Ω 左右，低功耗模式不宜使用。外部上/下拉电阻根据需要可选 10KΩ～1MΩ 之间。 （2）开关量输入：一定要保证高低电压分明。理想情况下高电平就是电源电压，低电平就是地的电平。如果外部电路无法正确区分高低电平，但高低仍有较大压差，可考虑用A/D 采集的方式设计处理。对分压方式中的采样点，要考虑分压电阻的选择，使该点通过采样端口的电流不小于采样最小输入电流，否则无法进行采样。 摘要 导盲机器人是为视觉障碍者行动提供导航帮助的一种服务机器人，它利用多种传感器对周围环境进行探测，将探测的信息进行处理然后做出相应的反馈提供给驱动装置和视障者，以帮助使用者有效地避开障碍。 世界上视觉障碍者数量众多，而他们只能用60%的感觉来获取经验。因而设计一款实用的导盲机器人来帮助视觉障碍者是十分必要的。 本文在综述国内外现有导盲辅助工具特点的基础上，确定了导盲机器人的总体方案。机器人行走机构采用1个万向轮和2个差动轮的轮式结构，在两个差动轮中，有一个是由驱动电机，从而控制车体行进方向，机器人前进的动力由使用者自身提供。机器人采用西门子S7-200控制，配备射频传感器、红外传感器、超声波传感器等检测环境信息，并具有语音提示功能。机器人的主体控制思想为BP神经网络算法，基于这种算法，机器人可以选择合适的转动角度，确定最优运动路径。 关键词: 导盲机器人；避障；传感器；BP神经网络算法 Abstract As one of serving robots, The blind guiding robot is a novel device designed to help blind or visually impaired users navigate safely. it detects the environment information by the many kinds of sensors. And it sends the information to the blind and robot, and helps him/her know the environment and avoid the obstacle efficiently. Throughout the world, the number of blind is numerous, and the blind have to use 60% abilities of sensory. Designing a sort of practical blind guiding robot to help thevisual impaired persons has great significance. According to the characters in the blind guiding robot at home and abroad, a portable and reasonable general scheme is designed. The walking mechanism of the robot is the wheel-structure. It has one steering wheel and two universal wheels. and one of universal wheels is driven by the motor. The steering wheel controls the marching direction of the robot. The progressive power of robot is provided by the user. A PLC is used to control the behaviors of the robot. And the robot detects the environment with three types of sensors including Ultrasonic Sensor, Infrared Sensor, and a RFID sensor. The main program of robot is based on BP neural network algorithm, And the robot can select the appropriate rotation angle, to determine the optimal motion path. Key words:The blind guiding robot；Avoiding Obstruction；Sensor；BP neural network algorithm 模拟电路设计基础知识(笔试时候容易遇到的 题目) 1、最基本的如三极管曲线特性(太低极了点) 2、基本放大电路，种类，优缺点，特别是广泛采用差分结构的原因 3、反馈之类，如：负反馈的优点（带宽变大） 4、频率响应，如：怎么才算是稳定的，如何改变频响曲线的几个方法 5、锁相环电路组成，振荡器（比如用D触发器如何搭） 6、A/D电路组成,工作原理如果公司做高频电子的，可能还要RF知识，调频，鉴频鉴相之类，不一一列举太底层的MOS管物理特性感觉一般不大会作为笔试面试题，因为全是微电子物理，公式推导太罗索，除非面试出题的是个老学究 ic设计的话需要熟悉的软件adence, Synopsys, Advant，UNIX当然也要大概会操作实际工作所需要的一些技术知识(面试容易问到) 如电路的低功耗，稳定，高速如何做到，调运放，布版图注意的地方等等,一般会针对简历上你所写做过的东西具体问，肯定会问得很细（所以别把什么都写上，精通之类的词也别用太多了），这个东西各个人就不一样了，不好说什么了。 2、数字电路设计当然必问Verilog/VHDL，如设计计数器逻辑方面数字电路的卡诺图化简，时序（同步异步差异），触发器有几种（区别，优点），全加器等等比如：设计一个自动售货 机系统，卖soda水的，只能投进三种硬币，要正确的找回钱数1、画出fsm（有限状态机）2、用verilog编程，语法要符合fpga设计的要求系统方面：如果简历上还说做过cpu之类，就会问到诸如cpu如何工作，流水线之类的问题3、单片机、DSP、FPG A、嵌入式方面（从没碰过，就大概知道几个名字胡扯几句，欢迎拍砖，也欢迎牛人帮忙补充）如单片机中断几个/类型，编中断程序注意什么问题 DSP的结构（冯、诺伊曼结构吗？）嵌入式处理器类型(如ARM)，操作系统种类 （Vxworks,ucos,winCE,linux），操作系统方面偏CS方向了，在CS篇里面讲了4、信号系统基础拉氏变换与Z变换公式等类似东西，随便翻翻书把如、h(n)=-a*h(n-1)+b*δ(n) a、求h(n)的z变换 b、问该系统是否为稳定系统 c、写出F IR数字滤波器的差分方程以往各种笔试题举例利用4选1实现F(x,y,z)=xz+yz 用mos管搭出一个二输入与非门。 用传输门和倒向器搭一个边沿触发器用运算放大器组成一个10倍的放大器微波电路的匹配电阻。 名词解释，无聊的外文缩写罢了，比如PCI、EC C、DDR、interrupt、pipeline IRQ,BIOS,USB,VHDL,VLSI VCO(压控振荡器) RAM (动态随机存储器)，FIR IIR DFT(离散傅立叶变换） 或者是中文的，比如 a量化误差 b、直方图 c、白平衡共同的注 硬件电子电路基础关于本课程 § 4—2乙类功率放大电路 § 4—3丙类功率放大电路 § 4—4丙类谐振倍频电路 第五章正弦波振荡器 § 5—1反馈型正弦波振荡器的工作原理 § 5— 2 LC正弦波振荡电路 § 5— 3 LC振荡器的频率稳定度 § 5—4石英晶体振荡器 § 5— 5 RC正弦波振荡器 第一章半导体器件 §1半导体基础知识 §1PN 结 §-1二极管 §1晶体三极管 §1场效应管 §1半导体基础知识 、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）（如：硅Si锗Ge等+ 4价元素以及化合物） 、半导体的导电特性本征半导体一一纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。（略） 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂一一管子 *温度--- 热敏元件 ?光照——光敏元件等 2、半导体中的两种载流子一一自由电子和空穴 ?自由电子——受束缚的电子（一） ?空穴——电子跳走以后留下的坑（+ ） 三、杂质半导体——N型、P型 （前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。 *N型半导体（自由电子多） 掺杂为+ 5价元素。女口：磷；砷P—+ 5价使自由电子大大增加原理：Si—+ 4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子——数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子——数量多。 o 空穴——少子 o 自由电子------ 多子 ?P型半导体（空穴多） 掺杂为+ 3价元素。女口：硼；铝使空穴大大增加 原理：Si—+ 4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B——+ 3价 载流子组成： o本征激发的空穴和自由电子数量少。 o掺杂后由B提供的空穴——数量多。 o 空穴——多子 o 自由电子——少子 摘要：迷宫机器人主要研究的几个部分：行走机构、传感器、驱动方式、控制系统。控制系统设计是迷宫机器人设计中很关键的一部分，只有具有合理的结构和稳定可靠的控制系统，才能保证迷宫机器人顺利迅速地完成行走迷宫的过程，才能保证为研究复杂的迷宫算法打下良好的基础。 关键词：迷宫机器人，硬件结构，控制系统设计 1.引言 迷宫机器人的体系结构分为两种：水平式体系结构，垂直式体系结构。 水平式结构最早由nillsion提出来的，它采用从上而下的方法构造系统，根据信息的流向及行为功能，将机器人的控制过程分解成不同的子任务，由不同的功能模块去执行，这些功能模块组成了一条闭环链，信息流由环境经由传感器进入机器人处理器，经过规划决策处理后再经由执行机构返回环境，从而实施控制行为，构成一个闭环系统。 垂直式结构是采用从下而上的方法构造系统，将完成机器人某一特定控制的感知、规划、任务执行等过程封装在一起，称为一个行为（如停止、避障、漫游、跟踪探测等等），每一个行为都实现传感器信息与机器人动作间的一种映射，某一时刻，只有一种行为能够控制车体，机器人最终的动作是由各层行为间的相互竞争实现的. 2.迷宫机器人行走机构设计 行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由驱动装置、传动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。执行机构只要是机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。驱动装置和传动装置用来有效地驱动执行机构的装置，通常采用液压、电动和气动，有直接驱动和间接驱动二种方式。 要研究迷宫机器人的路径规划，实现机器人在迷宫中的准确行走，都必须建立移动机器人的运动学模型，在轮式移动机器人中，差动转向式机器人控制复杂，但精度比较高，因此迷宫机器人采用双轮单独驱动、前轮为万向轮的结构，通过两个后轮的转速差来实现机器人的前进、后退、转弯等动作，使得机器人能够在迷宫中灵活地行走和避障。 机器人的机械结构主要是指机器人的机械构造、设备选型等，迷宫机器人的机械部分主要有车架、车轮、直流减速电机及其连接等。移动机器人的运动系统主要有轮式、足步式、履带式和蛇形等几种，其中应用最为广泛的是轮式运动结构，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。 3.迷宫机器人传感器系统设计 传感器系统是迷宫机器人很重要的一部分，它的作用是建立合理的机器人感觉系统，以便机器人能建立起完整的信息获取渠道，也是关系到迷宫机器人智能程度的关键，由于环境的多样性、自身状态的不确定性和单一传感器的局限性，仅仅依靠一种传感器难以完成对周围环境的感知，为完成在复杂环境下的自主移动，机器人通常装有用于导航需要的多种传感器，机器人选择什么样的传感器完全取决于机器人的工作需要和应用特点，并要求传感器具有较强的抗干扰性、较好的稳定性、快速性以及较低的成本等。 环境感知能力是移动机器人除了移动之外最为基本的一种能力，感知能力的高低直接决定了一个机器人的智能性高低，它的作用是建立合理的机器人感觉系统，以便机器人能够建立起完整的信息获取渠道。机器人要具备智能行为就必需依靠传感器不断感知外界环境，从而做出相应的决策行为。目前传感器的种类繁多，功能越来越丰富，像超声波传感器、红外传感器、光电传感器等。传感器系统是机器人很重要的部分，选择机器人传感器完全取决于机器人的工作需要和应用特点，因此迷宫机器人的传感器系统包括三个红外传感器和三个黑标传感器。 4迷宫机器人驱动系统设计 电路设计的基本原理和方法 本人经过整理得出如下的电路设计方法，希望对广大电子爱好者及热衷于硬件研发的朋友有所帮助。 电子电路的设计方法 设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。 一．明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能，指标，内容及要求，以明确系统应完成的任务。 二．方案选择 这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务，要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理，可靠，经济，功能齐全，技术先进。并且对方案要不断进行可行性和有缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。 三．单元电路的设计，参数计算和期间选择 根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计，参数计算和器件选择。 1．单元电路设计 单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿传输的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入信号，输出信号和控制信号的关系。 2．参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大电路中各电阻值，放大倍数的计算；振荡器中电阻，电容，振荡频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计要求的功能，在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题： （1）元器件的工作电流，电压，频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求； （2）元器件的极限参数必须留有足够充裕量，一般应大于额定值的1．5倍； （3）电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3．器件选择 （1）元件的选择 阻容电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有解电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻，电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量（100ｕF～3000uF）铝电解电容，为滤掉高频通常 硬件电路板设计规范 制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的 工作作风和严肃、认真的工作态度, 增强硬件开发人员的责任感和使命感, 提高工作效率和开发成功率, 保证产品质量。 1、深入理解设计需求, 从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案, 对CPU等主芯片进行选型, CPU选型有以下几点要求: 1) 容易采购, 性价比高; 2) 容易开发: 体现在硬件调试工具种类多, 参考设计多, 软件资源丰富, 成功案例多; 3) 可扩展性好; 3、针对已经选定的CPU芯片, 选择一个与我们需求比较接近的成功参 考设计。 一般CPU生产商或她们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证, 厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西, 也应该是经 过严格验证的, 否则也会影响到她们的芯片推广应用, 纵然参考设计的外围 电路有可推敲的地方, CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的, 当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同, 能够细读CPU芯片 手册和勘误表, 或者找厂商确认; 另外在设计之前, 最好我们能外借或者购 买一块选定的参考板进行软件验证, 如果没问题那么硬件参考设计也是能够信赖的; 但要注意一点, 现在很多CPU都有若干种启动模式, 我们要选一种最适合的启动模式, 或者做成兼容设计; 4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型, 元器件选型应该遵守以下原则: 1) 普遍性原则: 所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片, 减少风险; 2) 高性价比原则: 在功能、性能、使用率都相近的情况下, 尽量选择价格比较好的元器件, 减少成本; 3) 采购方便原则: 尽量选择容易买到, 供货周期短的元器件; 4) 持续发展原则: 尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件; 5) 可替代原则: 尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件; 6) 向上兼容原则: 尽量选择以前老产品用过的元器件; 7) 资源节约原则: 尽量用上元器件的全部功能和管脚; 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改, 修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计, 如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的, 那么基本能够放心参照设计, 但即使只有一个参考设计与其它的不一样, 也不能简单地少数服从多数, 而是要细读芯片数据手册, 深入理解那些管脚含义, 多方讨论, 联系芯片厂技术支持, 最终确定科学、正确的连接方式, 如果仍有疑义, 能够做兼容设计; 当然, 如果所 这20个电子线路图，硬件工程师一定用得上！ 电子技术、无线电维修及电子制造工艺技术绝不是一门容易学好、短时间内就能够掌握的学科。这门学科所涉及的方方面面很多，各方面又相互联系，作为初学者，首先要在整体上了解、初步掌握它。 无论是无线电爱好者还是维修技术人员，你能够说出电路板上那些小元件叫做什么，又有什么作用吗？如果想成为元件（芯片）级高手的话，掌握一些相关的电子知识是必不可少的。 普及与电子基础知识，拓宽思路交流，知识的积累是基础的基础，基础和基本功扎实了才能奠定攀登高峰阶梯！这就是基本功。 电子技术的历史背景： 早在两千多年前，人们就发现了电现象和磁现象。我国早在战国时期（公元前475一211年）就发明了司南。而人类对电和磁的真正认识和广泛应用、迄今还只有一百多年历史。在第一次产业革命浪潮的推动下，许多科学家对电和磁现象进行了深入细致的研究，从而取得了重大进展。人们发现带电的物体同性相斥、异性相吸，与磁学现象有类似之处。 1785年，法国物理学家库仑在总结前人对电磁现象认识的基础上，提出了后人所称的“库仑定律”,使电学与磁学现象得到了统一。 1800年，意大利物理学家伏特研制出化学电池，用人工办法获得了连续电池，为后人对电和磁关系的研究创造了首要条件。 1822年，英国的法拉第在前人所做大量工作的基础上，提出了电磁感应定律，证明了“磁”能够产生“电”,这就为发电机和电动机的原理奠定了基础。 1837年美国画家莫尔斯在前人的基础上设计出比较实用的、用电码传送信息的电报机，之后，又在华盛顿与巴尔的摩城之间建立了世界上第一条电报线路。 1876 年，美国的贝尔发明了电话，实现了人类最早的模拟通信。英国的麦克斯韦在总结前人工作基础上，提出了一套完整的“电磁理论”,表现为四个微分方程。这那就后人所称的“麦克斯韦方程组”.麦克斯韦得出结论：运动着的电荷能产生电磁辐射，形成逐渐向外传播的、看不见的电磁波。他虽然并未提出“无线电”这个名词，但他的电磁理论却已经告诉人们，“电”是能够“无线”传播的。 对模拟电路的掌握分为三个层次： 单片机应用设计 概述 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的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。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。 制等领域。 单片机类型 集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）–采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复 用，即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富，功 能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度 受限，价格亦高。 –采用RISC结构的单片机，数据线和指令线分离 ，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同 时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指 令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息 ，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片 机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大 大提高，有利于实现超小型化。 常用的几个系列单片机 MCS-51及其兼容系列： –英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应 用最广泛的8位单片机之一，并且ATMEL、 PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、 SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。 这个系列的单片机具有运算与寻址能力强， 存储空间大，片内集成外设丰富，功耗低等 优点，其中大部分兼容芯片都含有片内 FLASH程序存储器，价格便宜。适合应用于 仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。 硬件电路设计流程系列--方案设计 一、硬件电路设计流程系列--硬件电路设计规范 二、硬件电路设计流程系列--方案设计(1) ：主芯片选型三、 硬件电路设计流程系列--方案设计(2) ：芯片选购 四、硬件电路设计流程系列--方案设计(3) ：功耗分析与电源设计五、 硬件电路设计流程系列--方案设计(4)：设计一个合适的系统电源 一 硬件电路设计规范 1、详细理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求； 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案，对CPU进行选型， CPU选型有以下几点要求： a）性价比高； b）容易开发：体现在硬件调试工具种类多，参考设计多，软件资源丰富，成功案例多； c）可扩展性好； 3、针对已经选定的 CPU芯片，选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计，一般 CPU生产商或他们的合作方都会对每款 CPU 芯片做若干开发板进行验证，比如440EP 就有yosemite 开发板和 bamboo 开发板，我们参考得是yosemite 开发板，厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西，也应该是经过严格验证的，否则也会影响到他们的芯片推广应用，纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方，CPU 本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的，当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同，可以细读 CPU 芯片手册和勘误表，或者找厂商确认；另外在设计之前，最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证，如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的；但要注意一点，现在很多 CPU 都有若干种启动模式，我们要选一种最适合的启动模式，或者做成兼容设计。 机械工程学院 毕业设计（论文）题目：机器人结构设计 目录 引言 (3) 1概况及现状分析 (3) 2机械手的总体设计方案 (6) 2.1机械手基本形式的选择 (6) 2.2机械手的主要部件及运动 (6) 2.3驱动机构的选择 (7) 2.4机械手的技术参数列表 (7) 2.5本章小结 (7) 3机械手的手部计算 (7) 3.1手部设计基本要求 (7) 3.2典型的手部结构 (8) 3.3机械手手抓的设计计算 (8) 3.3.1选择手抓的类型及夹紧装置 (8) 3.3.2手抓的力学分析 (8) 3.3.3夹紧力及驱动力的计算 (10) 3.3.4手抓夹持X围计算 (11) 3.4机械手手抓夹持精度的分析计算 (12) 3.5弹簧的设计计算 (13) 3.6本章小结 (15) 4腕部的设计计算 (15) 4.1腕部设计的基本要求 (15) 4.2腕部的结构以及选择 (16) 4.2.1典型的腕部结构 (16) 4.2.2腕部结构和驱动机构的选择 (16) 4.3腕部的设计计算 (16) 4.3.1腕部设计考虑的参数 (16) 4.3.2腕部的驱动力矩计算 (16) 4.3.3腕部驱动力的计算 (17) 4.3.4液压缸盖螺钉的计算 (19) 4.3.5动片和输出轴间的连接螺钉 (20) 4.4本章小结 (21) 5臂部的设计计算 (21) 5.1臂部设计的基本要求 (21) 5.2手臂的典型机构以及结构的选择 (22) 5.2.1手臂的典型运动机构 (22) 5.2.2手臂运动机构的选择 (22) 5.3手臂直线运动的驱动力计算 (22) 5.3.1手臂摩擦力的分析与计算 (22) 5.3.2手臂惯性力的计算 (24) 5.3.3密封装置的摩擦阻力 (24) 5.4液压缸工作压力和结构的确定 (24) 5.5本章小结 (26) 6总结 (26) 7致谢 (26) 8参考文献 (26) 附件： 1、总体装配图 2、重要零件图嵌入式系统硬件体系结构设计
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