【教程6】瘋殼·人形街舞機(jī)器人-串口控制舵機(jī)

Linda-x

多自由度人形雙足舞蹈機(jī)器人

——瘋殼·機(jī)器人開發(fā)系列

串口控制舵機(jī)

1 串口簡介

  本章將使用 IAP15W4K61S4 單片機(jī)的串口通信來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動。

  IAP15W4K61S4 單 片 機(jī) 有 4 個(gè) 采 用 UART （ Universal Asychronous Receiver/Transmitter）工作方式的全雙工異步串行通行接口。每一個(gè)串口都有 2 個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器、一個(gè)移位寄存器、一個(gè)串行控制寄存器和一個(gè)波特率發(fā)生器組成。而每一個(gè)串行口的數(shù)據(jù)緩沖器由 2 個(gè)相互獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器構(gòu)成，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個(gè)緩沖器可以共用一個(gè)地址碼。
  IAP15W4K61S4 單片機(jī)的串口 1 有 4 種工作方式，其中兩種方式的波特率是可變的，另兩種是固定的。而串口 2、3、4 都只有兩種工作方式，這兩種工作方式的波特率都是可變的。
  用戶可以用軟件設(shè)置不同的波特率和選擇不同的工作方式。主機(jī)可通過查詢或中斷方式對接收/發(fā)送進(jìn)行程序處理，使用十分靈活。
  IAP15W4K61S4 單片機(jī)的串口對應(yīng)的硬件部分分別為：TXD 和 RXD、TXD2 和RXD2、TXD3 和 RXD3、TXD4 和 RXD4，可以在幾組引腳之間進(jìn)行切換。


2 硬件設(shè)計(jì)

  由于絕大多數(shù)筆記本已經(jīng)沒有串口了，所以我們這里使用了 CH340 這個(gè)芯片，
成功實(shí)現(xiàn) USB 通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn) UART 串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。另外，DEBUG_RX 與DEBUG_TX 連接到 IAP15W4K51S4 單片機(jī)的 P3.0 和 P3.1。


圖 1


3軟件設(shè)計(jì)

  在使用串口之前，我們首先介紹幾個(gè)與串口 1 相關(guān)的主要寄存器，其他串口的寄存器可以查看數(shù)據(jù)手冊。
（1）串行控制寄存器 SCON

串行控制寄存器 SCON 用于選擇串行通信的工作方式和某些控制功能。


圖 2
  SM0/FE：當(dāng) PCON 寄存器中的 SMOD0/PCON.6 位為 1 時(shí)，該位用于幀錯(cuò)誤檢測。當(dāng)檢測到 一個(gè)無效停止位時(shí)，通過 UART 接收設(shè)置該位。它必須由軟件清零。當(dāng) PCON 寄存器中 的 SMOD0/PCON.0 時(shí)，該位和 SM1 一起指定串行通信的工作方式，如下表所示：


圖 3
  SM2：允許方式 2 或方式 3 多級通信控制位。

  REN：允許/禁止串口接收控制位。由軟件置 REN 位 1 為允許串行接收狀態(tài)， 可啟動串口接收器 RXD，開始接收信息。軟件復(fù)位 REN，即 REN=0，則禁止接收。
  TB8：在方式 2 或方式 3，它為要發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù)，按需要由軟件置位或者清零。在方式0 和方式 1 中，該位不可用。

  RB8：在方式 2 或方式 3，它為要接收到的第 9 位數(shù)據(jù)，作為奇偶效驗(yàn)位或者地址幀/數(shù)據(jù)幀   的標(biāo)志位。方式 0 中不用 RB8（置 SM2=0）。方式 1 中也不用 RB8（置 SM2=0，RB8 是 接收到的停止位）。
  TI：發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。在方式 0，當(dāng)串行發(fā)送數(shù)據(jù)第 8 位結(jié)束時(shí)，由內(nèi)部硬件自動置位TI=1，向主機(jī)請求中斷，響應(yīng)中斷 TI 必須用軟件清零，即 TI=0。在其他方式中，則在停 止位開始發(fā)送時(shí)由硬件置位，即 TI=1，響應(yīng)中斷后 TI 必須用軟件清零。
  RI：接收中斷請求標(biāo)志位。在方式 0，當(dāng)串行接收到第 8 位結(jié)束時(shí)，由內(nèi)部硬件自動置位RI=1，向主機(jī)請求中斷，響應(yīng)中斷 RI 必須用軟件清零，即 RI=0。在其他方式中，串行        接收到停止位的中間時(shí)刻由硬件置位，即 RI=1，向 CPU 發(fā)中斷申請，響應(yīng)中斷后 RI 必 須用軟件清零。
（2）數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF

  串口 1 的數(shù)據(jù)緩沖寄存器（SBUF）的地址是 99H，實(shí)際是 2 個(gè)緩沖器，寫 SBUF 的操作完成待發(fā)送數(shù)據(jù)的加載，讀SBUF 的操作可獲得已收到的數(shù)據(jù)。兩個(gè)操作分別對應(yīng)兩個(gè)不同的寄存器，寫寄存器和讀寄存器。
（3）串口 1 切換寄存器 AUXR1（P_SW1）


圖 4
  要是用串口通信，首先就是就要對串口進(jìn)行初始化。


代碼1

  對串口初始化完成之后，我們就開始寫串口中斷函數(shù)uart_int(void) interrupt 4using 1，每當(dāng)接收到數(shù)據(jù)，CPU 就會產(chǎn)生中斷，從而進(jìn)入串口中斷函數(shù)。
  在串口中斷函數(shù)中，我們設(shè)置了一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，將串口接收到的一個(gè)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲在 receive_data 中。


代碼2

  每次將 6 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)接存儲到 receive_data 中，當(dāng)?shù)谝粋�(gè)字節(jié)為 0x05，并且最后一個(gè)字節(jié)為 0x77 時(shí)，那么中間的第 2、3、4、5 字節(jié)分別表示P 值的千、百、十、個(gè)位。


4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

  首先打開下載軟件 STC-ISP。


圖 5
  （1）點(diǎn)擊 Keil 仿真設(shè)置，添加 STC 相關(guān)的頭文件。STC 的相關(guān)頭文件路徑是我們之前安裝 Keil C51 的路徑，如果之前采用的默認(rèn)路徑，那么選擇 C 盤 Keil 文件夾。


圖 6
  （2）添加完 STC 相關(guān)的頭文件，點(diǎn)擊彈窗中的確定。

       
圖 7
  （3）設(shè)置單片機(jī)的型號、最低波特率、最高波特率如下圖所示，硬件選項(xiàng)等選項(xiàng)默認(rèn)即可。串口號根據(jù)實(shí)際情況選擇。


圖 8
  （4）點(diǎn)擊打開程序文件，選擇我們例程中的.hex 文件。


圖 9
  （5）點(diǎn)擊下載/編程，下載代碼。

       
圖 10
  （6）按一下電路板上面的 RST 按鍵，完成下載。


圖 11
  代碼下載完成之后，打開機(jī)器人電源，運(yùn)行代碼，打開串口調(diào)試助手。

  （1）選擇串口號，我們圖中是 COM1，這個(gè)根據(jù)實(shí)際情況選擇。

  （2）配置串口參數(shù)，波特率為 9600，數(shù)據(jù)位 8，停止位 1，沒有校驗(yàn)位和控制流，與下圖一致。
  （3）點(diǎn)擊打開串口。



圖 12
  打開串口之后，我們在字符串輸入框中輸入 05 01 02 02 02 77，然后點(diǎn)擊發(fā)送，將機(jī)器人頭部舵機(jī)的高電平時(shí)間改為 1222，同時(shí)會看到我們機(jī)器人的頭轉(zhuǎn)動到一個(gè)位置，繼續(xù)發(fā)送其他值，機(jī)器人的頭會轉(zhuǎn)向其它位置。



圖 13



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2022-8-12 11:33 上傳

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