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機器人
機器人常用單片機性能特點及使用經驗
摘要：很多接觸機器人或單片機不久的朋友麵對種類繁多的單片機常會困惑，到底它們之間有何不同？製作機器人到底用哪種單片機控製比較好？當我們選擇了一種單片機後，有何捷徑能迅速掌握並應用這種單片機？本文嚐試用一種通俗易懂的方法解讀上述問題，並設計了一種有深度的單片機控製機器人的實例，希望能起到拋磚引玉的作用。我與大家分享我使用單片機的一些經驗，希望能讓初學者少些迷茫，讓已經入門的朋友思維開闊。
一、單片機和CPU、個人電腦的區別和聯係
這部分內容比較初級，但很多朋友剛接觸單片機時或許對下麵的問題不是很清楚。
1、什麼是CPU？
CPU中文名稱為“中央處理器”，典型代表為英特爾8086處理器，現在的奔騰X處理器都是8086的直係後代。處理器，顧名思義，其功能是處理數據，對於中央處理器，就是在數據處理中處於核心地位的處理器，聽起來似乎很複雜，但實際上核心就是一個ALU“算術邏輯單元”。這個單元由一些數字門電路組成，僅能完成括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作。CPU內部包含ALU，除此之外CPU還有時鍾電路，CPU運行的基本原理是：時鍾電路產生計數脈衝，這個脈衝控製著一個累加器，即每產生一個時鍾脈衝，累加器加1，這個累加值以16進製數字的形式通過地址總線唯一選通程序儲存器中一個儲存單元（在CPU外部），這個單元將內部儲存的程序命令代碼通過數據總線送到ALU中，ALU根據代碼不同執行不同操作，比如把某寄存器數值和某數值相加等，然後將計算結果輸出到IO口或者各個總線上。
總之，CPU的工作就是把程序中的命令代碼翻譯成不同任務，然後執行，輸出執行結果。CPU在一切數字計算機中都發揮了核心作用，即計算機都有CPU。
2、什麼是個人電腦？
由於CPU隻有計算功能，其計算的結果需要通過顯示器、音箱輸出，而其工作的依據，即程序命令則依靠硬盤儲存，其執行任務時動態存取的數據要保存在內存中，而人可以通過鍵盤控製程序命令的執行過程，把所有這些CPU的外設組合在一起就叫做“個人電腦”。
3、什麼是單片機？
個人電腦功能強大，計算速度快，是較為理想的計算機。但當我們需要用一個小裝置控製微波爐定時開關時，個人電腦就顯得笨重和昂貴。因此人們設計出一種濃縮型電腦，大的有幾平方厘米，小的比米粒還小，它們叫做“單片機”——單片微型計算機。CPU是一個芯片，單片機也是一個芯片，看起來外觀差不多，它們有什麼不同呢？答案是：單片機內除了集成有CPU外，還集成了程序儲存器ROM（可理解為硬盤）、數據儲存器RAM（可理解為內存），輸入輸出接口（可理解為顯示器、鍵盤插座），有的單片機內還集成了電機驅動電路、視頻解碼電路、AD轉換器、無線傳輸電路等，使得單片機功能變得非常強大。單片機的特長在於可以用單個芯片和簡單外部電路去實現複雜的控製操作，因此非常適合機器人控製。其實在絕大多數機器人中都有單片機的影子。簡單的和中等複雜的機器人可以用單片機直接控製，高度複雜的機器人用“個人電腦”或者“超級計算機”指揮許多單片機來完成機器人控製。
4、學習單片機的捷徑是什麼？
所謂捷徑就是少走彎路。我剛開始學單片機時走了不少彎路，很多朋友和我都有相似的經曆，剛開始接觸單片機，麵對琳琅滿目的圖書教材，不知選擇哪本；想實踐時不知到哪買單片機；不知如何編程下載程序……
A、對於初學者仔細看本文就是學習單片機的捷徑之一。
B、到圖書館或者書店在數十本單片機書中選一本你能看懂，而且覺得案例有趣的“實在、生動、活潑”的單片機書做為你的入門讀物。
C、建議先從51單片機學起。掌握51後再學AVR，然後學ARM、DSP等。
D、在學習過程中實踐非常必要。你需要一台電腦。如果是台式電腦，你可以花十幾元購買25針並口下載線，如果是筆記本電腦，你隻能購買幾十元到幾百元的USB ISP編程器。
E、用萬用板自己焊一個單片機最小係統，或者購買開發板。沒有必要使用昂貴的仿真器。
F、你需要上網下載單片機編程軟件，比如51用Keil編程，AVR用CVAVR編程，在編程軟件中編好程序，然後生成HEX文件，再上網下載並口燒程序軟件或者USB ISP燒程序軟件，用燒程序軟件加載HEX文件，然後將編程線查到你的單片機電路板上，即可把程序燒到單片機中。
G、拔下編程線，然後接通單片機板電源，你可以看到單片機係統在運行。
H、如果係統不能正常運行，首先檢查電路是否接錯，然後檢查程序是否燒錯，如果以上都沒毛病，研究程序是否編錯。有時係統不能正常運行並不意味著有什麼地方錯了，隻是某些參數沒設置好，你需要不斷運行、修改程序、調試參數、再運行如此往複，直到你對係統運行滿意為止。有時這是一個非常艱苦的重複勞動，調整數百次上千次，你無法回避，隻能堅定信念，勇往直前。
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二、在單片機誕生前人們用什麼控製機器人
1、模擬計算機
在數字計算機誕生前，人們用電子管、電容器和電感線圈、電阻搭建模擬計算機，能夠完成許多簡單的計算和控製任務。所謂模擬計算機就是其計算采用的信號不是1、0數字信號，而是電壓連續變換的模擬信號，類似於自動控製原理中的各種控製器采用的運算。別小看了模擬計算機，上世紀80年代中東戰爭時，阿拉伯國家使用的蘇製全自動自行防空炮內采用模擬計算機實現計算飛機軌跡並控製火炮射擊目標。
2、齒輪和凸輪組成的控製器
在模擬計算機誕生前，也就是蒸汽機時代，有些機械天才硬是用數百個齒輪和凸輪搭建出機械計算機，人們通過轉動印有數字的各種齒輪，另一些齒輪就將運算結果顯示出來。機械計算機在人類史上上曾經是高科技產品，第二次世界大戰時，德國著名的密碼機就是一種機電混合式計算機，它當時是最保密的通信工具。
3、發條和秒表和繼電器組成的控製器
在電氣時代開始時，人們用鍾表內機械的旋轉分時控製一些繼電器的通斷，從而控製一些機床和生產線的運行。這種裝置類似於早期洗衣機內的定時器。
三、入門首選 AT89S51係列單片機
1、簡介
1980，英特爾公司開發出一種簡易的8031CPU，在當時該CPU性能不比8086差很多，但價格較便宜，因此被很多低端應用選中。由於市場看好，ATMEL公司購買了8031的內核，把Flash存儲器和加強型IO口融入進去開發出了AT89係列單片機。所有兼容8031指令和內核相似的單片機統稱為51單片機，它是目前應用最廣泛的8位單片機之一。因51單片機結構簡單，指令易學，應用廣泛，因此是初學單片機首選機型。如果有人想不學51，直接學AVR，那麼此人一定會遇到很多難題，困惑和鬱悶將伴隨著學習過程。如果學了51再學AVR和其他單片機，人們會發現“所謂單片機都不過如此”。
2、性能
根據任務具體需要選擇最合適的單片機，使單片機資源充分利用，使係統性價比達到最高，同時兼顧未來擴展需要，不一味追求高性能單片機，這就是選單片機的原則。
AT89S51有4K的Flash程序存儲器，128字節的RAM，32條IO口，中斷係統具有6個中斷源、5個終端矢量、2個中斷優先級的中斷結構；串行口是一個全雙工的串行通信口；AT89S51的電源電壓為4.0-5.5V，AT89LS51的電源電壓為2.7-4.0V；振蕩器頻率0-33MHz（AT89S51），0-16MHz(AT89LS51); 有ISP 在線編程功能，這個功能的優勢在於改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環境中剝離。是一個強大易用的功能。
AT89S52程序儲存器容量為8KB，還有AT89S55，ROM容量更大。
有很多公司生產了很多擴展型51係列單片機，有的帶有AD轉換器，有的帶有比較器，有的帶有PWM，讀者可以根據自身需要選擇合適的51單片機，但要注意他們的管腳定義和編程方式。
3、使用方法
AT89S51 適於做單片機學習板、電子時鍾、超聲波測距儀等不需要采集模擬量和控製大功率外部元件的電路。S51與過去的C51的區別在於S51支持ISP在線編程，即C51需要幾百元的編程器編程，而S51僅需一條25針並口線和非常簡單的轉換電路即可接在台式電腦打印機接口燒程序，下載燒程序小軟件即實現可對S51單片機編程。對51單片機編程一般選用Keil軟件，可采用C語言或者匯編語言，編完程後選擇輸出HEX文件，然後用燒程序小軟件讀取HEX文件，再燒寫到單片機中。
4、實踐經驗
A、剛開始看書時，按照書上的電路圖連線然後通電調試，但總不成功，將自己的電路和書上的電路仔細對照發現不了問題。原因在於很多書上的電路圖都是“簡化圖”，即省略了一些電路，而這些被省略的電路卻關乎係統的運行。比如，當單片機書講到AD轉換電路，給出的電路圖多省略了晶振和複位電路，按照AD轉換電路圖搭出來的係統自然不能運行。
B、51單片機P0口輸出信號時需要上拉電阻，我經常忘記加電阻，導致電路不好使。
C、51單片機31引腳需要接正極，以選擇采用內部程序存儲器。如果忘記給這個引腳以正確的電壓，你的單片機可能不能執行程序。
5、應用舉例
四、愛好者製作機器人首選 AVR係列單片機
1、簡介
AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機。高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位一直是衡量單片機性能的重要指標，而AVR單片機是典型高性能單片機。
早期單片機，比如51單片機為了提高可靠性（防止數據誤讀或跑飛）采用較高的分頻係數對時鍾分頻，使得指令周期長，執行速度慢。例如51單片機需要12個晶振周期才能組成1個機器周期，而且很多指令需要2個機器周期才能執行。AVR單片機的推出，徹底打破這種舊設計格局，廢除了機器周期，采用精簡指令集，取指周期短，又可預取指令，實現流水作業，故可高速執行指令。AVR單片機在12個晶振周期中能執行12條指令，從這個角度看，如果晶振頻率相同，AVR的速度是51的12倍到24倍。
AVR有32個通用寄存器，在進行大量複雜運算時，AVR的32個寄存器可相當於51的32個累加器，克服了51係列單片機隻有單一累加器數據處理造成的瓶頸現象，在複雜運算時速度比51快5倍以上。由此可看出，51與AVR相比是多麼慢，AVR是多麼快。
AVR係列單片機多內部集成了多路AD轉換器、電壓比較器、ISP、I2C、JTAG總線電路、UART串口、大功率IO口、看門狗等實用電路，並且很多AVR單片機型號有EEPROM、FLASH、SRAM三種存儲器，可以實現實時修改程序存儲器中的內容，即AVR單片機可以自己修改自己的程序。同時AVR一般能工作在寬電壓範圍（2.7～6.0V），有的居然可以在1.8V電壓下工作。以上這些性能隻是AVR眾多性能中的一部分，然而已經讓51係列單片機望塵莫及了。
如此高性能的單片機價格居然和51單片機差不多，比如ATmega8價格為8元左右，ATmega16在13元左右，這是AVR有極高性價比的真實寫照。
2、性能
AVR家族人丁興旺，包括ATinyAVR（微小型）、低功耗類、ATmegaAVR高中低檔5類單片機。它們都基於同一核心技術，但在內部集成的電路多少上有不同。不論你要做電子手表還是視頻處理，都有一款合適的AVR單片機能滿足你的需要。
本文隻列出ATmega16中檔單片機的性能：
16KB的FLASH程序存儲器；512B的EEPROM；1KB的SRAM；32個快速寄存器；32個大功率IO口；20個中斷；2個外部中斷口；有SPI、SUART、I2C總線接口；2個8位定時器；1個16位定時器；3個PWM通道；有實時時鍾RTC；8個10位AD通道；電壓比較器；看門狗；內置時鍾振蕩器；JTAG接口；ISP在線編程；電壓範圍為2.7V-5.5V；外部時鍾晶振0-16MHz；有PID和多種貼片封裝。
AVR的IO口能輸出20mA和吸收40mA的電流，不僅可直接驅動LED,甚至可直接驅動微型直流減速電機。而且AVR的IO口可編程設置成輸入、輸出、高阻態狀態，是真正的3態IO口。和51相比使用AVR開發產品你會發現前所未有的方便和自由。
AVR單片機可上操作係統，比如UCOS2、Linux等，自主編程實現操作係統功能也很容易。
根據任務具體需要選擇最合適的單片機，使單片機資源充分利用，使係統性價比達到最高，同時兼顧未來擴展需要，不要一味選用高性能單片機，這就是選單片機的原則。
用ARM+操作係統做超聲波測距儀——殺雞用了牛刀。用AVR中檔單片機做機器視覺——有些吃不消。如果把它們調換一下，一切就恰到好處了。
3、使用方法
學AVR單片機的好書是《AVR單片機嵌入式係統原理與應用實踐》，封麵見下圖。
AVR一般采用CVAVR編程軟件編程，也可用GUN GCC AVR、AVR Studio軟件編程。可采用匯編或C語言編程。燒程序前先輸出HEX文件，然後用SLISP（雙龍ISP）軟件加載，再通過ISP編程線或者25針並口連接線燒入AVR單片機，支持在線編程。
由於AVR單片機最小係統很簡單，就是電源+晶振（可不用）+LED+ISP接口（通電就運行，斷電就停止，不用複位電路），因此任何初學者都可以用麵包板搭出AVR最小係統，並且編程實踐。
4、實踐經驗
使用AVR單片機時注意要正確設置熔絲位，SLISP軟件就可設置，熔絲位可決定單片機是采用外部晶振還是采用內部時鍾振蕩器，如果熔絲位設置為采用外部晶振，而電路中沒有接入晶振，則AVR程序不能運行。很多初學者忽視了這一點，他們的AVR係統不能運行卻找不到原因。再有就是AVR的IO口在使用前需先編程設置其狀態，否則你將發現程序在運行，但IO口沒信號。
5、應用舉例
五、高級機器人控製器 ARM
1、簡介
ARM是一個公司名，他們基於同一內核設計了很多高性能處理器，這些處理器都叫ARM。該技術被很多公司購買後生產出了集成很多功能電路的ARM芯片，使得ARM成為高性能單片機。ARM一般為32位單片機，適於處理大量複雜數據，很多ARM裝上了UCOS2、Windows CE、Linux操作係統，能夠同時運行多個程序。ARM廣泛應用於手機、MP3、GPS導航儀、吸塵機器人等產品上。
六、音頻視頻處理首選 DSP
1、簡介
DSP數字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)，它是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，並在其他係統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條複雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。
在高速小車巡線、語音識別等領域DSP被廣泛應用。但如果僅用DSP檢測幾個碰撞開關、控製幾個電機顯得大材小用。
七、新興控製器 FPGA
1、簡介
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，係統設計師可以根據需要通過可編輯的連接把FPGA內部的邏輯塊連接起來，就好像一個電路試驗板被放在了一個芯片裏。簡單說，如果使用者想開發一個用簡單數字邏輯電路就能控製的小車，又嫌搭電路麻煩，他就可用軟件給一個FPGA編程讓它實現數字電路功能去控製小車。即FPGA可被用來模擬各種電路。有的FPGA甚至能模擬51單片機的運行。因FPGA通過編程即可修改它模擬的電路結構，因此在係統實驗、調試中很方便，很多愛好者嚐試用FPGA做機器人控製器。
八、更多可供選擇的單片機
我們選擇學一款單片機前首先要考慮自己麵對的實際任務需要什麼性能的單片機，然後在眾多性能滿足要求的單片機中作出選擇。此時我們還要考慮不同單片機的“應用廣泛程度”，比方說：當我們要做一個電子大賽智能小車，有AVR單片機和PIC單片機可滿足任務需要，如何在兩者中作出選擇需要考慮哪種單片機學起來比較容易、學習資料容易獲取、可供參考的程序和案例更加豐富、哪種單片機更容易獲得編程軟件和下載器等。筆者感覺要想做智能小車，AVR單片機的資料比較豐富。
世界上有種類繁多的單片機，它們當中絕大多數都可用來控製機器人，但存在一個是否合適的問題。比如PLC是可編程控製器，當然可以用來控製愛好者手中的機器人，但PLC多用於工業控製領域，設備龐大價格昂貴，同時不易獲得用PLC控製小型機器人的資料。愛好者選擇學一種單片機前，首先得明確自己要用單片機幹什麼，然後再選最合適的單片機學習。學單片機重在學精一兩種單片機，如果有人泛泛地學ARM、PLC、PIC、淩陽、DSP、FPGA等所有有名的單片機，那麼他將無法擁有真正的深度開發能力。所謂深度開發，以AVR單片機為例，初學者可以用它實現小燈交替閃爍，中級技術人員可以用它控製參加比賽的機器人，而真正的高級開發人員可以用AVR實現機器視覺、無人機自動駕駛、坦克火控係統……
AVR單片機過時了嗎？
有初學者甚至中級開發人員認為因ARM性能一般比AVR性能高，因此ARM將代替AVR，AVR將退出曆史舞台，或者MSP430將代替51係列單片機，或者FPGA將取代所有單片機等。這種看法不對，因為不同單片機都有各自的特點和優點，沒有哪種單片機是完美的，在不同場合用最合適的單片機，發揮它們各自的特長，而不存在ARM一統天下，取代所有其他型號單片機的可能性。試想，原本十幾元的電子表因為采用ARM控製買到幾百元，誰能受得了？因此不要覺得AVR已經過時，學完51就直接學ARM，或者覺得學51沒用，直接學ARM，否則你將碰壁。
MSP430係列單片機：比較適於機器人開發，是美國德州儀器推向市場的一種16位、具有精簡指令集的、超低功耗的混合信號處理器。具有Flash存儲器，中斷源較多，並且可以任意嵌套，使用時靈活方便。MSP430係列單片機的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在1MHz的時鍾條件下運行時，芯片的電流會在200~400uA左右，時鍾關斷模式的最低功耗隻有0.1uA。MSP430係列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門狗、模擬比較器、定時器、串口0、1、硬件乘法器、液晶驅動器、10位/12位ADC、16位Sigma-Delta AD、直接尋址模塊（DMA）、IO端口、基本定時器（Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。MSP430 係列單片機引進了JTAG技術，不僅使開發工具變得簡便，而且價格也相對低廉，並且還可以實現在線編程。
PIC單片機：可用於機器人開發，是8位單片機，產品種類豐富，采用精簡指令集，有不錯的開發環境，引腳驅動能力強，可直接連接繼電器控製強電。自帶看門狗，有睡眠和低功耗模式。很多性能不如AVR和MSP430係列單片機，但因其有特殊優點，也被廣泛應用。
淩陽單片機：比較適於機器人開發，以16位計算機為核心，集成不同規模的RAM、ROM和其他豐富的功能電路，使用者可以根據自己需要選擇集成了特定功能電路的淩陽單片機。淩陽單片機指令係統提供出具有較高運算速度的16位，16位的乘法運算指令和內積運算指令，為其應用添加了DSP功能，因此淩陽適合進行語音識別。在我國淩陽單片機在學校比較常見，應用實例較多，可作為機器人愛好者選用的單片機。
九、實例：用AVR單片機創造機器生命
1、什麼是機器生命
機器生命就是一個能自主生存的機器，一個自動為生存下去而奮鬥的機器。對於機器生命來說，生存的含義就是不斷電，繼續運行。機器生命具有完全自主決策、自主行動、活動於未知世界、不需人類參與就能持續運行並且自我維護等特征。影片《終結者》中的天網就是超級機器生命。《霹靂5號》描述了一個機器人從無生命到有生命的過程。
N.維納（Norbert Wiener，1894～1964）寫《控製論》時創造出第一個機器生命Wiener龜，這個機器龜僅有2個電子管組成的模擬計算機，但它卻能實現真正的烏龜覓食、睡覺、探索、逃避等行為，其表現如同一個有生命的生物一樣。機器龜上麵有太陽能電池，當自身電池快用完前，機器龜樂於尋找一個光線充足的地方充電，充滿電後可能找個地方睡懶覺，或者探索未知世界，它有避免碰撞和避免到傾斜地方的趨向，我們無法預知它的行蹤，因為它不是按照程序運行的，就如同我們自己一樣。後來維納在他的機器龜上又加了一個電子管，三個電子管連接成簡單的神經網絡，通過對機器龜訓練，維納通過搖鈴可控製機器龜的行為。正如有生物學家訓練狗使得狗聽到搖鈴聲後就流口水。
2、我們可以自己動手做一個機器寵物
我們今天有先進的單片機，製作一個更好的機器生命其實不難。機器生命遠比按固定程序運行的機器人好玩，就如同寵物狗比玩具狗好玩一樣。我們設想的機器生命可以是一個小型履帶式機器人，帶有太陽能板，能感受光線強弱，障礙物距離和碰撞，為了實現人機互動，該機器生命具有語音識別功能。試想你學習一天，回到寢室，叫一聲TONY，你的機器寵物轉身飛快跑向你，那種感覺隻有寵物的創造者才能體會……
3、如何實現？如何設計電路？如何設計結構？
這個機器生命方案采用ATmega16單片機做控製器，單片機的8路AD通道和其餘24個IO接口都被使用。AVR單片機AD轉換頻率高於音頻，可以用來進行簡單的語音采集。機器生命的程序較複雜，而AVR單片機適合進行快速複雜運算。本設計的電路板上除了ATmega16單片機外，還有2個LG9110電機驅動芯片、2個LM386音頻功放芯片，和LM393電壓比較器芯片，再加上少量電阻電容和三極管，電路簡潔，適合初學者和中級愛好者動手製作。
LCD采用通用1602模塊，支持3位控製線4位數據線，如果你采用IO口複用技術，可用6條線控製LCD模塊。
此方案涉及光電檢測、自動充電、語音識別、超聲波測距、鍵盤（4個碰撞開關）、LCD液晶顯示、電機驅動等技術，這些都是動手做簡單機器人的基本技術，如果愛好者能把這個機器生命做好，那麼你的電路設計、調試經驗和編程能力都會有很大的提高。
這個機器生命的技術含量相當於20世紀70年代國際機器人領域的先進水平。當時已經有很多非常精密和複雜的工業機器人被應用，但這種簡單的機器人怎麼能稱作先進呢？因為技術的複雜和技術的先進不是一個概念，複雜+精密不一定等於先進。先進的東西不一定複雜和精密。
A、尋光
我們可以用光電二極管來檢測光線強弱。當然也可以用光敏電阻。將光敏電阻和一個固定電阻串聯接在電源正負極之間，光敏電阻靠近正極一側。從光敏電阻和固定電阻連接點引出導線接到ATmega16的AD轉換輸入口。當強光照在光敏電阻時，光敏電阻阻值變小，因此其壓降變小，而固定電阻分壓增多，引出的AD檢測電位升高，被單片機轉化為數字量後判斷光線增強。機器生命有5個光電傳感器，其中4個麵向機器人前後左右四個方向，另一個指向太陽能板所麵對的方向。通過編程可以讓機器人自主移動到光線最強的地方。
B、充電
本設計采用4.8V鎳氫充電電池為係統供電。太陽能電池板正負極通過一個三極管與電池正負極相連。有一個電壓比較器比較電池電壓與太陽能板的壓差，如果壓差高於某值，比較器控製三極管導通，太陽能電池板對充電電池充電。充電電池電壓上升，當高於某值時控製三極管關斷，結束充電。為使太陽能板能對電池組充電，要求太陽能板在陽光直射下輸出電壓高於8V。
C、語音識別
用AVR單片機的高速AD檢測功能能實現簡單的語音識別。聲音信號被駐極體電容話筒接收後送至LM386音頻功放芯片放大和過濾後送至單片機AD轉換口，單片機對音頻信號幅值采樣轉化為一組數字，然後對這組進行取方差運算，得出一個特征值，該特征值可以用於簡單的語音識別。比如你發一個“e”，方差應該比較小，如果你發“p”爆破音，方差應該較大。當然，如果你用更複雜的數據處理，會得到更好的識別效果。本設計使用了2路聲音信號，目的是讓單片機判斷出聲源的大體方位。
D、超聲波測距
用AVR的1個IO口輸出40KHz信號送至超聲波發射電路，當超聲波遇到障礙物返回後，被超聲波接收頭接收，信號經CX20106A解碼芯片處理，得到一個低電平脈衝，用該脈衝引發AVR單片機中斷，AVR通過檢查發波和收到回波之間的時間差即可算出障礙物距離。
E、電機驅動
本設計采用2片LG9110電機驅動芯片驅動兩台直流減速電機。LG9110輸出最大電流為800mA，僅需要2條控製線與單片機IO口直接相連即可控製一台電機正反轉或者停止。LG9110僅有8個引腳，使用非常方便。
F、讓機器生命更聰明
我的這個機器生命設計方案能實現最酷的效果是：白天，陽光明媚，機器生命跑到陽光底下曬太陽，太陽光會隨著時間變化，機器生命能自動跑到最合適的位置享受日光浴。到了晚上，機器生命會找個安靜的地方閉目養神，等待明天太陽升起。你可以訓練機器生命，讓它知道自己的名字叫什麼。比如你叫著它的名字，同時站在它麵前用強光照射它的太陽能電池板，如此反複訓練，會使機器生命聽到自己名字後向聲源方向跑去，在距離聲源一定遠處停止，因為以往這樣做它都能享受強光照射並充電。這就如同真正的寵物狗，你叫它名字它就跑到你跟前希望能獲得食物。這一切都是完全能夠實現的，關鍵就在於編程序實現它。
G、想象無極限，你的機器寵物將無所不能
以上方案中，ATmega16的功能被發揮到極致，以至於沒有空閑的IO口，係統不能再擴展了。如果你用ATmega128單片機做，那麼它擁有53個IO口，30多個中斷，128Kb的程序存儲器，4Kb的RAM，使得你能編寫更複雜的程序、儲存更多的動態數據、連接更多的外設，你的機器生命將變得非常有生命力。比如加入三軸加速度傳感器、地磁傳感器、GPS定位、雨水傳感器甚至攝像頭、無線通信模塊等，重新設計一個堅固和強勁的底盤，你的機器生命就可以在室外自由探索了。
最後，我想說，機器人是非常好玩的，隻要你有想象力，有毅力，努力研究實踐就能創造奇跡。
還有就是機器人的各個功能模塊要嚴格劃分，否則做出來的隻是玩具，不是模型。
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最後更新：2017-10-08 04:13:57