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深圳大學(xué)期末考試試卷
開/閉卷
開卷
A/B卷
N/A
課程編號
1303270001
1303270002
課程名稱
EDA技術(shù)與實踐(2)
學(xué)分
2.0
命題人(簽字) 審題人(簽字) 2015 年 10 月 20 日
題號
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
基本題總分
附加題
得分
評卷人
設(shè)計考試題目:完成一個集成電路或集成系統(tǒng)設(shè)計項目
基本要求: 2-3位同學(xué)一組, 完成一個完整的集成電路設(shè)計項目或是一個集成系統(tǒng)設(shè)計項目。
規(guī)格說明:
1. 題目自定。
1) 集成電路設(shè)計項目
i. 若為IC設(shè)計項目需要完成IC設(shè)計的版圖。
ii. 若采用FPGA實現(xiàn)數(shù)字集成電路設(shè)計,需要進(jìn)行下板測試。
2) 集成系統(tǒng)設(shè)計項目,需使用FPGA開發(fā)板或嵌入式開發(fā)板,完成一個完整的集成系統(tǒng)作品。
3) 作品需要課堂現(xiàn)場演示,最后提交報告,每個小組單獨一份報告,但需闡述各個成員的工作。
2. 評分標(biāo)準(zhǔn):
評價
好
較好
一般
未完成
完成度
40
30
25
15
演示效果
30
25
20
15
報告評分
30
25
20
15
2015年第二學(xué)期,建議作品內(nèi)容:
· 完成一個行走機(jī)器人,基本要求
o 2-8只腳
o 能行走
o 可以用單片機(jī),嵌入式,F(xiàn)PGA方案
一、 設(shè)計目的:
通過設(shè)計一個能夠走動的機(jī)器人來增加對動手能力,和對硬件電路設(shè)計的能力,增強(qiáng)軟件流程設(shè)計的能力和對設(shè)計流程實現(xiàn)電路功能的能力,在各個方面提升自己對電子設(shè)計的能力。
二、 設(shè)計儀器和工具:
本設(shè)計是設(shè)計一個能走動的機(jī)器人,使用到的儀器和工具分別有:sg90舵機(jī)12個、四腳機(jī)器人支架一副、單片機(jī)最小系統(tǒng)一個、電容電阻若干、波動開關(guān)一個、超聲遙控模塊一對、杜邦線若干、充電寶一個。
三、 設(shè)計原理:
本次設(shè)計的機(jī)器人是通過51單片機(jī)控制器來控制整個電路的。其中,舵機(jī)的控制是通過產(chǎn)生一個周期為20毫秒的高電平帶寬在0.5到2.5ms之間的pwm信號來控制。12路Pwm信號由單片機(jī)的定時器來產(chǎn)生。51單片機(jī)產(chǎn)生12路pwm信號的原理是:以20毫秒為周期,把這20毫秒分割成8個2.5ms,因為,每個pwm信號的高電平時間最多為2.5ms,然后在前六個2.5ms中分別輸出兩個pwm信號的高電平,例如,在第一個2.5ms中輸出第一個和第二個pwm信號的高電平時,首先開始時,把信號S1、S2都置1,然后比較兩個高電平時間,先定時時間短的高電平時間,把高電平時間短的那個信號置0,再定時兩個高電平時間差,到時把高電平時間長的按個信號置0,然后,定時(2.5-較長那個高電平時間),在第二個2.5ms開始時,把S3、S4置1,接下來和上面S1、S2一樣,以此類推,在六個2.5ms 中輸出12路pwm信號來控制舵機(jī)。原理圖如圖1.
第一個2.5ms
0 2.5
通過超聲模塊來控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、向前的左轉(zhuǎn)、向前的右轉(zhuǎn)、向后的左轉(zhuǎn)、向后的右轉(zhuǎn)幾個動作。
控制模塊電路,D0,D1,D2,D3分別為超聲接受模塊的輸出,輸出為高電平,要加NPN作為開關(guān)。
四、 設(shè)計步驟:
1、 設(shè)計好硬件電路,焊接51單片機(jī)的最小系統(tǒng)和各個硬件電路。
2、 設(shè)計好軟件的流程圖,如圖2。
3、 寫產(chǎn)生12路控制舵機(jī)的pwm信號的程序并在proteus中測試,如 圖3。
4、 設(shè)計出行走步態(tài),四腳機(jī)器人的步態(tài)是采用對角的相互前進(jìn)來實現(xiàn)的,如圖4。
5、 寫出流程圖中各個模塊的軟件,包括前進(jìn)函數(shù)、后退函數(shù)、左轉(zhuǎn)和
右轉(zhuǎn)的函數(shù),并逐個燒到單片機(jī)中測試。
6、 按流程圖把各個函數(shù)組合到主函數(shù)中,完成所有軟件的編寫,并燒 到單片機(jī)中測試,并不斷的調(diào)試。
開始
初始化
掃描控制按鍵
處理控制按鍵
機(jī)器人行走
結(jié)束
圖2.流程圖
開始
圖3.在proteus里測試并調(diào)試pwm信號
初始狀態(tài):
先邁一對腳 邁另一對并
另一對支撐 身體前進(jìn)
圖4,行走步態(tài)
五、 遇到的問題及解決:
1、 此設(shè)計的pwm信號輸出使用定時器來產(chǎn)生每個信號的高電平和低電平,每次定時時間到,都會會關(guān)掉定時器并執(zhí)行中斷函數(shù),在此過程中會消耗一定的時間,等到給定時器賦值下一次定時時間并開始定時時,就會產(chǎn)生一定的時間延時,造成每次高電平時間都會變長一點,且總的加起來會使20ms周期變長,因此,需要稍微減小高電平的定時時間,并結(jié)合proteus仿真確定最準(zhǔn)確值。
2、 由于機(jī)器人的四個腳都是自己組裝的,可能會有存在不平衡和對稱,當(dāng)對角的兩只腳同時向前邁同一個角度時,會使機(jī)器人向一個方向偏轉(zhuǎn)而不沿直線前進(jìn),這時要結(jié)合實際測試來調(diào)整機(jī)器人的各個腳的前邁角度來使機(jī)器人平衡的沿直線前進(jìn),比如,一只腳邁多點,另一邊的腳邁少點。
六、心得與體會:
通過這次設(shè)計,我更加的熟悉基本的硬件電路和軟件的設(shè)計,特別是軟件的流程圖設(shè)計。更加熟悉軟硬件電路結(jié)合的測試與調(diào)試。
六、實驗實物圖:
設(shè)計代碼:
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uint pwm[12],p_min1,p_max1,p_min2,p_max2,p_min3,p_max3,p_min4,p_max4,p_min5,p_max5,
p_min6,p_max6,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p11,p21,p31,p41,p51,p61;//高電平帶寬
sbit s0=P2^0;//12路輸出信號
sbit s1=P2^1;
sbit s2=P2^2;
sbit s3=P2^3;
sbit s4=P2^4;
sbit s5=P2^5;
sbit s6=P2^6;
sbit s7=P2^7;
sbit s8=P0^6;
sbit s9=P0^4;
sbit s10=P0^2;
sbit s11=P0^0;
sbit up=P1^0;
sbit right=P1^4;
sbit left=P1^2;
sbit down=P1^6;
uchar s_num,f,b,r,l,back_flag;forward_flag;
void back();//后退
void forward(); //前進(jìn)
void back_right(); //后右轉(zhuǎn) 、前左轉(zhuǎn)
void back_left(); //后左轉(zhuǎn)、前右轉(zhuǎn)
void scan_key();//遙控監(jiān)控
void labor_init();//機(jī)器人的初始狀態(tài)
void delay(uint i) //延時函數(shù),延時一秒
{
uint j;
for(i;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
void init(void)//中斷初始函數(shù)
{
TMOD=0x01;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
}
void rate(uint p[12])//pwm的排序函數(shù)
{
p_min1=(p[0]<=p[1]?(p[0]):(p[1]))-40;
p_max1=p[0]>p[1]?(p[0]):(p[1]);
p_min2=(p[2]<=p[3]?p[2]:p[3])-64;
p_max2=p[2]>p[3]?p[2]:p[3];
p_min3=(p[4]<=p[5]?p[4]:p[5])-64;
p_max3=p[4]>p[5]?p[4]:p[5];
p_min4=(p[6]<=p[7]?p[6]:p[7])-64;
p_max4=p[6]>p[7]?p[6]:p[7];
p_min5=(p[8]<=p[9]?p[8]:p[9])-64;
p_max5=p[8]>p[9]?p[8]:p[9];
p_min6=(p[10]<=p[11]?p[10]:p[11])-64;
p_max6=p[10]>p[11]?p[10]:p[11];
p1=p_max1-p_min1-21;
p2=p_max2-p_min2-42;
p3=p_max3-p_min3-42;
p4=p_max4-p_min4-42;
p5=p_max5-p_min5-42;
p6=p_max6-p_min6-42;
p11=2400-p_max1;
p21=2400-p_max2;
p31=2400-p_max3;
p41=2400-p_max4;
p51=2400-p_max5;
p61=15500-p_max6;
TH0=-p_min1/256;
TL0=-p_min1%256;
s_num=0;
s0=1;
s1=1;
init();
}
void scan_key()
{
if(P1!=0xff)
{
delay(5);
if(up==0)
{
f=0;
}
if(down==0)
b=0;
if(right==0)
r=0;
if(left==0)
l=0;
}
}
void time0() interrupt 1 //中斷產(chǎn)生12路pwm信號
{
TR0=0;
switch(s_num)
{
case 0:if(pwm[0]<=pwm[1])
{
if(pwm[0]==pwm[1])
{s0=0;s1=0;s_num++;TH0=-(p1-0)/256;TL0=-(p1-0)%256;break;}
else
s0=0;
}
else
s1=0;
TH0=-p1/256;
TL0=-p1%256;
s_num++;
break;
case 1:if(pwm[0]>pwm[1])
s0=0;
else
s1=0;
TH0=-p11/256;
TL0=-p11%256;
s_num++;
break;
case 2:s2=1;
s3=1;
TH0=-p_min2/256;
TL0=-p_min2%256;
s_num++;
break;
case 3:if(pwm[2]<=pwm[3])
{
if(pwm[2]==pwm[3])
{s2=0;s3=0;s_num++;TH0=-p2/256;TL0=-p2%256;break;}
else
s2=0;
}
else
s3=0;
TH0=-p2/256;
TL0=-p2%256;
s_num++;
break;
case 4:if(pwm[2]>pwm[3])
s2=0;
else
s3=0;
TH0=-p21/256;
TL0=-p21%256;
s_num++;
break;
case 5:s4=1;
s5=1;
TH0=-p_min3/256;
TL0=-p_min3%256;
s_num++;
break;
case 6:if(pwm[4]<=pwm[5])
{
if(pwm[4]==pwm[5])
{s4=0;s5=0;s_num++;TH0=-p3/256;TL0=-p3%256;break;}
else
s4=0;
}
else
s5=0;
TH0=-p3/256;
TL0=-p3%256;
s_num++;
break;
case 7:if(pwm[4]>pwm[5])
s4=0;
else
s5=0;
TH0=-p31/256;
TL0=-p31%256;
s_num++;
break;
case 8:s6=1;
s7=1;
TH0=-p_min4/256;
TL0=-p_min4%256;
s_num++;
break;
case 9:if(pwm[6]<=pwm[7])
{
if(pwm[6]==pwm[7])
{s6=0;s7=0;s_num++;TH0=-p4/256;TL0=-p4%256;break;}
else
s6=0;
}
else
s7=0;
TH0=-p4/256;
TL0=-p4%256;
s_num++;
break;
case 10:if(pwm[6]>pwm[7])
s6=0;
else
s7=0;
TH0=-p41/256;
TL0=-p41%256;
s_num++;
break;
case 11:s8=1;
s9=1;
TH0=-p_min5/256;
TL0=-p_min5%256;
s_num++;
break;
case 12:if(pwm[8]<=pwm[9])
{
if(pwm[8]==pwm[9])
{s8=0;s9=0;s_num++;TH0=-p5/256;TL0=-p5%256;break;}
else
s8=0;
}
else
s9=0;
TH0=-p5/256;
TL0=-p5%256;
s_num++;
break;
case 13:if(pwm[8]>pwm[9])
s8=0;
else
s9=0;
TH0=-p51/256;
TL0=-p51%256;
s_num++;
break;
case 14:s10=1;
s11=1;
TH0=-p_min6/256;
TL0=-p_min6%256;
s_num++;
break;
case 15:if(pwm[10]<=pwm[11])
{
if(pwm[10]==pwm[11])
{s10=0;s11=0;s_num++;TH0=-p6/256;TL0=-p6%256;break;}
else
s10=0;
}
else
s11=0;
TH0=-p6/256;
TL0=-p6%256;
s_num++;
break;
case 16:if(pwm[10]>pwm[11])
s10=0;
else
s11=0;
TH0=-p61/256;
TL0=-p61%256;
s_num++;
break;
case 17:
s0=1;
s1=1;
s_num=0;
TH0=-p_min1/256;
TL0=-p_min1%256;
break;
}
scan_key();
TR0=1;
}
void motor_init1()//給所有信號都設(shè)高電平時間為1.5毫秒
{
uchar i;
for(i=0;i<12;i++)
pwm[i]=1500;
}
void labor_init()//機(jī)器人的初始狀態(tài)
{
motor_init1();
l=1;
f=1;
r=1;
b=1;
back_flag=0;
forward_flag=0;
rate(pwm);
//delay(200);
while(1)
{
if(r==0)
{
r=1;
back_right();
}
if(l==0)
{
l=1;
back_left();
}
if(f==0)
{
f=1;
forward();
}
if(b==0)
{
b=1;
back();
}
}
}
void back()
{
back_flag=1;
forward_flag=0;
motor_init1();
pwm[8]=pwm[8]+300;
pwm[9]=pwm[9]-250;
pwm[2]=pwm[2]+150;
pwm[3]=pwm[3]-150;
pwm[7]=pwm[7]+50;
//pwm[0]=pwm[0]-80;
//pwm[5]=pwm[5]+80;
//pwm[11]=pwm[11]-30;
rate(pwm);
delay(500);
pwm[3]=pwm[3]+320;
pwm[8]=pwm[8]-200;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(300);
while(1)
{
if(r==0)
{
r=1;
back_right();
}
if(l==0)
{
l=1;
back_left();
}
if(f==0)
{
f=1;
forward();
}
if(b==0)
b=1;
pwm[3]=pwm[3]-320;
pwm[8]=pwm[8]+200;
pwm[2]=pwm[2]-270;
pwm[9]=pwm[9]+320;
pwm[1]=pwm[1]-600;
pwm[0]=pwm[0]-600;
pwm[10]=pwm[10]-600;
pwm[11]=pwm[11]-600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[1]=pwm[1]+600;
pwm[0]=pwm[0]+600;
pwm[10]=pwm[10]+600;
pwm[11]=pwm[11]+600;
rate(pwm);
delay(500);
pwm[2]=pwm[2]+270;
pwm[9]=pwm[9]-320;
pwm[3]=pwm[3]+320;
pwm[8]=pwm[8]-200;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(500);
if(P1!=0xff)
forward();
}
}
void back_right()
{
motor_init1();
pwm[8]=pwm[8]+50;
pwm[9]=pwm[9]-50;
//pwm[2]=pwm[2]+150;
//pwm[3]=pwm[3]-150;
pwm[7]=pwm[7]+100;
//pwm[0]=pwm[0]-80;
//pwm[5]=pwm[5]+80;
//pwm[11]=pwm[11]-30;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[3]=pwm[3]-70;
pwm[8]=pwm[8]-70;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(300);
while(1)
{
if(r==0)
{
if(back_flag==1)
{
r=1;
back_right();
}
if(forward_flag==1)
{
r=1;
back_left();
}
}
if(l==0)
{
if(back_flag==1)
{
l=1;
back_left();
}
if(forward_flag==1)
{
l=1;
back_right();
}
}
if(f==0)
{
f=1;
forward();
}
if(b==0)
{
b=1;
back();
}
pwm[3]=pwm[3]+70;
pwm[8]=pwm[8]+70;
pwm[2]=pwm[2]-70;
pwm[9]=pwm[9]-70;
pwm[1]=pwm[1]-600;
pwm[0]=pwm[0]-600;
pwm[10]=pwm[10]-600;
pwm[11]=pwm[11]-600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[1]=pwm[1]+600;
pwm[0]=pwm[0]+600;
pwm[10]=pwm[10]+600;
pwm[11]=pwm[11]+600;
rate(pwm);
delay(500);
pwm[2]=pwm[2]+70;
pwm[9]=pwm[9]+70;
pwm[3]=pwm[3]-70;
pwm[8]=pwm[8]-70;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(300);
}
}
void back_left()
{
motor_init1();
pwm[8]=pwm[8]+50;
pwm[9]=pwm[9]-50;
//pwm[2]=pwm[2]+150;
//pwm[3]=pwm[3]-150;
pwm[6]=pwm[6]+50;
pwm[7]=pwm[7]+100;
//pwm[0]=pwm[0]-80;
//pwm[5]=pwm[5]+80;
//pwm[11]=pwm[11]-30;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[3]=pwm[3]+70;
pwm[8]=pwm[8]+70;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(300);
while(1)
{
if(r==0)
{
if(back_flag==1)
{
r=1;
back_right();
}
if(forward_flag==1)
{
r=1;
back_left();
}
}
if(l==0)
{
if(back_flag==1)
{
l=1;
back_left();
}
if(forward_flag==1)
{
l=1;
back_right();
}
}
if(f==0)
{
f=1;
forward();
}
if(b==0)
{
b=1;
back();
}
pwm[3]=pwm[3]-70;
pwm[8]=pwm[8]-70;
pwm[2]=pwm[2]+70;
pwm[9]=pwm[9]+70;
pwm[1]=pwm[1]-600;
pwm[0]=pwm[0]-600;
pwm[10]=pwm[10]-600;
pwm[11]=pwm[11]-600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[1]=pwm[1]+600;
pwm[0]=pwm[0]+600;
pwm[10]=pwm[10]+600;
pwm[11]=pwm[11]+600;
rate(pwm);
delay(500);
pwm[2]=pwm[2]-70;
pwm[9]=pwm[9]-70;
pwm[3]=pwm[3]+70;
pwm[8]=pwm[8]+70;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(300);
}
}
void forward()
{
forward_flag=1;
back_flag=0;
motor_init1();
pwm[2]=pwm[2]-150;
pwm[3]=pwm[3]+220;
pwm[8]=pwm[8]+10;
pwm[11]=pwm[11]-20;
rate(pwm);
delay(500);
pwm[3]=pwm[3]-300;
pwm[8]=pwm[8]+300;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(300);
while(1)
{
if(r==0)
{
r=1;
back_left();
}
if(l==0)
{
l=1;
back_right();
}
if(b==0)
{
b=1;
back();
}
if(f==0)
f=1;
pwm[3]=pwm[3]+300;
pwm[8]=pwm[8]-300;
pwm[2]=pwm[2]+300;
pwm[9]=pwm[9]-280;
pwm[1]=pwm[1]-600;
pwm[0]=pwm[0]-600;
pwm[10]=pwm[10]-600;
pwm[11]=pwm[11]-600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[1]=pwm[1]+600;
pwm[0]=pwm[0]+600;
pwm[10]=pwm[10]+600;
pwm[11]=pwm[11]+600;
rate(pwm);
delay(500);
pwm[2]=pwm[2]-300;
pwm[9]=pwm[9]+280;
pwm[3]=pwm[3]-300;
pwm[8]=pwm[8]+300;
pwm[4]=pwm[4]+600;
pwm[5]=pwm[5]+600;
pwm[6]=pwm[6]+600;
pwm[7]=pwm[7]+600;
rate(pwm);
delay(300);
pwm[4]=pwm[4]-600;
pwm[5]=pwm[5]-600;
pwm[6]=pwm[6]-600;
pwm[7]=pwm[7]-600;
rate(pwm);
delay(500);
if(P1!=0xff)
back();
}
}
void main(void)
{
labor_init();
}
29
.
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