機(jī)器人常用的單片機(jī)使用經(jīng)驗

一 學(xué)習(xí)單片機(jī)的捷徑是什么？
        所謂捷徑就是少走彎路。我剛開始學(xué)單片機(jī)時走了不少彎路，很多朋友和我都有相似的經(jīng)歷，剛開始接觸

2 齒輪和凸輪組成的控制器
       在模擬計算機(jī)誕生前，也就是蒸汽機(jī)時代，有些機(jī)械天才硬是用數(shù)百個齒輪和凸輪搭建出機(jī)械計算機(jī)，人們通過轉(zhuǎn)動印有數(shù)字的各種齒輪，另一些齒輪就將運(yùn)算結(jié)果顯示出來。機(jī)械計算機(jī)在人類史上上曾經(jīng)是高科技產(chǎn)品，第二次世界大戰(zhàn)時，德國著名的密碼機(jī)就是一種機(jī)電混合式計算機(jī)，它當(dāng)時是最保密的通信工具。


3 發(fā)條和秒表和繼電器組成的控制器
       在電氣時代開始時，人們用鐘表內(nèi)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)分時控制一些繼電器的通斷，從而控制一些機(jī)床和生產(chǎn)線的運(yùn)行。這種裝置類似于早期洗衣機(jī)內(nèi)的定時器。


三 入門首選 AT89S51系列單片機(jī)

1 簡介

        1980，英特爾公司開發(fā)出一種簡易的8031CPU，在當(dāng)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(yīng)用選中。由于市場看好，ATMEL公司購買了8031的內(nèi)核，把Flash存儲器和加強(qiáng)型IO口融入進(jìn)去開發(fā)出了AT89系列單片機(jī)。所有兼容8031指令和內(nèi)核相似的單片機(jī)統(tǒng)稱為51單片機(jī)，它是目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一。因51單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，指令易學(xué)，應(yīng)用廣泛，因此是初學(xué)單片機(jī)首選機(jī)型。如果有人想不學(xué)51，直接學(xué)AVR，那么此人一定會遇到很多難題，困惑和郁悶將伴隨著學(xué)習(xí)過程。如果學(xué)了51再學(xué)AVR和其他單片機(jī)，人們會發(fā)現(xiàn)“所謂單片機(jī)都不過如此”。
2 性能
        根據(jù)任務(wù)具體需要選擇最合適的單片機(jī)，使單片機(jī)資源充分利用，使系統(tǒng)性價比達(dá)到最高，同時兼顧未來擴(kuò)展需要，不一味追求高性能單片機(jī)，這就是選單片機(jī)的原則。
AT89S51有4K的Flash程序存儲器，128字節(jié)的RAM，32條IO口，中斷系統(tǒng)具有6個中斷源、5個終端矢量、2個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)；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(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強(qiáng)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(chǎn)了很多擴(kuò)展型51系列單片機(jī)，有的帶有AD轉(zhuǎn)換器，有的帶有比較器，有的帶有PWM，讀者可以根據(jù)自身需要選擇合適的51單片機(jī)，但要注意他們的管腳定義和編程方式。
3 使用方法
        AT89S51 適于做單片機(jī)學(xué)習(xí)板、電子時鐘、超聲波測距儀等不需要采集模擬量和控制大功率外部元件的電路。S51與過去的C51的區(qū)別在于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針并口線和非常簡單的轉(zhuǎn)換電路即可接在臺式電腦打印機(jī)接口燒程序，下載燒程序小軟件即實現(xiàn)可對S51單片機(jī)編程。對51單片機(jī)編程一般選用Keil軟件，可采用C語言或者匯編語言，編完程后選擇輸出HEX文件，然后用燒程序小軟件讀取HEX文件，再燒寫到單片機(jī)中。
 

4 實踐經(jīng)驗
        A 剛開始看書時，按照書上的電路圖連線然后通電調(diào)試，但總不成功，將自己的電路和書上的電路仔細(xì)對照發(fā)現(xiàn)不了問題。原因在于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(guān)乎系統(tǒng)的運(yùn)行。比如，當(dāng)單片機(jī)書講到AD轉(zhuǎn)換電路，給出的電路圖多省略了晶振和復(fù)位電路，按照AD轉(zhuǎn)換電路圖搭出來的系統(tǒng)自然不能運(yùn)行。
        B 51單片機(jī)P0口輸出信號時需要上拉電阻，我經(jīng)常忘記加電阻，導(dǎo)致電路不好使。
        C 51單片機(jī)31引腳需要接正極，以選擇采用內(nèi)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(jī)可能不能執(zhí)行程序。


4 應(yīng)用舉例

四 愛好者制作機(jī)器人首選 AVR系列單片機(jī)

1 簡介

AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機(jī)。高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價位一直是衡量單片機(jī)性能的重要指標(biāo)，而AVR單片機(jī)是典型高性能單片機(jī)。
早期單片機(jī)，比如51單片機(jī)為了提高可靠性（防止數(shù)據(jù)誤讀或跑飛）采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。例如51單片機(jī)需要12個晶振周期才能組成1個機(jī)器周期，而且很多指令需要2個機(jī)器周期才能執(zhí)行。AVR單片機(jī)的推出，徹底打破這種舊設(shè)計格局，廢除了機(jī)器周期，采用精簡指令集，取指周期短，又可預(yù)取指令，實現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。AVR單片機(jī)在12個晶振周期中能執(zhí)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(jìn)行大量復(fù)雜運(yùn)算時，AVR的32個寄存器可相當(dāng)于51的32個累加器，克服了51系列單片機(jī)只有單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶頸現(xiàn)象，在復(fù)雜運(yùn)算時速度比51快5倍以上。由此可看出，51與AVR相比是多么慢，AVR是多么快。
AVR系列單片機(jī)多內(nèi)部集成了多路AD轉(zhuǎn)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，并且很多AVR單片機(jī)型號有EEPROM、FLASH、SRAM三種存儲器，可以實現(xiàn)實時修改程序存儲器中的內(nèi)容，即AVR單片機(jī)可以自己修改自己的程序。同時AVR一般能工作在寬電壓范圍（2.7～6.0V），有的居然可以在1.8V電壓下工作。以上這些性能只是AVR眾多性能中的一部分，然而已經(jīng)讓51系列單片機(jī)望塵莫及了。
如此高性能的單片機(jī)價格居然和51單片機(jī)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(jī)。它們都基于同一核心技術(shù)，但在內(nèi)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(jī)能滿足你的需要。
本文只列出ATmega16中檔單片機(jī)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；有實時時鐘RTC；8個10位AD通道；電壓比較器；看門狗；內(nèi)置時鐘振蕩器；JTAG接口；ISP在線編程；電壓范圍為2.7V-5.5V；外部時鐘晶振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(qū)動LED,甚至可直接驅(qū)動微型直流減速電機(jī)。而且AVR的IO口可編程設(shè)置成輸入、輸出、高阻態(tài)狀態(tài)，是真正的3態(tài)IO口。和51相比使用AVR開發(fā)產(chǎn)品你會發(fā)現(xiàn)前所未有的方便和自由。
AVR單片機(jī)可上操作系統(tǒng)，比如UCOS2、Linux等，自主編程實現(xiàn)操作系統(tǒng)功能也很容易。
        根據(jù)任務(wù)具體需要選擇最合適的單片機(jī)，使單片機(jī)資源充分利用，使系統(tǒng)性價比達(dá)到最高，同時兼顧未來擴(kuò)展需要，不要一味選用高性能單片機(jī)，這就是選單片機(jī)的原則。
        用ARM+操作系統(tǒng)做超聲波測距儀——殺雞用了牛刀。用AVR中檔單片機(jī)做機(jī)器視覺——有些吃不消。如果把它們調(diào)換一下，一切就恰到好處了。
 

3 使用方法
學(xué)AVR單片機(jī)的好書是《AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐》，封面見下圖。
AVR一般采用CVAVR編程軟件編程，也可用GUN GCC AVR、AVR Studio軟件編程?？刹捎脜R編或C語言編程。燒程序前先輸出HEX文件，然后用SLISP（雙龍ISP）軟件加載，再通過ISP編程線或者25針并口連接線燒入AVR單片機(jī)，支持在線編程。
由于AVR單片機(jī)最小系統(tǒng)很簡單，就是電源+晶振（可不用）+LED+ISP接口（通電就運(yùn)行，斷電就停止，不用復(fù)位電路），因此任何初學(xué)者都可以用面包板搭出AVR最小系統(tǒng)，并且編程實踐。
4 實踐經(jīng)驗
使用AVR單片機(jī)時注意要正確設(shè)置熔絲位，SLISP軟件就可設(shè)置，熔絲位可決定單片機(jī)是采用外部晶振還是采用內(nèi)部時鐘振蕩器，如果熔絲位設(shè)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(yùn)行。很多初學(xué)者忽視了這一點(diǎn)，他們的AVR系統(tǒng)不能運(yùn)行卻找不到原因。再有就是AVR的IO口在使用前需先編程設(shè)置其狀態(tài)，否則你將發(fā)現(xiàn)程序在運(yùn)行，但I(xiàn)O口沒信號。


4 應(yīng)用舉例




五 高級機(jī)器人控制器 ARM

1 簡介
         ARM是一個公司名，他們基于同一內(nèi)核設(shè)計了很多高性能處理器，這些處理器都叫ARM。該技術(shù)被很多公司購買后生產(chǎn)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(jī)。ARM一般為32位單片機(jī)，適于處理大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，很多ARM裝上了UCOS2、Windows CE、Linux操作系統(tǒng)，能夠同時運(yùn)行多個程序。ARM廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3、GPS導(dǎo)航儀、吸塵機(jī)器人等產(chǎn)品上。


六 音頻視頻處理首選 DSP

1 簡介
DSP數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)，它是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)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(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)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(lǐng)域DSP被廣泛應(yīng)用。但如果僅用DSP檢測幾個碰撞開關(guān)、控制幾個電機(jī)顯得大材小用。

七 新興控制器 FPGA
1簡介
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，系統(tǒng)設(shè)計師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)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里。簡單說，如果使用者想開發(fā)一個用簡單數(shù)字邏輯電路就能控制的小車，又嫌搭電路麻煩，他就可用軟件給一個FPGA編程讓它實現(xiàn)數(shù)字電路功能去控制小車。即FPGA可被用來模擬各種電路。有的FPGA甚至能模擬51單片機(jī)的運(yùn)行。因FPGA通過編程即可修改它模擬的電路結(jié)構(gòu)，因此在系統(tǒng)實驗、調(diào)試中很方便，很多愛好者嘗試用FPGA做機(jī)器人控制器。


八 更多可供選擇的單片機(jī)
       我們選擇學(xué)一款單片機(jī)前首先要考慮自己面對的實際任務(wù)需要什么性能的單片機(jī)，然后在眾多性能滿足要求的單片機(jī)中作出選擇。此時我們還要考慮不同單片機(jī)的“應(yīng)用廣泛程度”，比方說：當(dāng)我們要做一個電子大賽智能小車，有AVR單片機(jī)和PIC單片機(jī)可滿足任務(wù)需要，如何在兩者中作出選擇需要考慮哪種單片機(jī)學(xué)起來比較容易、學(xué)習(xí)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(jī)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(jī)的資料比較豐富。
       世界上有種類繁多的單片機(jī)，它們當(dāng)中絕大多數(shù)都可用來控制機(jī)器人，但存在一個是否合適的問題。比如PLC是可編程控制器，當(dāng)然可以用來控制愛好者手中的機(jī)器人，但PLC多用于工業(yè)控制領(lǐng)域，設(shè)備龐大價格昂貴，同時不易獲得用PLC控制小型機(jī)器人的資料。愛好者選擇學(xué)一種單片機(jī)前，首先得明確自己要用單片機(jī)干什么，然后再選最合適的單片機(jī)學(xué)習(xí)。學(xué)單片機(jī)重在學(xué)精一兩種單片機(jī)，如果有人泛泛地學(xué)ARM、PLC、PIC、凌陽、DSP、FPGA等所有有名的單片機(jī)，那么他將無法擁有真正的深度開發(fā)能力。所謂深度開發(fā)，以AVR單片機(jī)為例，初學(xué)者可以用它實現(xiàn)小燈交替閃爍，中級技術(shù)人員可以用它控制參加比賽的機(jī)器人，而真正的高級開發(fā)人員可以用AVR實現(xiàn)機(jī)器視覺、無人機(jī)自動駕駛、坦克火控系統(tǒng)……
       AVR單片機(jī)過時了嗎？
       有初學(xué)者甚至中級開發(fā)人員認(rèn)為因ARM性能一般比AVR性能高，因此ARM將代替AVR，AVR將退出歷史舞臺，或者M(jìn)SP430將代替51系列單片機(jī)，或者FPGA將取代所有單片機(jī)等。這種看法不對，因為不同單片機(jī)都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，沒有哪種單片機(jī)是完美的，在不同場合用最合適的單片機(jī)，發(fā)揮它們各自的特長，而不存在ARM一統(tǒng)天下，取代所有其他型號單片機(jī)的可能性。試想，原本十幾元的電子表因為采用ARM控制買到幾百元，誰能受得了？因此不要覺得AVR已經(jīng)過時，學(xué)完51就直接學(xué)ARM，或者覺得學(xué)51沒用，直接學(xué)ARM，否則你將碰壁。
          MSP430系列單片機(jī)：比較適于機(jī)器人開發(fā)，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，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在1MHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流會在200~400uA左右，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1uA。MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。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(qū)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 系列單片機(jī)引進(jìn)了JTAG技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在線編程。
          PIC單片機(jī)：可用于機(jī)器人開發(fā)，是8位單片機(jī)，產(chǎn)品種類豐富，采用精簡指令集，有不錯的開發(fā)環(huán)境，引腳驅(qū)動能力強(qiáng)，可直接連接繼電器控制強(qiáng)電。自帶看門狗，有睡眠和低功耗模式。很多性能不如AVR和MSP430系列單片機(jī)，但因其有特殊優(yōu)點(diǎn)，也被廣泛應(yīng)用。
          凌陽單片機(jī)：比較適于機(jī)器人開發(fā)，以16位計算機(jī)為核心，集成不同規(guī)模的RAM、ROM和其他豐富的功能電路，使用者可以根據(jù)自己需要選擇集成了特定功能電路的凌陽單片機(jī)。凌陽單片機(jī)指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的16位，16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用添加了DSP功能，因此凌陽適合進(jìn)行語音識別。在我國凌陽單片機(jī)在學(xué)校比較常見，應(yīng)用實例較多，可作為機(jī)器人愛好者選用的單片機(jī)。

九 實例：用AVR單片機(jī)創(chuàng)造機(jī)器生命
1 什么是機(jī)器生命
       機(jī)器生命就是一個能自主生存的機(jī)器，一個自動為生存下去而奮斗的機(jī)器。對于機(jī)器生命來說，生存的含義就是不斷電，繼續(xù)運(yùn)行。機(jī)器生命具有完全自主決策、自主行動、活動于未知世界、不需人類參與就能持續(xù)運(yùn)行并且自我維護(hù)等特征。影片《終結(jié)者》中的天網(wǎng)就是超級機(jī)器生命?！杜Z5號》描述了一個機(jī)器人從無生命到有生命的過程。
       N.維納（Norbert Wiener，1894～1964）寫《控制論》時創(chuàng)造出第一個機(jī)器生命Wiener龜，這個機(jī)器龜僅有2個電子管組成的模擬計算機(jī)，但它卻能實現(xiàn)真正的烏龜覓食、睡覺、探索、逃避等行為，其表現(xiàn)如同一個有生命的生物一樣。機(jī)器龜上面有太陽能電池，當(dāng)自身電池快用完前，機(jī)器龜樂于尋找一個光線充足的地方充電，充滿電后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(yù)知它的行蹤，因為它不是按照程序運(yùn)行的，就如同我們自己一樣。后來維納在他的機(jī)器龜上又加了一個電子管，三個電子管連接成簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過對機(jī)器龜訓(xùn)練，維納通過搖鈴可控制機(jī)器龜?shù)男袨?。正如有生物學(xué)家訓(xùn)練狗使得狗聽到搖鈴聲后就流口水。


2 我們可以自己動手做一個機(jī)器寵物
       我們今天有先進(jìn)的單片機(jī)，制作一個更好的機(jī)器生命其實不難。機(jī)器生命遠(yuǎn)比按固定程序運(yùn)行的機(jī)器人好玩，就如同寵物狗比玩具狗好玩一樣。我們設(shè)想的機(jī)器生命可以是一個小型履帶式機(jī)器人，帶有太陽能板，能感受光線強(qiáng)弱，障礙物距離和碰撞，為了實現(xiàn)人機(jī)互動，該機(jī)器生命具有語音識別功能。試想你學(xué)習(xí)一天，回到寢室，叫一聲TONY，你的機(jī)器寵物轉(zhuǎn)身飛快跑向你，那種感覺只有寵物的創(chuàng)造者才能體會……


3 如何實現(xiàn)？如何設(shè)計電路？如何設(shè)計結(jié)構(gòu)？
       這個機(jī)器生命方案采用ATmega16單片機(jī)做控制器，單片機(jī)的8路AD通道和其余24個IO接口都被使用。AVR單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換頻率高于音頻，可以用來進(jìn)行簡單的語音采集。機(jī)器生命的程序較復(fù)雜，而AVR單片機(jī)適合進(jìn)行快速復(fù)雜運(yùn)算。本設(shè)計的電路板上除了ATmega16單片機(jī)外，還有2個LG9110電機(jī)驅(qū)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(xué)者和中級愛好者動手制作。
       LCD采用通用1602模塊，支持3位控制線4位數(shù)據(jù)線，如果你采用IO口復(fù)用技術(shù)，可用6條線控制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(guān)）、LCD液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動等技術(shù)，這些都是動手做簡單機(jī)器人的基本技術(shù)，如果愛好者能把這個機(jī)器生命做好，那么你的電路設(shè)計、調(diào)試經(jīng)驗和編程能力都會有很大的提高。
       這個機(jī)器生命的技術(shù)含量相當(dāng)于20世紀(jì)70年代國際機(jī)器人領(lǐng)域的先進(jìn)水平。當(dāng)時已經(jīng)有很多非常精密和復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用，但這種簡單的機(jī)器人怎么能稱作先進(jìn)呢？因為技術(shù)的復(fù)雜和技術(shù)的先進(jìn)不是一個概念，復(fù)雜+精密不一定等于先進(jìn)。先進(jìn)的東西不一定復(fù)雜和精密。


A 尋光
       我們可以用光電二極管來檢測光線強(qiáng)弱。當(dāng)然也可以用光敏電阻。將光敏電阻和一個固定電阻串聯(lián)接在電源正負(fù)極之間，光敏電阻靠近正極一側(cè)。從光敏電阻和固定電阻連接點(diǎn)引出導(dǎo)線接到ATmega16的AD轉(zhuǎn)換輸入口。當(dāng)強(qiáng)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(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后判斷光線增強(qiáng)。機(jī)器生命有5個光電傳感器，其中4個面向機(jī)器人前后左右四個方向，另一個指向太陽能板所面對的方向。通過編程可以讓機(jī)器人自主移動到光線最強(qiáng)的地方。
B 充電
       本設(shè)計采用4.8V鎳氫充電電池為系統(tǒng)供電。太陽能電池板正負(fù)極通過一個三極管與電池正負(fù)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，如果壓差高于某值，比較器控制三極管導(dǎo)通，太陽能電池板對充電電池充電。充電電池電壓上升，當(dāng)高于某值時控制三極管關(guān)斷，結(jié)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于8V。


C 語音識別
       用AVR單片機(jī)的高速AD檢測功能能實現(xiàn)簡單的語音識別。聲音信號被駐極體電容話筒接收后送至LM386音頻功放芯片放大和過濾后送至單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換口，單片機(jī)對音頻信號幅值采樣轉(zhuǎn)化為一組數(shù)字，然后對這組進(jìn)行取方差運(yùn)算，得出一個特征值，該特征值可以用于簡單的語音識別。比如你發(fā)一個“e”，方差應(yīng)該比較小，如果你發(fā)“p”爆破音，方差應(yīng)該較大。當(dāng)然，如果你用更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，會得到更好的識別效果。本設(shè)計使用了2路聲音信號，目的是讓單片機(jī)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(fā)射電路，當(dāng)超聲波遇到障礙物返回后，被超聲波接收頭接收，信號經(jīng)CX20106A解碼芯片處理，得到一個低電平脈沖，用該脈沖引發(fā)AVR單片機(jī)中斷，AVR通過檢查發(fā)波和收到回波之間的時間差即可算出障礙物距離。
E 電機(jī)驅(qū)動
       本設(shè)計采用2片LG9110電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動兩臺直流減速電機(jī)。LG9110輸出最大電流為800mA，僅需要2條控制線與單片機(jī)IO口直接相連即可控制一臺電機(jī)正反轉(zhuǎn)或者停止。LG9110僅有8個引腳，使用非常方便。
F 讓機(jī)器生命更聰明
       我的這個機(jī)器生命設(shè)計方案能實現(xiàn)最酷的效果是：白天，陽光明媚，機(jī)器生命跑到陽光底下曬太陽，太陽光會隨著時間變化，機(jī)器生命能自動跑到最合適的位置享受日光浴。到了晚上，機(jī)器生命會找個安靜的地方閉目養(yǎng)神，等待明天太陽升起。你可以訓(xùn)練機(jī)器生命，讓它知道自己的名字叫什么。比如你叫著它的名字，同時站在它面前用強(qiáng)光照射它的太陽能電池板，如此反復(fù)訓(xùn)練，會使機(jī)器生命聽到自己名字后向聲源方向跑去，在距離聲源一定遠(yuǎn)處停止，因為以往這樣做它都能享受強(qiáng)光照射并充電。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?qū)崿F(xiàn)的，關(guān)鍵就在于編程序?qū)崿F(xiàn)它。
G 想象無極限，你的機(jī)器寵物將無所不能
       以上方案中，ATmega16的功能被發(fā)揮到極致，以至于沒有空閑的IO口，系統(tǒng)不能再擴(kuò)展了。如果你用ATmega128單片機(jī)做，那么它擁有53個IO口，30多個中斷，128Kb的程序存儲器，4Kb的RAM，使得你能編寫更復(fù)雜的程序、儲存更多的動態(tài)數(shù)據(jù)、連接更多的外設(shè)，你的機(jī)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(shè)計一個堅固和強(qiáng)勁的底盤，你的機(jī)器生命就可以在室外自由探索了。
        以上芯片外設(shè)來源說明：在淘寶上購買很容易
        底盤：340元的高級履帶式1：16電動坦克模型
        加速度傳感器、地磁傳感器：美國AD公司的40元ADXL330加速度傳感器
        GPS定位：幾十元的車載外置GPS天線
最后，我想說，機(jī)器人是非常好玩的，只要你有想象力，有毅力，努力研究實踐就能創(chuàng)造奇跡。