六自由度机械手实验教学平台的硬件设计 毕业论文.doc

学号：20060180天津商业大学毕业设计（论文）六自由度机械手实验教学平台的硬件设计6 DOF Manipulator of Experimental Teaching Platform for Hardware Design学 院：信息工程教 学 系：自动化专业班级：自动化06-01学生姓名： 指导教师： 2010年6月3日目录内容摘要 Abstract 1 导言11.1 课题研究的目的和意义11.2 研究内容及主要工作32 六自由度机械手实验教学平台的总体方案42.1机械手平台设计方案42.2实验教学平台功能分析63 六自由度机械手实验教学平台的系统组成73.1主控制器选择73.2伺服控制器PSC及电机的选择83.3显示终端选择113.4传感器及电源的选择134 六自由度机械手实验教学平台的电路设计144.1主控制器接口设计144.2 PSC伺服控制板接口设计184.3 显示终端接口电路184.4传感器及其接口设计204.5 电源的设计225 总结与展望23参考文献25附录：开题报告（数据报告）26附录Protel电路图35致谢36内容摘要：本课题提出设计一个六自由度机械手的实验教学平台，为学生提供相关机器人的基本动作，提供软硬件扩展空间，在该平台上可以进行相关课程的教学，也可以进行综合实践教学和课程设计。更重要的是，利用这样一个平台可以使学生在对机器人的学习认知过程中，激发想象力，在实践中培养创新精神和创新能力。本设计采用主从控制方式，以AT89S52为主控制器，PSC伺服控制器为从控制器，控制电机的转动角度，以实现机械手的不同功能。论文中主要介绍了系统的组成模块及各个模块的功能实现方法，同时详细介绍了AT89S52内部结构及资源分配，给出了系统电源电路、信号检测电路、PSC接口控制电路，显示器接口控制电路的设计方法及工作原理。论文中在给出机械手运动解析表的基础上，说明了机械手基本动作和取动作的控制方法和实现方法。关键词：六自由度机械手；实验教学平台；AT89S52单片机；PSC伺服控制器Abstract：The issue presented to design a six degree of freedom manipulator experimental teaching platform for students to provide the robot's basic action, and provide expansion space for hardware and software, in which the platform can be related to the teaching, but also to undertake a comprehensive practice teaching and curriculum design . More importantly, the use of such a platform will enable students to learn the robot's cognitive process, stimulate imagination and creative spirit in practice and innovation. This design uses a master-slave control mode to the main controller AT89S52, PSC servo controller from the controller to control the motor rotation angle to achieve different functions of the manipulator. Paper introduces a system composed of modules and each module function implementation method, described in detail AT89S52 while the internal structure and resource allocation, given the system power supply circuitry, signal detection circuits, PSC interface control circuit, the display interface control circuit method and it works. Paper in the given robot motion based on the analysis table shows the basic mechanical hand movements and take action to control and implementation methods.Keywords: 6 DOF manipulator experimental teaching platform AT89S52 SCM PSC servo controlle381导言1.1 课题研究的目的和意义机器人技术是一门综合性的技术，它综合了机械与精密仪器、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感与信息处理以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是典型的机电一体化技术1。经济的发展要求各行各业提高自动化程度，推动着机器人技术的发展，出现了各种各样的机器人产品。机器人技术是当今先进的制造技术。机器人的研究与应用水平，反映了一个国家经济实力和科发展水平。各国对机器人的定义不尽相同，我国把机器人定义为：一种能自动检测、可重复编程、多功能多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业2。国际机器人联合会(IFR)在1990年对工业机器人下的定义是：“在工业领域应用的一种自动的、可重复编程的（至少具有3个可重复编程轴）、具有多种用途的机器，这种机器可以固定在地面上或可以进行移动”。美国机器人工业协会(U.S.RIA)的机器人定义是：工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。机器人一般都具有三个共同点：第一，是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具，或者完成多种操作和动作功能；第二，可以再编程，具有多种多样程序流程；第三，有一个自动控制系统，可以在无人参与下，自动完成操作作业和动作功能3。自20世纪60年代世界第一台工业机器人在美国诞生，机器人的发展一般分为三个阶段，第一阶段可编程的示教再现型机器人，第二阶段基于传感器控制具有一定自主能力的机器人，第三阶段智能机器人。工业机器人作为典型的机电一体化产品，被各行各业广泛采用。世界工业机器人保有量将不断增加。我国的机器人研究开发工作从70年代初开始，到现在已有20多年的历史，特别是经过“七五”攻关，“八五”应用工程开发，“863”高技术计划实施，已从最初缓慢开发的自发状态逐渐发展到国家重视，有计划地开发、研制和推广应用。可分为三个阶段：一是起步阶段；二是快速发展阶段；三是机器人走向应用阶段。起步阶段从1971年到1985年，研究以二、三自由度机械手为主，采用顺控方式。研制的产品均为实验室样机，一般只限于实验室研究，多数未投入实际应用。快速发展阶段从1986年到1992年。电力电子、微电子、伺服驱动，特别是计算机的发展为机器人研究提供了条件。研究的主要内容侧重于机器人基础技术，机器人系统产品开发、中间设备、应用工程及特种机器人开发。机器人研究开发体系初步形成，国际合作交流逐步加强，建立数家生产机器人的合资企业。自1993年，我国机器人走向应用阶段，随着汽车、家电、摩托车、工程机械的快速发展，对机器人提出了更高的要求。机器人产品开发和批量生产已十分必要。国外机器人厂商纷纷进入中国市场，合资企业及维修中心陆续建立，应用系统工程的研究成为主流，竞争进一步加剧，不少研究与开发企业涉足该领域。目前我国人事机器人及相关技术的研制生产单位上百家，其中主要研制单位有10家，有众多的合资和维修服务中心。应用领域主要是汽车工业、工程机械、摩托车、电机、发动机、家电、卫生陶瓷等。机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定动作或作业任务的装置。控制器是机器人的核心部分，它的智能化发展也必将标志着智能机器人的发展。国外机器人生产厂家各有自己的控制器，专用性强，互不兼容。同时由于受当时的硬件水平和芯片制造核技术所限，机器人控制器普遍采用分级控制。这也是因CPU速度低，做出的无奈选择。PUMA和ADEPT的上位机采用M6800，各关节的伺服运动控制采用8位单片机。它们的编程语言为VAL-II。这是一种高级语言，具有较强的运算功能，能进行矩阵变换和路径实时修正，并有监控、与外部通信和控制周边装置的专用语句。Intelledexj机器人控制系统采用Intel 8086+8087，每关节有2片8080作伺服控制。它所用的编程语言为类BASIC的ROBOT BASIC，具有坐标变换、直线圆弧插补和速度设定等功能。美国GRACO机器人公司的OM500机器人控制器采用3片8086和2片8085。我国研制的机器人控制器的硬件体系大多采用Intel MULTIBUS结构。原上海工业大学与航空工业部第633研究所于1985年合作研制的上海II号机器人控制器用Intel 86/310以16位8086为主CPU，8087为协处理器。下位采用2片8085单片机，控制各关节的运动和负责I/O信息的处理。MULTIBUS总线使上、下位机能共享存贮区和相互通信。控制软件的操作系统平台自然地采用iRMX86。机器人语言与日本PT-600机器人放言兼容。沈阳自动化所开发的ARCS控制系统是在国家863基金重点支持下，在解剖PUMA-760机器人控制器的基础上研制而成的。它以Intel MULTIBUS OEM计算机为控制器硬件平台，软件平台也采用iRMX操作系统。它的SVAL机器人编程语言与VAL兼容。南开大学也研制成功NKRC机器人实验控制系统。1.2 研究内容及主要工作机器人学是一门多学科的科学，它横跨计算机科学、控制论、机械工程、仿生学和人工智能等多种学科，几乎涵盖了自动化专业的大部分课程。传统的书本教学，在描述机器人的特性及功能实现时，往往显得抽象难解，给教师授课和学生学习都带来了很大的障碍。基于此，本课题提出设计一个六自由度机械手的实验教学平台，为学生提供相关机器人的基本动作，提供软硬件扩展空间，在该平台上可以进行相关课程的教学，也可以进行综合实践教学和课程设计，更重要的是，利用这样一个平台在对机器人的学习认知过程中，激发想象力，在实践中培养创新精神和创新能力。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”。本课题设计的六自由度机械手实验教学平台，可以了解典型机电一体化系统的应用开发和集成技术，掌握机器人机械传动部件的结构件和特征，掌握机械手的机电系统组成、功能及控制原理，学习机械手的动作编程方法和程序调试方法等。本论文主要进行对教学平台硬件部分的设计，包括对硬件的选择以及电路的设计，各模块之间的连接。教学平台个硬件的选择主要包括6个部分，单片机的选择、PSC伺服控制器的选择、伺服电机的选择、显示终端的选择、传感器的选择以及自主设计电源的选择。教学平台电路设计主要包括5个部分，主控制器单片机的接口设计、PSC伺服控制器与伺服电机的设计、显示终端的接口电路设计、传感器的接口设计以及自主设计电源的设计。该实验平台的软件部分包括机械手两套连续动作程序，一套为基本动作，展示机械手在各个自由度的极限转运角度，此套动作可以对实验教学平台拥有一个初步、完整的认识；另一套为搬运动作，此套动作以实用性强、充分体现6自由度机械手灵活优势为目的。同时还有AT89S52与相关外设的通讯协议以及检测模块和显示模块。六自由度机械手是高度成熟完备的运动控制技术与先进的设计和教学理念有机结合的产物,既满足工业现场要求，也是教学、科研机构进行运动规划和编程系统设计的理想对象。2 六自由度机械手实验教学平台的总体方案2.1机械手平台设计方案实验教学平台机械手由6个伺服电机组成，实现机械手六自由度运动。该平台以AT89S52单片机作为系统控制核心，采用FYD12864-0402B液晶显示模块。基于软件模拟串行通信程序，实现AT89S52串行通信，使其同时与显示终端、PSC伺服控制器进行串行通信，同步的、连续的、精确的控制伺服的转动，以实现精确定位、连续动作。平台有两套连续动作，一套为基本动作，展示机械手在各个自由度的极限转运角度，此套动作旨在让同学们对实验教学平台拥有一修初步、完整的认识；另一套为搬运动作，此套动作以实用性强、充分体现6自由度机械手灵活优势为目的，当教学平台检测到物体信号后，机械手开始动作对小球进行抓取，且可以辨别出包有黑色和不是黑色的球，最终将黑色小球放在指定位置。特别强调的是，此实验教学平台还提供了一套由6个单步组成并在线可调的自定义动作，此套动作不仅可以提高同学的学习热情，还可以使同学们的创造力得到充分发挥。同学们通过在实验教学平台上的学习，可了解典型机电一体化系统的应用开发和集成技术，掌握机器人机械传动部件的结构件和特征；掌握机械手的机电系统组成、功能及控制原理，机械手的动作编程方法和调试方法等。从系统集成的观点出发，控制器设计要考虑到机器人与其他设备的联接及通信功能。因此，本设计采用主从控制方式，以AT89S52为主控制器，PSC伺服控制器为从控制器。实验教学平台控制系统由主控制器、伺服电机控制器PSC、FYD12864-0402B液晶显示模块、红外传感器及6个伺服电机等部分组成，其系统组成框图如图1所示。电机0至5PSC伺服控制器传感器显示屏主控制器图1系统组成框图主控制器单元用来收集和处理各路信号，并根据各种信号发出相应控制指令，作为平台的控制系统；信号处理单元通过传感器模块获取外部信息，作为平台传感系统；机械手动作单元使机器人动作起来，由PSC伺服控制器和伺服电机组成，作为平台驱动系统；显示单元显示当前操作状态，充当平台人机交互系统的角色。其整体流程及系统模块如图2所示。主控制器系统管理模块显示单元128×64LCD显示模块机械手动作单元机械手电机05PSC机械手动作模块信号处理模块信号处理单元检测传感器图2 系统结构图2.2实验教学平台功能分析六自由度机械手硬件由5个子系统组成。分别为：驱动系统、机械结构系统、检测系统、人机交互系统、主控制系统。驱动系统就是使机器人运动起来，需要给各个关节每个运动自由度安置传动装置，可以是液压传动、气动传动、电动传动、或者三者结合。本设计以电动为主。电动主要有直流、交流伺服系统、步进驱动、直接驱动、异步电机驱动等4。本设计采用直流伺服电机驱动。机械结构系统由底座、腰部旋转、屈臂、肘部、腕部和爪部分组成。也包括其周边装置。检测系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，可获取内部和外部环境状态中有意义的信息。现光电码盘、接近开关、限位开关、视觉、力觉等传感器。本设计采用外部传感器，反射式红外光电传感器，用来检测。使操作人员参与机器人控制、与机器人进行联系的装置，就是人机交互系统。如计算机终端、指令控制台信息显示板、危险信号报警器等。分派指令给定装置和信息显示装置。本设计采用显示器作为人家交换。主控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序和从传感器反馈回来的信号，控制机器人去完成规定的运动和功能。机器人智能集中于控制器，由计算机实现控制算法，收集和处理各路信号，发出控制指令。如果机器人具备信息反馈特征，则为闭环控制系统，否则为开环控制系统。机器人控制器一般采用以下三种类型的控制结构：集中控制、主从控制和分级控制。集中控制型的控制器由一台计算机实现机器人系统的全部控制功能，其特点单机控制、结构简单、价格经济，但由于控制过程中要进行坐标变换和插补计算，运算负荷量大，因而这种控制结构对计算机的性能要求很高。主从控制型的控制器，由主、从两个CPU来完成对机器人的控制。主CPU用于坐标变换、轨迹生成，人机交互以及系统自诊断等；从CPU用于机器人各关节的动作控制。分级控制型的控制器采用多个微机分为两级共同完成对机器人的控制。上位主控计算机接受作业指令、协调关节运动、控制运动轨迹、完成坐标变换和大间隔的插补值计算等工作；下位机由若干微处理器组成，分别控制各关节在上位机规划的轨迹段内进行小间隔插补运算和伺服控制处理。从系统集成的观点出发，控制器设计要考虑到机器人与其他设备的联接及通信功能。因此，本设计采用主从控制方式，以AT89S52为主控制器，PSC伺服控制器为从控制器。3 六自由度机械手实验教学平台的系统组成3.1主控制器选择设计采用C51实验教学板，该教学板采用了AT89S52单片机为该板的处理器，提供了ISP在系统编程接口，RS-232串行接口，全部引出的单片机I/O口以及方便用户搭建单片机外围电路的面包板。通过编写在C51单片机平台上运行的程序，来控制机械臂的运动。采用自己设计5V电源，该电源能满足单片机的工作需要。程序通过将ISP下载线连接到PC机或者笔记本电脑的并口，来下载到控制板上的单片机内。下载线一端连接到PC机或者笔记本的并行接口上，而另一端连接到控制板上的程序下载口ISP上。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，但以MCS-51为主的8位单片机仍然占据着单片机的主导地位。本设计采用的AT89S52单片机，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52引脚结构图如图3所示。图3 引脚结构图3.2伺服控制器PSC及电机的选择机械手本体采用美国亚Crust Crawler公司的SG6-UT型机器人的本体及与之配套的伺服电机驱动器5。SG6-UT型机器人如图4所示。图4 SG6-UT型机器人（来自六自由读机械手使用手册）SG6-UT型机器人是六自由度机械手，包括HITEC HS-645MG型底座电机，图4中PSC Port 0所示； HS-225 MG型旋转电机，图4中PSC Port 1所示；HS-805 BB型屈臂电机，图4中PSC Port2所示；以及3个HS-475 HB型伺服电机，分别为肘部图4中PSC Port3所示；腕部（图4中PSC Port4）和爪（图4中PSC Port5）电机。各伺服电机规格如表1所示。表1 HITEC伺服电机规格表型 号 输出扭力 动作速度 额定电压 尺 寸 重 量HS-805 BB 24.7n/cm 0.14sec/60° DC 4.8-6V 66 x 30 x 58mm 152g HS-225 MG 4.8 n/cm 0.14sec/60° DC 4.8-6V 32 x 16 x 31mm 31gHS-645MG 9.6 n/cm 0.20sec/60° DC 4.8-6V 40 x 19 x 37mm 55gHS-475 HB 5.5 n/cm 0.18sec/60° DC 4.8-6V 39 x 20 x 16mm 40g 由于连线、机械结构等方面原因，机械手各自由度旋转角度有所限制，各关节旋转角度范围如表2所示。表2 各关节旋转角度范围关节号码 关节名称 角度范围（度）0 底座 101701 旋转 01102 屈臂 501403 肘部 0150 4 腕部 01805 爪 90150伺服电机一般由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计，直流电机、控制电路板等组成。由主控制器发来控制信号到PSC控制板，通过PSC控制板控制电机转动。齿轮组减速，舵盘转动通过位置反馈电位计反馈给PSC控制板。伺服电机控制方法如表3所示。表3 伺服电机控制方法输入正脉冲宽度（周期为25ms） 伺服电机输出位置500s 0°1000s 45°1500s 90°2000s 135°2500s 180°机械手有6个自由度，而机器人可多达1823个自由度，才能完成它们的职责6。Parallax Servo Controller，也就是“PSC”， 视差伺服控制器。最多能够控制16个电机。通过把两个PSC控制器连接成网络，那么可以只使用单片机的一个I/O与它们连接，即可完成32个电机的控制工作。PSC采用图5所示1接口，与单片机之间直接传送数据。可以控制16个伺服电机。伺服电机可以同时的、不间断的在0到180度之间旋转7。PWM分辨率为2微秒，0到63电机转动速度设置。PSC伺服控制器如图5所示。图5 PSC伺服控制器如图5所示，PSC的各引脚中，引脚722对应CH0CH15，为电机控制接口，可接16个伺服电机；引脚1为通信端，与主控器连接，用于接收命令字和控制字，引脚23与24为电源接口。3.3显示终端选择随着技术的进步和社会的发展，LCD显示面板正在融入我们的生活，让我们的生活变得多姿多彩，在很多方面都已经应用到，如移动电话、MP4、车载电视和导航系统、数码相机等。本次设计采用成都市飞宇达实业有限公司的FYD12864-0402B液晶显示模块。FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，它的分辨率为128×64，内置8192个16×8点ASII字符集8。利用该模块灵活的接口方式简单、方便操作指令，可构成全中文人机交互界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字。也可以完成图形显示。低电压低功耗是其又以显著特点。FYD12864-0402B终端技术规格如表4所示。表4显示终端技术规格规格参数工作电压VDD 3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)显示分辨率128×64点驱动方式1/32DUTY，1/5BIAS显示方式STN、半透、正显视觉方向6点背光方式侧部高亮白色LED，功耗仅为普通的LED的1/51/10字库8192个 16×16点阵汉字，支持GBK（简体）、BIG5（繁体）通讯方式串口、并口可选频率2MHZ时钟频率工作温度055 存储温度 -20-60其他内置DC-DC转换电路，无需外加负压。无需片选信号，简化软件设计。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都简洁得多，而且该模块的价格也略低与相同点阵的图形液晶模块。显示终端如图6所示。图6 显示终端3.4传感器及电源的选择由于本设计第二套动作中，需要对抓取物体进行不同材质识别，且受机械手机械结构的限制，必须采用体积小、重量轻的检测传感器。本设计采用反射式红外光电传感器，它体积小，便于布置安装，输出是数字量，便于单片机处理。这种传感器的特点是能实现非接触测量，测量精度高，反射式光电传感器是将红外发光管和硅光敏三极管等，以相同的方向装在支架上。当红外线发光管通电发光时，光通过被照射物反射到硅光敏三极管窗口上，使硅光敏三极管导通，从而有一定大的电流输出，以此检测物体的有无9。适用于光电接近开关、光电自动控制、物体识别等方面。近年来，随着光电技术的发展，光电式传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格的产品，它在机电控制、计算机、国防科技等方面的应用都非常广泛10。本设计采用的是福建省南平市瑞光电子厂生产的反射式红外光电传感器RG5000。其参数如5表所示。表5 传感器参数规格参数工作电压5V电流100mA工作温度-2085存储温度-2085最佳检测范围19mm输入波长950nmRG5000 是单光束红外光电传感器，由进口高发射功率的砷化镓（砷铝镓）红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成。它具有高灵敏度、最佳检测范围宽为 1-9mm、体积小、滤可见光、防尘等优点。RG5000传感器外形图如图7所示，图7 RG5000传感器外形图本设计电源采用自制电源，主要由78L06三端稳压器构成。该稳压器具有稳压滤波和保护作用。4 六自由度机械手实验教学平台的电路设计4.1主控制器接口设计AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式11。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能 P1.0 T2；（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出；P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用）；P1.6 MISO（在系统编程用）；P1.7 SCK（在系统编程用）。第二功能如表6所示。表6 P1个引脚第二功能示意引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入） ，时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送“1”。在使用 8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 (外中断0)P3.3 (外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7 (外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。P3各个引脚第二功能如表7所示。表7 P3各引脚第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2 (外部中断 0)P3.3 (外部中断 0)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6 (外部数据存储器写选通)P3.7 (外部数据存储器写选通)RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可以用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位 （地址为8EH的SFR的第0位） 的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。特殊功能寄存器(SFR)的地址空间映像并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据“1” 。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为“0”。定时器 2 寄存器：寄存器T2CON 和 T2MOD 包含定时器 2 的控制位和状态位，寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。掉电标志位：掉电标志位（POF）位于特殊寄存器PCON的第四位（PCON.4） 。上电期间POF置“1” 。POF可以软件控制使用与否，但不受复位影响。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。本设计中，采用单片机P0.0P0.7口，与显示模块连接；P1.0口与PSC伺服器相连接，从而实现主控制器与PSC进行通信，通过PSC控制6个伺服电机；P1.2口与传感器连接，接收传感器的信号，从而控制机器运动。4.2 PSC伺服控制板接口设计PSC伺服控制板采用6V/3A的独立电源适配器，该适配器符合伺服电机的额定电压6V的要求，且输出电流大，保证在机械臂有负载时的伺服电机电流供应12。机械手伺服电机05，分别连接PSC伺服控制板的CH0CH5。在本设计的程序中，指定了PSC与C51实验教学板，通过P1.0口进行通信。同时，为了方便PSC的供电，将PSC控制板上的P1.0口（图8中所示）接到C51实验教学板P1.0口上，并连接好电源线与地线。PSC伺服控制板与电机连接示意图如图8所示。电机电机图8 PSC伺服控制板与电机连接示意图4.3 显示终端接口电路FYD12864-0402B是一种具有4位/