所属技术领域
本发明涉及一种基于80c196kc单片机的舞蹈机器人控制系统，适用于机械领域。
背景技术：
舞蹈机器人集软件与硬件于一体，是一个比较完善的系统，其设计需要控制、机械、舞蹈与音乐等各方面的相互融合。控制系统则是整个舞蹈机器人的核心，其设计的好坏，将严重影响到整个舞蹈机器人的性能。
技术实现要素：
本发明提出了一种基于80c196kc单片机的舞蹈机器人控制系统，不仅能正确接收、解释pc机的命令，实现舞蹈动作的编辑、存储，还能够调用所设计的控制算法，控制电机执行舞蹈动作。
本发明所采用的技术方案是。
所述舞蹈机器人控制系统的硬件部分包括电源模块、单片机及外围接口电路模块、存储模块、串行通信模块、电机驱动控制模块及防碰撞模块六大部分。
所述电源模块主要用来给光电隔离前的芯片、光电隔离后的芯片、舵机与直流电机分开供电，使其相互之间不会产生干扰。在电源模块中，由于采用同一个+8v镍锡电池供电，故设计中采用了dc/dc转换模块cd05soslsw、光电祸合、7805稳压电路，实现电压的转换和信号的隔离，从而保证其余各电路的正常工作和排除相互之间的干扰。
所述单片机及其外围接口电路模块包括单片机、时钟电路、复位电路、外部程序存储电路。单片机采用intel公司的80c196kc，它是16位的高性能嵌入式控制器，其内部集成了488字节的ram，可寻址64k字节，具有40个可编程i/0口、6个高速输出口、3路pwm输出。时钟电路给系统提供时间基准，设计时采用12mhz晶振。由于所采用的80c196kc片内不带rom，因此在片外扩展了8k的外部存储器2764，以便存放程序和指令。
所述串行通信模块主要用于80c196kc单片机与pc机之间的rs-232串行通信。由于pc机的com口符合rs-232标准，80c196kc单片机上的串行接口是cmos电平，在rs-232与ttl或cmos电平通信时，需要电平转换，因此，设计时利用max202芯片来作电平转换。max202芯片是maxim公司生产的、包括两路接收器和驱动器的rs-232电平转换芯片，适用于各种232通信接口，其内部有1个电源电压变换器，可以把输人的+sv电源电压变换成rs-232输出电平所需的±10v电压。
所述控制系统的软件由pc机上的软件设计和单片机上的软件设计两部分组成，单片机上的控制程序包括一个主程序和相应的中断服务子程序。其中p0.5是串行通信的开关控制量，不等于1，表示单片机进入串行中断等待，进而可以与pc机进行数据交换，等于1，表示程序往下执行；p0.4是机器人开始跳舞的遥控开关，等于1，表示机器人开始跳舞，否则，机器人保持原来状态。
所述串行中断服务子程序实现80c196kc从pc机下载舞蹈动作和由80c196kc向pc机上传舞蹈动作。通过串行中断，利用80c196kc的txd,rxd引脚与pc机的com口实现串行通信，二者之间采用全双工的异步通信模式，其波特率设为9600，此外为了保证数据的正确传输，软件设计了握手协议。在传输数据前，先进行单片机与pc机的握手，采用“(”与“)”一对字符进行握手，握手协议通过，表示单片机与pc机建立了可靠的通信，就可以进行数据传输了。
本发明的有益效果是：整个系统经过仿真调试，不仅能正确接收、解释pc机的命令，实现舞蹈动作的编辑、存储，还能够调用所设计的控制算法，控制电机执行舞蹈动作。
附图说明
图1是本发明的控制系统硬件框图。
图2是本发明的直流电机驱动控制电路。
图3是本发明的机器人程序控制总流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，舞蹈机器人控制系统的硬件部分包括电源模块、单片机及外围接口电路模块、存储模块、串行通信模块、电机驱动控制模块及防碰撞模块六大部分。
电源模块主要用来给光电隔离前的芯片、光电隔离后的芯片、舵机与直流电机分开供电，使其相互之间不会产生干扰。在电源模块中，由于采用同一个+8v镍锡电池供电，故设计中采用了dc/dc转换模块cd05soslsw、光电祸合、7805稳压电路，实现电压的转换和信号的隔离，从而保证其余各电路的正常工作和排除相互之间的干扰。
单片机及其外围接口电路模块包括单片机、时钟电路、复位电路、外部程序存储电路。单片机采用intel公司的80c196kc，它是16位的高性能嵌入式控制器，其内部集成了488字节的ram，可寻址64k字节，具有40个可编程i/0口、6个高速输出口、3路pwm输出。时钟电路给系统提供时间基准，设计时采用12mhz晶振。由于所采用的80c196kc片内不带rom，因此在片外扩展了8k的外部存储器2764，以便存放程序和指令。
串行通信模块主要用于80c196kc单片机与pc机之间的rs-232串行通信。由于pc机的com口符合rs-232标准，80c196kc单片机上的串行接口是cmos电平，在rs-232与ttl或cmos电平通信时，需要电平转换，因此，设计时利用max202芯片来作电平转换。max202芯片是maxim公司生产的、包括两路接收器和驱动器的rs-232电平转换芯片，适用于各种232通信接口，其内部有1个电源电压变换器，可以把输人的+sv电源电压变换成rs-232输出电平所需的±10v电压。
如图2，舞蹈机器人除了两只脚由直流电机驱动外，其余所有的关节都是采用舵机来控制的，对于舵机和直流电机，其驱动控制稍有不同，现分述如下。
舵机的控制信号来自80c196kc单片机的p1口，利用两片锁存器7415573可提供16路控制信号，其中舵机用到13路控制信号。为了防止干扰，13路舵机控制信号和驱动电路应经过tlp-521光电隔离。通过隔离出来的控制信号，还必须接人lm324比较器，以消除毛刺，增加信号的稳定性，提高信号的输出电流，以便舵机能够正确工作不至于产生不必要的抖动。此外，由于舵机数量多，为了节省i/o口，可通过p1口的分时复用和锁存器来实现。在系统中，由于程序执行都在微秒级，在舞蹈动作执行时，用到定时器中断，而定时器是采用0.25m，进行中断，因而，在时间上完全可以采用分时复用的方法来实现舵机的控制。
机器人的两只脚是通过两个直流电机来行走的。为了使机器人能够实现直线行走、转弯、侧滑等动作，必须对直流电机的转动方向与转速进行控制，为此我们选用了l289n驱动芯片。
l298n是高电压、高电流的双h桥驱动器，利用一片l298n就可以实现对2个直流电机的控制。每个直流电机用三路控制信号，其中两路为转向控制信号ini和in2(或in3和in4)，一路为转速控制信号ena(或enb)，每组有两路输出信号，可以直接接到直流电机的引线上。通过改变ini和in2(或in3和in4)输人端的高低电平值，即可实现直流电机的转向控制。ena与enb所引入的信号是pwm波，通过改变pwm波的脉宽，进而改变加在直流电机上的平均电压，就可以实现直流电机的速度控制。为了防止直流电机在启动、停止瞬间所产生的反馈电压损坏l298n，在l298n和直流电机之间加人8个二极管，起断电续流的作用，从而保护元件。
如图3，控制系统的软件由pc机上的软件设计和单片机上的软件设计两部分组成，在此仅介绍单片机的软件设计。单片机上的控制程序包括一个主程序和相应的中断服务子程序。其中p0.5是串行通信的开关控制量，不等于1，表示单片机进入串行中断等待，进而可以与pc机进行数据交换，等于1，表示程序往下执行；p0.4是机器人开始跳舞的遥控开关，等于1，表示机器人开始跳舞，否则，机器人保持原来状态。
串行中断服务子程序实现80c196kc从pc机下载舞蹈动作和由80c196kc向pc机上传舞蹈动作。通过串行中断，利用80c196kc的txd，rxd引脚与pc机的com口实现串行通信，二者之间采用全双工的异步通信模式，其波特率设为9600，此外为了保证数据的正确传输，软件设计了握手协议。在传输数据前，先进行单片机与pc机的握手，采用“(”与“)”一对字符进行握手，握手协议通过，表示单片机与pc机建立了可靠的通信，就可以进行数据传输了。