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1、灭火机器人设计Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计计设计题目： 灭火机机器人设计 系 别 自控系系 班级 测控本0991 学生姓名 庄国庆 学学号 200933081266 指导教师 祝尚臻臻 职称 讲讲师 起止日期：20012年 7 月 9日起至至 20122 年 7 月13 日止沈阳工程学院课程设计任务书书课程设计题目： 灭火机机器人设计 系 别 自动控控制工程系 班级级 测控本本091 学生姓名 庄庄国庆 学 号 220093008126 指导教师 祝
2、尚尚臻 职职称 讲师 课程设计进行地地点： F430 任 务 下 达达 时 间： 20122 年 7 月9日起止日期：20012 年 7 月9日日起至 20012 年 7 月133日止教研室主任 年 月 日日批准灭火机器人设计计1 设计主要内内容及要求1.1 设计目目的：1了解机器人技技术的基本知知识以及有关关电工电子学学、单片机、机机械设计、传传感器等相关关技术。 2初步掌掌握机器人的的运动学原理理、基于智能能机器人的控控制理论，并并应用于实践。 3通过学习，具具体掌握智能能机器人的控制技术，并并使机器人能能独立执行一一定的任务。1.2 基本要要求1要求设计一个个能灭火的机机器人（灭火火的环
3、境布局局参考国际灭灭火机器人大大赛的环境布布局）； 2要求设计计机器人的行行走机构，控控制系统、传传感器类型的的选择及排列列布局。 3要有寻找找火源的策略略（软件流程程图）。1.3 发挥部部分可以增加其它的的功能。 2 设计过程及及论文的基本本要求：2.1 设计过过程的基本要要求1基本部分必须须完成，发挥挥部分可任选选；2符合设计要求求的报告一份份，其中包括括总体设计框框图、电路原原理图各一份份；3设计过程的资资料、草稿要要求保留并随随设计报告一一起上交；报报告的电子档档需全班统一一存盘上交。2.2 课程设设计论文的基基本要求1参照毕业设计计论文规范打打印，包括附录中中的图纸。项目目齐全、不许
4、许涂改，不少少于30000字。图纸为为A4，所有插插图不允许复复印。2装订顺序：封封面、任务书书、成绩评审审意见表、中中文摘要、关关键词、目录录、正文（设设计题目、设设计任务、设设计思路、设设计框图、各各部分电路及及相应的详细细的功能分析析和重要的参数计算、工工作过程分析析、元器件清清单、主要器器件介绍）、小小结、参考文文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。3 时间进度安安排顺序阶段日期计 划 完 成成 内 容备注12012.7.9讲解主要设计内内容，学生根根据任务书做做出原始框图图打分22012.7.10检查框图及初步步原理图完成成情况，讲解解及纠正错误误打分32012.7.11检查逻辑图
5、并指指出错误及纠纠正；讲解原原理图绘制及报告书写打分42012.7.12继续修正逻辑图图，指导原理理图绘制方法法，布置答辩辩打分52012.7.13答辩、写报告打分2012-7-9沈 阳 工 程程 学 院机器人技术及其其应用 课程程设计成绩评评定表系（部）： 自控系 班级： 测控本0991班 学生姓名： 庄国庆 指 导 教 师师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献献,收集资料料；能制定课课程设计方案案和日程安排排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵遵守纪律，出出勤情况是否否良好，能够够独立完成设设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规规定的
6、设计任任务，工作量量饱满，难度度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确确，论述充分分，结论严谨谨合理，文字字通顺，技术术用语准确，符符号统一，编编号齐全，图图表完备，书书写工整规范范。0.55432指导教师评审成成绩（加权分合计乘乘以12） 分加权分合计指 导 教 师师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定定广泛性；有有综合归纳资资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确确，论述充分分，结论严谨谨合理，文字字通顺，技术术用语准确，符符号统一，编编号齐全，图图表
7、完备，书书写工整规范范。0.35432评阅教师评审成成绩（加权分合计乘乘以8）分加权分合计评 阅 教 师师 签 名： 年 月 日课 程 设 计计 总 评 成 绩分中 文 摘 要要控制器是智能机机器人处理和和控制信息的的主体，它直直接决定了机机器人的行为为和性能。近近几年来随着着高性能微控控制器和嵌入入式系统技术术的不断进步步，为各类实实时控制应用用提供了解决决方案。 嵌入式式系统(ESS)是计算机机技术、通信信技术、半导导体技术、微微电子技术、语语音图像数据据传输技术，甚甚至传感器等等先进技术和和具体应用对对象相结合后后的系统，其其是硬件和软软件紧密捆绑绑在一起的系系统。将嵌入入式系统应用用于
8、灭火机器器人的设计中中，对机器人人的性能智能能化、网络化化、小型化都都有了明显提提高。 比赛用用灭火机器人人需要机器人人有智能较高高的自动控制制性能与可靠靠的机械控制制性能的同时时保证，才能能在短时间内内准确寻找到到火源并灭火火回家。在此此以ARM99处理器为核核心，对基于于嵌入式系统统的智能灭火火机器人进行行了设计。本本文将从硬件件和软件方面面讲述智能灭灭火机器人控控制器的实现现方法，并且且给出了机器器人灭火的具具体实验，验验证了方案的的可行性，为为智能灭火机机器人的进一一步研究提供供了平台。目 录中 文 摘 要要V1设计任务描述述11.1 设计题题目11.2 设计主主要内容及要要求11.2
9、.1 设设计目的：11.2.2 基基本要求11.2.3 发发挥部分：12 设计思路路23 软件流程图图34 ARM9系系统与辅助单单片机45 电源的电路路设计56 直流电机的的驱动设计66.1大功率伺伺服电机66.2 普通通直流电动机机86.3 H桥及及直流电动机机简介：86.3.1 HH桥：86.3.2 直直流电机：87 传感器设计计107.1 红外测测距传感器107.2 远红外外火焰传感器器组137.3 地面灰灰度传感器168 风扇的控制制及语音识别别178.1风扇控制制178.2语音辨识识电路179 元器件清单单1810 元器件介介绍1911小结22212 致谢22313 参考文献献24
10、附录25321设计任务描述述1.1 设计题题目火灾预警机器人人设计。1.2 设计主主要内容及要要求1.2.1 设设计目的：（1）了解机器器人技术的基基本知识以及有关关电工电子学学、单片机、机机械设计、传传感器等相关关技术。 （2）初步掌握机机器人的运动动学原理、基基于智能机器器人的控制理理论，并应用用于所设计的的机器人中。 （3）通过学习，具具体掌握机器器人的控制技术，并并使机器人能能独立执行一一定的任务。1.2.2 基基本要求（1）要求设计计一个具有火火灾预警灭火火功能的机器器人；（2）要求设计计机器人的行行走机构，控控制系统、传传感器类型的的选择及排列列布局。（3）要求机器器人具有火灾灾预
11、警功能，避避障功能（不不能撞到障碍碍物上），模模拟灭火功能能。1.2.3 发发挥部分：自由发挥。 2 设计计思路本次设计的题目目是灭火机器人，基基于ARM99实现机器人人在启动后对对多个房间进进行自主寻找找用蜡烛模拟拟的火源，用用伺服电机驱驱动，到达火火源附近后，用用风扇将其吹吹灭，然后停停止工作。机机器人的整体体结构如图2-1所示，主要要由控制器、传传感输入、驱驱动输出等模模块组成。麦 克 风地面灰度传感器远红外传感器红外测距传感器传感器输入模块锂电池主板电源显示模块ASFM09控制器32位ARM内核程序模块驱动输出模块大 功 率 电 机风 扇 电 动 机电机电源 图 2-1 机器人整整体结
12、构开始命令3 软件流程图图机器人初始化启动声起模块是否有声音信号？ N电机启动，离家 Y启动搜索房间程序是否检测到白线？出门 N启动寻火程序 Y 是否检测到火源？ N 靠近并保持一段距离 YY 启动灭火程序 是否已将火扑灭？启动回家程序结束图31 主程程序方框图4 ARM9系系统与辅助单单片机为实现机器人高高速精确地按按照规定的路路径行走，要要求机器人的的CPU能够够实现迅速地地读取多个传传感器端口数数值，并在较较短的时间内内完成对各端端口数值的存存储、运算和和输出等多种种任务。由于于嵌入式微处处理器对实时时任务具有较较强的支持能能力，能够完完成多任务并并具有较短的的中断响应，因因此在设计过过
13、程中选用嵌嵌入式微处理理器ARM99为核心的控控制器，其内内部采用哈佛佛结构，每秒秒可执行一亿亿一千万条的的机器指令。为提高端口数值值的读取速度度，使机器人人能够对周围围环境信息做做出迅速判断断，笨设计在在主芯片上设设置了ADCC0-ADCC7（P4.0-P4.7）8路数数据输入端口口，每秒可实实现50万次次数据采集；另外又设置置20路数据据输入端口，通通过AT-MMEGA8116PC辅助单单片机连接到到主芯片上，如图4-1,用以读取远红外传感器组及检测端口的数值，每秒可实现1000次数据采集。本设计还设置了4路PWM控制信号输出端口，用以驱动4路大功率直流电动机，实现对转速的精确调节；此外，
14、还设置了7路D0数据输出端口，用以驱动伺服电机、蜂鸣器、继电器、发光二极管等。为了给庞大和复杂的程序提供更多的执行空间，本设计附加设置了100KB的数据存储器（RAM）和512KM的程序存储器（Flash Rom）,用以存储更多的数据和命令。图4-1 ARM微处处理器与辅助助单片机5 电源的电路路设计电源是保证机器器人稳定、可可靠运行的关关键部件，它它直接影响着着机器人的性性能的好坏。由由于本机器人人的电机驱动动和控制器采采用两种不同同等级电压的的电源，为避避免2个电源源互相干扰，本本机器人采用用双电源供电电系统：1、 电机电源采用高高放电倍率聚聚合物锂电池池，容量为22500MAAH，工作电
15、电压为24VV，能够提供供40A的稳稳定供电电流流，是普通电电池的10倍倍。2、 控制器电源采用用8.4V锂锂电池，并提提供电压采样样端口，以供供电池检测，电电路如图5-1所示。为获得CPU各各端口电路所所需要的不同同等级电压，本本设计采用一一个LM3117T三端稳稳压器和2个个AMS11117低压差差线性电压调调整器，并通通过其附属电电路，得到稳稳定精确的55V、3.33V、1.88V三种电压压；采用1个个发光二极管管LD1和限限流电阻R55作为电源指指示灯，以显显示电源开关关的状态；为为实时采样电电源电压，防防止锂电池过过放或过充，设设计中通过RR1和R2分分压，引出AAD19端口口作为电
16、源采采样端口。 图5-1 控制制器电源6 直流电机的的驱动设计驱动输出部分主主要包括机器器人行走使用用的大功率伺伺服直流电机机、灭火风扇扇用普通直流流电机。电机的驱动流程程如图6-1所示。驱动电机H桥光耦隔离逻辑信号转换PWM信号方向信号图6-1 电机机的驱动流程程图6.1大功率伺伺服电机设计中，机器人人要在避免碰碰撞的前提下下尽可能提高高速度，因此此要求具有更更大功率的驱驱动器和更敏敏捷的控制方方式。为此本本设计采用的的电机驱动电电压为16.8V，直流流为20V；采用占空比比范围为0-95%的44路PWM信信号控制直流流电机，以实实现精确的调调速。由于电机功率较较大，并要求求能实现双向向、可
17、调速运运行，本文设设计了半桥式式电力MOSSFET管，成成功实现了对对电机的控制制。如图6-2所示，2路路PWM信号号通过IR22104半桥桥驱动器（hhalf-bbridgee drivver）和相相应保护电路路连接至型号号为IFR22807的MMOSFETT管，控制电电源与电机连连接线路的通通与断，达到到控制电机速速度的目的。当当PWM信号号占空比较大大时，线路导导通时间较长长，电机速度度大；相反，当当PWM占空空比较小时，线线路导通时间间短，电机速速度小。4个个MOSFEET管在不同同时刻导通组组合，实现控控制电机转动动方向：当MMOSFETT管1和4导导通时，电机机端口1为正正、2为负
18、，电电机正转；当当MOSFEET管2和33导通时，电电机端口2为为正、1为负负，电机反转转。图 6-2 伺伺服电机驱动动电路6.2 普通直直流电动机机器人采用风扇扇灭火，前后后两端各有一一个直流电机机带动，直流流电机由主板板上的D0扩扩展端口驱动动。6.3 H桥及及直流电动机机简介：6.3.1 HH桥：所谓 H 桥驱驱动电路是为为了直流电机机而设计的一一种常见电路路，它主要实实现直流电机机的正反向驱驱动，其典型型电路形式如如图6-3所所示。 UUsM K1 KK2 K3 KK4 图 6-3 H桥驱动电电路开关K1、K44接通，电机机为正向转动动。开关K2、K33接通，电机机为反向转动动。刹车将
19、K22、K4开关（或或K1、K3）接通，则则电机惯性转转动产生的电电势将被短路路，形成阻碍碍运动的反电电势，形成“刹车”作用。惰行 44个开关全部部断开，则电电机惯性所产产生的电势将将无法形成电电路，从而也也就不会产生生阻碍运动的的反电势，电电机将惯性转转动较长时间间。6.3.2 直直流电机：输出或输入为直直流电能的旋旋转电机，称称为直流电机机，它是能实实现直流电能能和机械能互互相转换的电电机。当它作作电动机运行行时是直流电电动机，将电电能转换为机机械能；作发发电机运行时时是直流发电电机，将机械械能转换为电电能。直流电动机的结结构如图6-4所示：图6-4 直流流电机结构图图PWM脉冲宽度度调制
20、如图66-5所示：图6-5 PPWM脉冲宽宽度调制直流电机的机械械特性如图66-6所示：图6-6 直流流电机的机械械特性（1）额定功率率：是指轴上上输出的机械械功率，单位位为kW。（2）额定电压压：安全工作作的最大外加加电压或输出出电压，单位位为V(伏)。（3）额定电流流：允许流过过的最大电流流，单位为AA(安)。（4）额定转速速：额定转速速是指电机在在额定电压、额额定电流和输输出额定功率率的情况下运运行时，电机机的旋转速度度，单位为rrpm(转/分)。7 传感器设计计7.1 红外测测距传感器红外测距传感器器是机器人的的视觉器官，通通过不断读取取其数值并进进行判断，才才能够确定机机器人所处位位
21、置环境，以以确定机器人人下一步该执执行什么命令令不至于碰撞撞，并按照规规定的理想路路线行走。课课设中采用SSHARP公公司的GP22D12PSSD传感器（后后面简称PSSD），其有有效测距范围围为10CMM-80CMM。其原理图图如7-1图所示示。图7-1 红外外测距传感器器内部电路图图传感器采用三角角测量的原理理，由红外发光二二极管发出红红外光束，当当红外光束遇遇到前方的障障碍物时，一一部分反射回回来，通过透透镜聚焦到后后面的线性电电性耦合器件件CCD上，会获得一个偏移量L，在知道了发射角度a,偏移量L，中心距X，以及滤镜的焦距f以后，利用三角关系就可以算出传感器到物体的距离D，如7-2图所
22、示障碍物中心线发射光反反射光 中心线D透镜红外发射管 fCCDX 图7-2 PSSD传感器三三角测量原理理图本设计采用6个个红外测距传传感器，其位位置如图7-3所示。该传感感器的有效测测距范围是110-80CCM，故PSSD安装在距距离机器人外外围a为100cm的位置来来躲避传感器器的盲区。66个PSD分分别位于机器器人的左前、正正前、右前、右右后、正后及及左后位置，其其中四角处PPSD均可检检测机器人22个方位的障障碍物情况，左左右两侧可不不必安装PSSD，既经济济又可靠，可可对机器人周周围各方向的的障碍物进行行测距，以此此来调整其前前进方向，实实现了机器人人的全方位避避障和导航功功能。前后
23、 图7-3 PSSD传感器布布置方式沿墙行进规则：在软件设计上,利用沿墙行行进规则，简简捷地编辑主主程序实现机机器人的沿墙墙壁行进。因因为机器人在在系统结构设设计上满足双双向行进，前前后两侧均可可探测并熄灭灭火源，故可可分解为前方方沿左、右墙墙，以及后方方沿左、右墙墙行进规则。该该规则要求机机器人能够沿沿某墙壁快速速无碰撞行进进，在墙壁转转折处或无墙墙壁时，智能能机器人可以以自动沿着某某墙壁转弯进进行。以沿右右墙新进为例例，如图7-4所示。 1 2 7-4 沿墙走走示意图当PSD1距离离小，同时PPSD2距离离大时，机器器人执行右转转弯；若PSSD1距离小小，同时PSSD2距离小小时，可执行行
24、左转弯；若若PSD1距距离大，同时时PSD2距距离小时，太太靠近右墙，执执行左转弯调调整；若PSSD1距离大大，同时PSSD2距离也也较大时，太太靠近左墙，执执行右转弯调调整。如表11所示，通过过不断调整，使使机器人始终终运行在距离离墙10-115cm的位位置，沿墙行行进，沿左墙墙行进及反方方向沿墙行进进同理，于是是实现了智能能机器人沿墙墙壁的行进，进进而遍历房间间和寻找火源源。 PSD状态态（距离） 机器人位置置 执行行操作 PSD1小小&PSD22大 右墙墙壁转弯处 右转弯 PSD1小小&PSD22小 右墙墙角处 左转转弯 PSD1大大&PSD22小 靠近近右墙处 修正左左转弯 PSD1大
25、大&PSD22小 远离离右墙处 修正右右转弯表1 沿右墙墙行进规则 能否高速可靠地地沿墙行进，决决定着真个灭灭火设计的用用时，基于以以上基本原理理，在试验中中机器人高速速行进时，将将PSD测距距基准值划分分为多个，不不同区域采用用不同电机转转速，快速灵灵敏地控制机机器人使之进进入既定轨道道。高速行进进时采用此控控制方式，克克服了一般控控制方式调整整引起的剧烈烈摆动现象，同同时对机器人人高速行进时时的惯性影响响祈祷很好的的抑制作用。7.2 远红外外火焰传感器器组机器人要完成灭灭火任务，首首先需判断房房间是否有火火源存在，如如果该房间有有火，则进一一步确定灭火火的位置，然然后根据检测测的火源情况况
26、快速无碰撞撞地趋向火源源，行进至一一定位置，停停止机器人行行进并灭火，灭灭火后确认火火源是否被完完全熄灭。火火焰传感器的的选配至关重重要，为此设设计了由多个个远红外火焰焰传感器单元元组成的远红红外火焰传感感器组。远红外火焰传感感单元，电路路原理如7-5图所示。图7-5远红外外火焰传感器器电路由28个红外接接收管组成的的2个远红外外火焰传感器器组，前后每每个方位各有有14个红外外接收管组成成，每2个并并联并指向相相同方向，22个传感器组组共指向144个方向，可可以覆盖3660度范围。如如图7-6所示。此外外，本设计还还可以通过对对14路读取取数据进行比比较，从而确确定其最大值值最小值及相相应端口
27、值，方方便火源方位位的确定。图7-6 远红红外火焰传感感器组远红外火焰传感感器组电路图图如7-7：图7-7 远远红外火焰传传感器组电路路远红外传感器组组火源定位和和趋光原理为为：当机器人行至莫莫一房间，如如果任意一单单元端口数值值大于规定值值，即判断该该房间有火。此此设计克服了了利用单个远远红外传感器器时，由于传传感器探头没没有对准火源源而误判该房房间有火的缺缺点。同时灭灭火机器人根根据各个通道取值值的大小，判判断火焰相对对于机器人的的方位，如果果端口最大值值位于左侧的的端口，则机机器人向左寻寻找火源；如如果端口最大大值位于右侧侧的端口，则则机器人向右右寻找火源；如果正前方方端口数值为为最大值
28、，则则说明火源位位于机器人正正前方，于是是机器人直行行至火源旁灭灭火。一组远远红外火焰传传感器组有66个端口位于于两侧，可根根据最大值的的不同端口设设置不同幅度度的转弯，与与普通灭火机机器人相比，可可更精确的调调整机器人快快速趋向火源源。为防止机机器人碰撞蜡蜡烛或蜡台，设设计设定了如如果任意端口口的取值大于于某个规定值值，则说明机机器人离火焰焰很近，机器器人必须停止止前进，启动动灭火程序；如果所有端端口值都小于于某一规定值值，说明火源源熄灭。趋光光原理如图77-8所示。用远红外传感器器组可避免普普通灭火机器器人进入房间间必须沿墙行行至火焰旁边边灭火的麻烦烦，缩短了机机器人发现火火源至熄灭火火源
29、的用时，尤尤其是在房间间面积比较大大时，大大减减少了整个机机器人灭火的的时间。其中中给定值可根根据具体情况况调试确定。图7-8 趋光光原理图7.3 地面灰灰度传感器在机器人的起始始位置做一个个直径为300cm的白色圆，每每个房间入口口有一条3CCM宽的白线线，其它地面面均为黑色。机机器人的启动动和停止及进进房间的标志志都要及进房房间的标志都都要依靠对地地面的灰度判判别，因此需需使用能对地地面反射光线线的强弱做出出反应的传感感器。本机器器人使用一对对地面灰度传传感器，放置置在前后两端端的底座上。地地面颜色越深深，其值越大大；地面颜色色越浅，其值值越小。如图7-10所所示，地面灰灰度传感器通通过发
30、光二极极管LED地地面，地面的的反射光线被被光敏三极管管接收，当地地面颜色为黑黑色时，反射射的光线比较较弱，则光敏敏三极管的基基极电流越小小，集电极的的电流也相应应的较小，11端口电压值值较高，其测测量值较大；反之当地面面为白色时，反反射的光线较较强，集电极极电流较大，11端口电压值值较小，测量量值也较小。图7-9 地地面灰度传感感器本设计具有4个个创新点：（1）采用了嵌嵌入式系统内内核，大大提提高了机器人人处理信号的的能力；（2）双电源供供电系统引入入，使机器人人的运行更加加稳定可靠；（3）采用PWWM信号控制制大功率直流流电动机，在在速度和精度度方面有了很很多的进不；（4）通过合理理的选择
31、PSSD测距传感感器的个数和和定位位置，既既满足课设要要求，又能节节约成本；（5）本设计的的远红外火焰焰传感器组，很很好地完成了了对火源的精精确定位任务务，提高了灭灭火可靠性和和快速性。8 风扇的控制制及语音识别别8.1风扇控制制当机器人发现并并趋近火源后后，由控制器器启动风扇灭灭火。灭火风风扇直流电机机由控制器的的伺服电机输输出端口的信信号驱动。灭火风扇的驱动动电压为55V，为了增增强驱动能力力，我们用三三极管85550做驱动电电路以加大驱驱动电流。灭灭火风扇驱动动电路如图88-1所示：图8-1 灭火火风扇示意图图在Uin处接控控制器的IO口，通过过IO口输出高高低电平可以以实现三极管管的导
32、通与关关断，从而就就可以实现对对灭火风扇的的开关控制8.2语音辨识识电路我采用的语音播播放和语音辨辨识的电路与与单片机的接接口电路如图图8-2所示：8-2 语音音识别电路9 元器件清单单序号名称数量1ARM9芯片12AT-MEGAA816PC辅助单片机13直流电机24锂电池1 5红外测距传感器器1 6远红外传感器17地面灰度传感器器18麦克风19LED若干 10光敏三极管若干11电阻若干12 电容若干10 元器件介介绍ARM9简介：新一代的ARMM9处理器，通通过全新的设设计，采用了了更多的晶体体管，能够达达到两倍以上上于ARM77处理器的处处理能力。这这种处理能力力的提高是通通过增加时钟钟频
33、率和减少少指令执行周周期实现的。1 时钟频率的的提高ARM7处理器器采用3级流水线，而而ARM9采用用5级流水线，如如图1、2、3所示。增加加的流水线设设计提高了时时钟频率和并并行处理能力力。5级流水线能能够将每一个个指令处理分分配到5个时钟周期期内，在每一一个时钟周期期内同时有55个指令在执执行。在同样样的加工工艺艺下，ARMM9TDMII处理器的时时钟频率是AARM7TDDMI的1822倍。2 指令周期的的改进指令周期的改进进对于处理器器性能的提高高有很大的帮帮助。性能提提高的幅度依依赖于代码执执行时指令的的重叠，这实实际上是程序序本身的问题题。对于采用用最高级的语语言，一般来来说，性能的
34、的提高在300左右。*loads 指令矛n sstoress指令：指令周期数的改改进最明显的的是loadds指令和stoores指令令。从ARMM7到ARM9这两两条指令的执执行时间减少少了30。指令令周期的减少少是由于ARRM7和ARM9两种种处理器内的的两个基本的的微处理结构构不同所造成成的。(1)ARM99有独立的指指令和数据存存储器接口，允允许处理器同同时进行取指指和读写数据据。这叫作改改进型哈佛结结构。而ARRM7只有数数据存储器接接口，它同时时用来取指令令和数据访问问。(2)5级流水水线引入了独独立的存储器器和写回流水水线，分别用用来访问存储储器和将结果果写回寄存器器。以上两点实现
35、了了一个周期完完成loadds指令和stoores指令令。*互锁(intterloccks)技术术：当指令需要的数数据因为以前前的指令没有有执行完而没没有准备好就就会产生管道道互锁。当管管道互锁发生生时，硬件会会停止这个指指令的执行，直直到数据准备备好为止。虽虽然这种技术术会增加代码码执行时间，但但是为初期的的设计者提供供了巨大的方方便。编译器器以及汇编程程序员可以通通过重新设计计代码的顺序序或者其他方方法来减少管管道互锁的数数量。*分枝指令：ARM9和ARRM7的分枝枝指令周期是是相同的。而而且ARM99TDMI和和ARM9EE-S并没有有对分枝指令令进行预测处处理。3 ARM9结结构及特点
36、以ARM9E-S为例介绍绍ARM9处理理器的主要结结构及其特点点。ARM99E-S的结结构如图4所示。其主主要特点如下下：(1)32biit定点RISCC处理器，改改进型ARMMThumbb代码交织，增增强性乘法器器设计。支持持实时(reeal-tiime)调试试；(2)片内指令令和数据SRRAM，而且且指令和数据据的存储器容容量可调；(3)片内指令令和数据高速速缓冲器(ccache)容量从4K字节到1M字节；(4)设置保护护单元(prrotccttion uunit)，非非常适合嵌入入式应用中对对存储器进行行分段和保护护；(5)采用AMMBA AHHB总线接口口，为外设提提供统一的地地址和数
37、据总总线；(6)支持外部部协处理器，指指令和数据总总线有简单的的握手信令支支持；(7)支持标准准基本逻辑单单元扫描测试试方法学，而而且支持BIIST(buuilt-iin-sellf-tesst)；(8)支持嵌入入式跟踪宏单单元，支持实实时跟踪指令令和数据。4 ARM9的的典型应用TI公司的OMMAP7300是最新的无无线通信基带带信号处理器器。该处理器器是TI的GPRS Classs 12通信信模块与专用用于应用处理理的ARM9926通用处处理器(GPPP)的集成成。由于GPPP的速度可可达200MMHz，因此此OMAP7730具有两两倍于上一代代OMAP7710处理器器的应用处理理性能。如
38、同同所有的OMMAP处理器器一样，OMMAP7300可支持领先先的移动操作作系统，其中中包括Miccrosofft的智能电电话与Poccket PPC PhooneEdiition、Svmbiian OSS与Seriees 60、Palm OS以及Linuux。其中ARM9226TEJ处处理器的主要要特性包括：(1)最高频频率200MMHz；(2)166KB指令高高速缓存，88KB数据高高速缓存；(3)硬件JAVAA加速；(4)扩展多媒体体指令集结构构。ARM微处理器器是一种高性性能、低功耗耗的32位微处器器，它被广泛泛应用于嵌入入式系统中。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话
39、、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。图10-1 ARM9220T的内部部结构图11小结机器人是我们的的主要专业课课之一，记得得这学期开学学时刚接触机机器人这门课课的时候，觉觉得它很有趣趣，后来在祝祝老师的带领领下我们做了了很多实验，等等把那些实验验都做完了之之后，觉得自自己对机器人人的兴趣更加加浓烈，通过过这次课程设设计使我知道道了，光光学学理论知识是是不够的额，一一定要理论和和实际相结合合。在实验过程中，我我遇到了很多多问题。像自自己设计出的的程序，当真真让它运行出出来时总不能能如愿以偿，也也许存在理解解的错误，有有时更是注意意不到的小错错误。每一个个
40、程序的成功功都要进过反反复修改和调调试，才能显显示最终满意意的结果。在在同组同学和和老师的帮助助下，把这些些问题都一一一解决。而且且在这次实验验中我们暴露露出来的知识识盲点，使我我对这些问题题更加理解的的同时也十分分感动，我知知道了实践的的重要性。课程设计是对所所学知识的综综合理解与应应用，它不仅仅要求掌握理理论知识，而而且还要具备备一定的动手手实践能力。通通过设计灭火火机器人，让让我懂得发现现问题，分析析问题，并解解决问题，可可以提高自己己的发现问题题，分析问题题解决问题的的能力。同时时通过分析解解决问题，加加深对所学知知识的理解与与掌握。平时时理论学习中中容易忽略的的细节问题，也也会在课程
41、设设计的实验里里被发现，通过这次课程设设计我学到了了很多书本上上永远都学不不到得东西，设设计实践中的的教训也会教教育我在以后后的理论学习习中更加注意意知识点学习习和加强自己己实践动手的的能力。总之之，这次课程程设计让我受受益非浅。本次的课程设计计虽然结束了了，但是学习习的路才刚刚刚开始。这次次的实训为我我以后的路奠奠定了坚实的的基础，不会会在次犯与这这次同样的错错误。感谢同同学们热情的的意见，感谢谢老师无私的的教导。今后后我会为之努努力学习，拓拓展自己的专专业知识。12 致谢经过一周的忙碌碌，本次设计计已经接近尾尾声，由于经经验的缺乏，在课程设设计过程中难难免有许多考考虑不周全的的地方，如果果没有祝老师师的督促指导导，想要完成成这个设计是是难以想象的的。这次设计虽然凝凝聚着自己的的汗水，但却却不全是个人努力的的结果，如果没有老师的指引和和赠予，没有有同学们的相相互帮助与支支持，只凭我我自己一