《工业机器人遥操作控制系统设计——嵌入式伺服控制器设计22881.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业机器人遥操作控制系统设计——嵌入式伺服控制器设计22881.docx（87页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、工学学士论文 摘要摘要随着科技的发展，机器人越来越广泛的应用于工业和生活。本课题是工业机器人遥操作控制系统设计之嵌入式伺服控制器的设计，通过对上位机命令和反馈信号的处理，实现对其进行有线遥控及运动轨迹的示教再现。本设计主要由硬件设计和软件设计两方面组成。在硬件方面，微处理器采用TI公司的MSP430系列超低功耗的混合信号控制器MSP430F449，采用CAN总线与上位机通讯，并经过隔离放大信号实现对驱动器的控制并采集光电编码器反馈的信号。软件部分也主要包括主程序，总线通讯程序和自动控制程序等。本设计综合了多多方面的专业业知识，利用用嵌入式系统统发展了机器人的控控制性能，用用硬件实现控控制算法，
2、同同时完成任务务的合理调度度、实时控制制和通信功能能，促进机器器人和工业的的全面接轨。关键词：工业机机器人；控制器；嵌入式 ABSTRRACTWith thhe devvelopmment oof sciience and ttechnoology, roboots arre appplied to inndustrry andd lifee moree and more widelly. Thiss taskk is oon thee desiign off embeedded servoo conttrolleer of the tteleopperatioon conntrol syst
3、eem of a inddustriial roobot. Throough ddealinng witth thee commmand ffrom tthe hoost miicroprrocesssor annd thee feeddback signaal, itt reallizes the wwired remotte conntrol and tthe reeoccurrrencee of tthe orriginaal orbbit.The dessign mmainlyy conssists of twwo parrts: hhardwaare annd sofftwaree
4、desiign. In tterms of haardwarre, thhe ulttra-low ppowereed mixxed siignal contrrollerr MSP4430 off the MSP4330 serries pproducced byy TI IInc iss chossen ass the main microoproceessor, CAN bbus iss usedd to ccommunnicatee withh the host microoproceessor, for the ggoal oof conntrollling tthe drrive
5、tthrouggh isoolatinng andd ampllifyinng thee signnal annd colllectiing thhe feeedbackk signnal frrom thhe opttical encodder. In teerms oof sofftwaree, it coonsistts of the mmain pprograam, bus ccommunnicatiion prrogramm, autommatic contrrol prrogramm and so onn.This deesign combiines aa variiety oof
6、 proofessiional knowlledge, embeddded ssystemm is uused tto devvelop the ccontrool perrformaance oof thee roboot, hardwware iis useed to compllete tthe coontroll algoorithmm and all aabove is foor disspatchhing tthe taasks rreasonnably, real-time contrrollinng andd commmunicaating, promooting the ff
7、ull iintegrrationn of rrobotss and indusstry.Keywordds: indusstriall roboot; conttrolleer; embeedded工学学士论文 目录目录1 绪论111.1机器人和和机器人学11.2 机器人人的分类11.3 工业机机器人的发展展22设计概述82.1 工业机机器人的基本本组成82.2 机器人人的自由度102.3课题组总总框架102.4控制器的的功能及设计计思路113 硬件设计与与选型133.1 MPSS430单片片机概述133.2 CANN总线接口设计163.3光电编码码器的反馈信号号353.4伺服驱动动器的控制
8、384 系统软件设设计444.1MSP4430集成开开发调试环境境444.2主程序设设计454.3 CANN总线通讯程程序设计475 设计总结50参考文献522致谢54附录一(设计组组总框图)55附录二(本设计计原理图)56附录三(外文文文献翻译)57工学学士论文 绪论1 绪论1.1机器人和和机器人学人们从一开始制制作物品时，就就有用各种方方式制作机器器人的想法。尽尽管从原理上上讲，类人机机器人是机器器人，并具有有与机器人相相同的设计与与控制原理，但但本设计研究究的机器人是是工业用机械械手型机器人人。如果将常规的机机器人操作手手与挂在多用用车或牵引车车上的起重机机进行比较，可可发现两者非非常相
9、似。它它们都具有许许多连杆，这这些连杆通过过关节依次连连接，这些关关节有驱动器器驱动。在上上述两个系统统中，操作器器的“手”都都能在空中运运动并可以运运动到工作空空间的任何位位置，它们都都能承载一定定的负荷，并并都用一个中中央控制器控控制驱动器。然而，它们们一个称为机机器人，另一一个称为操作作机(也就是起重重机)，两者最根根本的不同是是起重机是由由人来控制驱驱动器，而机机器人操作手手是由计算机机编程控制，正正是通过这一一点可以区别别一台设备到到底是简单的的操作机还是是机器人。通通常机器人设设计成由计算算机或类似装装置来控制，机机器人的动作作受计算机监监控的控制器器所控制，该该控制器本身身也运行
10、某种种类型的程序序。机器人学是人们们设计和应用用机器人的技技术和知识1。机器器人系统不仅仅由机器人组组成，还需要要其他装置和和系统连同机机器人一起来来共同完成必必需的任务。机机器人可以用用于生产制造造、水下作业业、空间探测测、帮助残疾疾人甚至娱乐乐等方面。通通过编程和控控制，许多场场合均可以应应用机器人。机机器人学是一一门交叉学科科，它得益于于机械工程、电电气与电子工工程、计算机机科学、生物物学以及其他他学科。1.2 机器人人的分类机器人的分类方方法很多，这这里依据两个个有代表性的的分类方法列列举机器人的的分类。首先，机器人按按应用可分为为工业机器人人、极限作业业机器人和娱娱乐机器人。工工业机
11、器人有有搬运、焊接接、装配、喷喷漆、检查等等机器人，主主要用于现代代化的工厂和和柔性加工系系统中。极限作业机机器人主要是是指用在人们们难以进入的的核电站、海海底、宇宙空空间进行作业业的机器人，也也包括建筑、农农业机器人等等。娱乐机器器人包括弹奏奏乐器的机器器人、舞蹈机机器人、玩具具机器人等(具有某种程程度的通用性性)，也有根根据环境而改改变动作的机机器人。其次，按照控制制方式机器人人可分为操作作机器人、程程序机器人、示示教再现机器器人、智能机机器人和综合合机器人。操操作机器人的的典型代表是是在核电站处处理放射性物物质时远距离离进行操作的的机器人。在在这种场合，相相当于人手操操纵的部分称称为主动
12、机械械手，进行类类似动作的部部分称为从动动机械手。两两者基本是类类似的，但从从动机械手要要大些，是用用经过放大的的力进行作业业的机器人；主动机械手手要小些。也也有一方面用用显微镜进行行观察，一方方面进行精密密作业的机器器人。程序机机器人按预先先给定的程序序、条件、位位置进行作业业。示教再现现机器人同盒盒式磁带的录录放一样，机机器人将所教教的操作过程程自动地记录录在磁盘、磁磁带等存储器器中，当需要要再现操作时时，可重复所所教过的动作作过程。示教教方法有直接接示教与遥控控示教。智能能机器人不仅仅可以进行预预先设定的动动作，还可以以按照工作环环境的变化改改变动作。综综合机器人是是由操纵机器器人、示教
13、再再现机器人、智智能机器人组组合而成的机机器人，如火火星机器人。11997年77月4日，“火火星探险者”(Mars Pathffinderr)在火星上上着陆，着陆陆体是四面体体形状，着陆陆后三个盖子子的打开。它它在能上、下下、左、右动动作的摄像机机平台上装有有两台摄像机机，通过立体体观测而得到到空间信息。整整个系统可以以看作是由地地面指令操纵纵的操作机器器人。1.3 工业机机器人的发展展1.3.1 全全球机器人的的发展状况1954年，美美国戴沃尔最最早提出了工工业机器人的的概念2，并申请了专专利。该专利利的要点是借借助伺服技术术控制机器人人的关节，利利用人手对机机器人进行动动作示教，机机器人能
14、实现现动作的记录录和再现。这这就是所谓的的示教再现机机器人，现有有的机器人差差不多都采用用这种控制方方式。图1.1 Unnimatee工业机器人人和Verssatrann工业机器人人1958年，被被誉为“工业业机器人之父父”的Josseph FF. Engel Bergeer创建了世世界上第一个个机器人公司司Uniimatioon(Uniiversaal Autommationn)公司，并并参与设计了了第一台Unnimatee机器人，如如图1.1所示。这是是一台用于压压铸作业的五五轴液压驱动动机器人，手手臂的控制由由一台专用计计算机完成。它它采用分离式式固体数控元元件，并装有有存储信息的的磁鼓
15、，能够够记忆完成1180个工作作步骤。与此此同时，另一一家美国公司司AMFF公司也开始始研制工业机机器人，即VVersattran(VVersattile TTransffer)机器器人，如图11.1所示。它主主要用于机器器之间的物料料运输，采用用液压驱动。该该机器人的手手臂可以绕底底座回转，沿沿垂直方向升升降，也可以以沿半径方向向伸缩。一般般认为，Unnimatee和Verssatrann是世界上最最早的工业机机器人(见图1.1)。这两种工工业机器人的的控制方式和和数控机床大大致相似，但但外形特征迥迥异，主要有有类似人的手手和臂组成。工业机器人的发发展历史可用用表1.1来说明。表1.1 工工
16、业机器人的的发展历史年代领域事件1955理论Denavitt和Harttenberrg发展了齐齐次变换1961工业美国专利29998237，GGeorgee devool的“编程程技术”、“传传输”(基于于Unimaate机器人人)1961技术第一台Unimmate机器器人安装，用用于压铸1961技术有传感器的机械械手MH-1，由Errnst在麻麻省理工学院院发明1961工业Versatrran圆柱坐坐标机器人商商业化1965理论L.G.Robberts将将齐次变换矩矩阵应用于机机器人1965技术MIT的Robborts演演示了第一个个具有视觉传传感器的、能能识别与定位位简单积木的的机器人系统
17、统1967理论日本成立了人工工手研究会(现改名为仿仿生机构研究究会)，同年年召开了日本本首届机器人人学术会1968技术斯坦福研究院发发明带视觉的的、由计算机机控制的行走走机器人Shhakey1969技术VCSheeinmann及其助手发发明斯坦福机机器臂1970理论在美国召开了第第一届国际工工业机器人学学术会议。11970年以以后，机器人人的研究得到到迅速广泛的的普及1970技术ETL公司发明明带视觉的自自适应机器人人1971工业日本工业机器人人协会(JIIRA)成立立1972理论RPPauul用DHH矩阵计算轨轨迹 1972理论DEWhiitney发发明操作机的的协调控制方方式1973理论
18、辛辛那提米拉拉克隆公司的的理查德豪豪恩制造了第第一台由小型型计算机控制制的工业机器器人，它是液液压驱动的，能能提升的有效效负载达455kg1975工业美国机器人研究究院成立1975工业Unimatiion公司公公布其第一次次利润1976技术在斯坦福研究院院完成用机器器人的编程装装配1978工业C.Rose及及其同事成立立了机器人智智能公司，生生产出第一个个商业视觉系系统1980工业工业机器人真正正在日本普及及，故称该年年为“机器人人元年”。随随后，工业机机器人在日本本得到了巨大大发展，日本本也因此而赢赢得了“机器器人王国”的的美称随着计算机技术术和人工智能能技术的飞速速发展，使机机器人在功能能
19、和技术层次次上有了很大大的提高，移移动机器人和和机器人的视视觉和触觉等等技术就是典典型的代表。由由于这些技术术的发展，推推动了机器人人概念的延伸伸。20世纪纪80年代，将将具有感觉、思思考、决策和和动作能力的的系统称为智智能机器人。这这是一个概括括的、含义广广泛的概念。这这一概念不但但指导了机器器人技术的研研究和应用，而而且又赋予了了机器人技术术向深广发展展的巨大空间间。水下机器器人、空间机机器人、空中中机器人、地地面机器人、微微小型机器人人等各种用途途的机器人相相继问世，许许多梦想成为为了现实。将将机器人的技技术(如传感感技术、智能能技术、控制制技术等)扩扩散和渗透到到各个领域，便便形成了各
20、式式各样的新机机器机器器人化机器。当当前，与信息息技术的交互互和融合又产产生了“软件件机器人”、 “网络机器器人”的名称，这这也说明了机机器人所具有有的创新活力力。美国的机器人技技术一直处于于世界领先水水平。在199671974年年的几年时间间里，因为政政府对机器人人发展的重视视不够，且机机器人处于发发展初期，价价格昂贵，适适用性不强，所所以发展缓慢慢。此后，由由于美国机器器人协会、制制造工程师协协会积极主动动地进行机器器人技术推广广工作，且美美国为了高效效生产，适应应市场多变的的需要，以机机器人为核心心的柔性自动动化生产线恰恰好具有这些些优点，所以以机器人技术术得以迅猛发发展。日本机器人的发
21、发展经过了220世纪600年代的摇篮篮期，70年年代的实用化化时期以及880年代的普普及、提高期期三个基本阶阶段。在19967年，日日本东京机械械贸易公司首首次从美国AAMF公司引引进Verssatrann机器人。11968年，日日本川崎重工工业公司与美美国Unimattion公司司缔结国际技技术合作协议议，引进Unnimatiion机器人人。19700年，日本机机器人实现国国产化。从此此，日本进入入了开发和应应用机器人技技术时期。几几年后，美国国反而要从日日本进口机器器人。19883年，美国国从日本进口口的机器人占占美国总数的的78%。1.3.2我国国工业机器人人的发展状况况我国工业机器人人
22、起步于200世纪70年年代初，经过过30多年的的发展，900年代进入了了适用化期，先先后研制出了了点焊、弧焊焊、装配、喷喷漆、切割、搬搬运、包装、码码垛等各种用用途的工业机机器人，并实实现了一批机机器人应用工工程，形成了了一批机器人人产业化基地地，为我国机机器人产业的的腾飞奠定了了基础。目前我国机器人人研究的主要要内容如下：1)示教再现型型工业机器人人产业化技术术研究这些研究主要包包括：关节式式、侧喷式、顶顶喷式、龙门门式喷涂机器器人产品的标标准化，通用用化、模块化化、系列化设设计；柔性仿仿形喷涂机器器人产品的标标准化、通用用化、模块化化、系列化设设计；弧焊机机器人用激光光视觉焊缝跟跟踪装置的
23、开开发；焊接机机器人的离线线示教编程及及工作站系统统动态仿真；电子行业用用装配机器人人产品标准化化、通用化、模模块化、系列列化设计；批批量生产机器器人所需的专专用制造、装装配、测试设设备和工具的的研究开发。2)智能机器人人开发研究这些研究主要包包括：遥控加加局部自主系系统构成和控控制策略研究究；智能移动动机器人的导导航和定位技技术研究；面面向遥控机器器人的虚拟现现实系统；人人机交互环境境建模系统；基于计算机机屏幕的多机机器人遥控技技术。3)机器人化机机械研究开发发这些研究开发主主要包括：并并联机构机床床(VMT)与机器人化化加工中心(RMC)开发研究；机器人化无无人值守和具具有自适应能能力的多
24、机遥遥控操作的大大型散料输送送设备。4)以机器人为为基础的重组组装配系统这些研究主要包包括：开放式式模块化装配配机器人；面面向机器人装装配的设计技技术；机器人人柔性装配系系统设计技术术；可重构机机器人柔性装装配系统设计计技术；装配配力觉、视觉觉技术；智能能装配策略及及其控制技术术。5)多传感器信信息融合与配配置技术该技术主要包括括：机器人的的传感器配置置和融合技术术在水泥生产产过程控制和和污水处理自自动控制系统统中的应用；机电一体化化智能传感器器的设计应用用。82工学学士论文 设计概述2设计概述2.1 工业机机器人的基本本组成工业机器人由三三大部分六个个子系统组成成。三大部分分是机械部分分、传
25、感部分分和控制部分分3。六个个子系统是驱驱动系统、机机械结构系统统、感受系统统、机器人环境交互互系统、人机机交互系统和和控制系统，可可用图2.1来表示。人机交互系统控制系统机械机构系统机器人环境交互系统感受系统驱动系统图2.1 机器器人系统组成成六个子系统的作作用分述如下下：1驱动系统要使机器人运行行起来，需给给各个关节即即每个运动自自由度安置传传动装置，这这就是驱动系系统。驱动系系统可以是液液压传动、气气动传动、电电动传动，或或者把它们结结合起来应用用的综合系统统；可以是直直接驱动或者者是通过同步步带、链条、轮轮系、谐波齿齿轮等机械传传动机构进行行间接驱动。2.机械结构系系统工业机器人的机机
26、械结构系统统由基座、手手臂、末端操操作器三大件件组成。每一大件都都有若干自由由度，构成一一个多自由度度的机械系统统。若基座具具备行走机构构，则构成行行走机器人；若基座不具具备行走及腰腰转机构，则则构成单机器器人臂(Siingle Robott Arm)。手臂一般般由上臂、下下臂和手腕组组成。末端操操作器是直接接装在手腕上上的一个重要要部件，它可可以是二手指或或多手指的手手爪，也可以以是喷漆枪、焊焊具等作业工工具。3.感受系统感受系统由内部部传感模块和和外部传感模模块组成，用用以获取内部部和外部环境境状态中有意意义的信息。智智能传感器的的使用提高了了机器人的机机动性、适应应性和智能化化的水准。人
27、人类的感受系系统对感知外外部世界信息息是极其灵巧巧的，然而，对对于一些特殊殊的信息，传传感器比人类类的感受系统统更有效。4.机器人环境交互系系统机器人环境境交互系统是是实现工业机机器人与外部部环境中的设设备相互联系系和协调的系系统。工业机机器人与外部部设备集成为为一个功能单单元，如加工工制造单元、焊焊接单元、装装配单元等。当当然，也可以以是多台机器器人、多台机机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个执行复杂任务的功能单元。5.人机交互系系统人机交互系统是是使操作人员员与机器人控控制并与机器器人进行联系系的装置，例例如，计算机机的标准终端端，指令控制制台，信息显显示板，危险险信号报警器器等。该系
28、统统归纳起来分分为两大类：指令给定装装置和信息显显示装置。6.控制系统控制系统的任务务是根据机器器人的作业指指令程序以及及从传感器反反馈回来的信信号支配机器器人的执行机机构去完成规规定的运动和和功能。假如如工业机器人人不具备信息息反馈特征，则则为开环控制制系统；若具具备信息反馈馈特征，则为为闭环控制系系统。根据控控制原理，控控制系统可分分为程序控制制系统、适应应性控制系统统和人工智能能控制系统。根根据控制运动动的形式，控控制系统可分分为点位控制制和轨迹控制制。2.2 机器人人的自由度正如在工程力学学课程中学到到的，为了确确定点在空间间的位置，需需要指定三个个坐标，就像像沿直角坐标标轴的x，yy
29、和三个坐标标。同样地，如如果考虑一个个三自由度的的三维装置，在在它的工作区区内可以将任任意一点放到到所期望的位位置。同样，要确定一一个刚体(一个三维物物体，而不是是一个点)在空间的位位置，首先需需要在该刚体体上选择一个个点应指定该该点的位置，因因此需要三个个数据来确定定该点的位置置。然而，即即使物体的位位置已确定，仍仍有无数种方方法来确定该该物体的姿态态。为了完全全定位空间的的物体，除了了确定物体上上的所选点的的位置外，还还须确定该物物体的姿态。这这就意味着需需要六个数据据才能完全确确定刚体物体体的位置和姿姿态。基于同同样的理由，需需要六个自由由度才能将物物体放置到空空间的期望位位姿。如果少少
30、于六个自由由度，机器人人的能力将受受到很大的限限制。为了说明这个问问题，考虑一一个三自由度度机器人，它它只能沿x，yy和z轴运动动。在这种情情况下，不能能指定机械手手的姿态。此此时，机器人人只能夹持物物体做平行于于坐标轴的运运动，姿态保保持不变。再再假设一个机机器人有五个个自由度，可可以绕三个坐坐标轴旋转，但但只能沿x和和y轴运动。这这时虽然可以以任意地指定定姿态，但只只能沿x和yy轴而不可能能沿z轴给部部件定位。具有七个自由度度的系统没有有唯一解。这这就意味着，如如果一个机器器人有七个自自由度，那么么机器人可以以有无穷多种种方法在期望望位置为部件件定位和定姿姿。为了使控控制器知道具具体怎么做
31、，必必须有附加的的决策程序使使机器人能够够从无数种方方法中只选择择出一种。例例如，可以采采用最优程序序来选择最快快或最短路径径到达目的地地。为此，计计算机必须检检验所有的解解，从中找出出最短或最快快的响应并执执行之。2.3课题组总总框架本课题组是一个个完整的工业业机器人遥操操作嵌入式伺伺服控制系统统设计，由示示教操作器、规规划器和嵌入入式伺服控制制器组成，总总体框图见附附录一。操作器是操作人人员控制工业业机器人的人人际交互系统统，在操作端端，操作者通通过操纵杆、键键盘等人机交交互设备发出出命令，一方方面这些控制制命令通过通通信环节送往往远端的机器器人系统，另另一方面通过过总线通信，现现场机器人
32、的的运动状态信信息都可以反反馈到操作端端。操作作者向向远端机器人人发出的指令令既可以是低低级的运动指指令，也可以以是高级的任任务级指令。 规划器主要负责责路径规划，即即根据作业任任务确定实时时计算和生成成运动轨迹。接接收从操作器器接受任务，完完成路径规划划，在发出给给控制器命令令。在规划中中，不仅要规规定机器人的的起始点和终终止点，而且且要给出中间间点(路径点)的位姿及路路径点之间的的时间分配，即即给出两个路路径点之间的的运动时间。控制器除了接收收上位机发出出的命令外，主主要负责控制制驱动器和完完成以速度为为反馈信号的的闭环控制。详详细信息见下下一节。2.4控制器的的功能及设计计思路2.4.1
33、 控控制器的功能能控制器的功能主主要包括用硬硬件实现智能能控制算法， 同时完成成任务的合理理调度、实时时控制和网络络功能，使控控制器具有良良好的稳定性性、较好自适适应性、高可可靠性、快速速性、高的跟跟踪精度44。控制器器采用的参数数自调整在线线插值模糊控控制算法可以以实现误差无无限分档和比比例因子在线线调整。首先，接收上位位机命令， 监视机器器人状态。然然后，运用矢矢量控制算法法完成关节电电机的运动控控制并完成单单关节的位置置闭环，主控制器将将关节转动的的角位移、角角加速度等命命令参数，每每个伺服周期期进行一次位位置、速度的的检查， 如果未达达到指定的位位置， 则继续运运动或者加速速， 将要达
34、到到指定位置时时会自动的按按照设定的加加速度进行减减速， 完成关节节空间的位置置闭环控制。这这样不仅克服服了运动超调调的现象， 而且使得得系统加减速速时运行平稳稳5。2.4.2 控控制器的设计计思路本课题是一个完完整的工业机机器人遥操作作嵌入式伺服服控制系统设设计的一部分分嵌入式式伺服控制器器的软硬件电电路原理设计计，主要包括括以下内容：(1) 控制信信号输出电路路的设计分析、设计机器器人各控制元元件的特性及及控制方式，选选择合适的驱驱动控制电路路实现对机器器人各自由度度的控制。并并根据从上位位机传来的操操作指示，发发出相应的控控制信号。(2) 与上位位机连接的通通信电路的设设计利用CAN总线
35、线完成遥操作作器、规划器器与嵌入式伺伺服控制器之之间可靠的双双向数据传输输，从而实现现机器人的遥遥操作，保证证数据传输的的准确性、可可靠性和实时时性。(3) 反馈信信号的采集与与处理利用光电编码器器输出的信息息，经过合理理的处理，得得到电机的转转向、转速等等信息。将处处理后的信号号通过CANN总线上报给给规划器，使使规划器作出出相应调整，以以保证电机运运转的准确性性，可靠性。工学学士论文 硬件设计与选型3 硬件设计与与选型3.1 MPSS430单片片机概述3.1.1 MMPS4300单片机系列列概述TI公司的MSSP430系系列单片机是是一种超低功耗耗的混合信号号控制器，其其中包括一系系列器件
36、，它它们针对不同同的应用而由由各种不同的的模块组成。这这些微控制器器被设计为可可用电池工作作。而且可以以有很长使用用时间的应用用。它们具有有16位RISSC结构，CCPU中的116个寄存器器和常数发生生器使MSPP430微控控制器能达到到最高的代码码效率；灵活活的时钟源可可以使器件达达到最低的功功率消耗；数数字控制的振振荡器(DCCO)可使器器件从低功耗耗模式迅速唤唤醒，在少于于6us的时间内内激活到活跃跃的工作方式式6。 MSPP430系列列单片机具有有丰富的片内内外设，有极极其广阔的应应用范围。 MSPP430系列列单片机具有有以下一些共同的特特点。 1)低低电压、超低低功耗 MSPP43
37、0系列列单片机，在在1.83.6V电压、11MHz的时时钟条件下运运行。耗电电电流(在0.1400 uuA之间)因因不同的工作作模式而不同同；具有166个中断源，并并且可以任意意嵌套，使用用灵活方便；用中断请求求将CPU唤唤醒只要6uus，可编制制出实时性特特别高的源代代码；可将CCPU置于省省电模式，以以用中断方式式唤醒程序。 2)强强大的处理能能力 MSPP430系列列单片机，为为16位RIISC结构，具具有丰富的寻寻址方式(77种源操作数数寻址、4种种目的操作数数寻址)、简简洁的27条条内核指令以以及大量的模模拟指令；大大量的寄存器器以及片内数数据存储器都都可参加多种种运算；还有有高效的
38、查表表处理方法；有较高的处处理速度，在在8MHz晶晶体驱动下，指指令周期为1125us。这些特特点保证了可可编制出高效效率的源程序序。 3)系系统工作稳定定 上电复复位后，首先先由DCOCLKK启动CPUU，以保证程程序从正确的的位置开始执执行，保证晶晶体振荡器有有足够的起振振及稳定时间间。然后软件件可设置适当当的寄存器的的控制位来确确定最后的系系统时钟频率率。如果晶体体振荡器在用用作CPU时时钟MCLKK时发生故障障，DCO会自动动启动，以保保证系统正常常工作；如果果程序跑飞，可可用看门狗将将其复位。 4)丰丰富的片内外外设MSP430系系列单片机的的各成员都集集成了较丰富富的片内外设设。它
39、们分别别是以下一些些模块的不同同组合：外围模看门狗(WDT) 定时器AA(Timeer-A) 定时器BB(Timeer-B)比较器 串口口0、1(USSART0、1) 硬件件乘法器液晶驱动器 10位/12位ADDC 14位位ADC(AADCl4)端口0(P0) 端口116(P1P6) 基本本定时器(BBasic Timerr)以上外围模块再再加上多种存储储器方式就构构成了不同型型号的器件。其其中，看门狗狗可以使程序序失控时迅速速复位；比较较器进行模拟拟电压的比较较，配合定时时器可以设计计为A/D转换器；定时器具有有捕获/比较功能，可可用于事件计计数、时序发发生、PWMM等；有的器器件更具有两两
40、个串口，可可方便地实现现多机通信等等应用；具有有较多的并行行端口，最多多达68条条I/O口线，而而且I/O口线具有中中断能力；112/14位硬件件A/D转换器有有较高的转换换速率，最高高可达2000 kbpss，能满足大大多数数据采采集应用；能能直接驱动液液晶多达1220段。MSSP430系系列单片机的的这些片内外外设为系统的的单片解决方方案提供了极极大的方便。 5)方方便高效的开开发环境目前MSP4330系列有44种类型器件件：OTP型、FFLASH型型、EPROM型和ROM型。这这些器件的开开发手段不同同。对于OTF型和RROM型的器器件是用相对对应的EPRROM型器件件作为开发片片，或使
41、用仿仿真器开发成成功之后再烧烧写或掩膜芯芯片；而对于于FLASHH型则有十分分方便的开发发调试环境，因因为器件片内内有JTAGG调试接口，还还有可电擦写写的FLASSH存储器，因因此采用先下下载程序到FFLASH内内，再在器件件内通过软件件控制程序的的运行，由JJTAG接口口读取片内信信息供设计者者调试使用的的方法进行开开发。这种方方式只需要一一台PC机和和一个JTAAG调试器，而而不需要仿真真器和编程器器。开发语言言可选择汇编语语言和C语言言。3.1.2 MSP4330F4499概述MSP430FF449芯片片(图3.1)是MSPP430芯片片中功能较多多的一款MCCU。MSPP430F44
42、49的特点点是7：1)低工作电压压：1.8V3.6V。2)超低功耗：活动模式2280uA1Mz，2.2V；待机模模式1.1uA；掉掉电模式(RAM数据据保持)0.1uA。3)5种节电模模式。4)从待机到唤唤醒不到6uus。5)12位A/D转换器带带有内部参考考源、采样保保持、自动扫扫描特性。6)16位精简简指令结构(RISC)，150uus指令周期期。7)带有3个捕捕获/比较器器的16位定定时器有：定定时器A和定定时器B。8)2个串行通通信模块USSART0/1，可软件件选择UARRT/SPII模式。片内比较器配合合其他器件可可构成单斜边边A/D转换换器。9)可编程电压压检测器。10)线串行编
43、编程，不需要要外部编程电电压。11)驱动液晶晶能力可达1160段。12)可编程的的保险熔丝可可保护设计者者密码。13)FLASSH存储器多多达60KBB，RAM多多达2KB。图3.1 MSSP430FF449引脚脚图3.2 CANN总线接口设计计3.2.1 CCAN总线简简介3.2.1.11概述对于一般控制，设备间连锁锁可以通过串串行网络完成成。因此，BOSCHH公司开发了了CAN总线线(Conttrolleer Areea Nettwork)8，并已取得国国际标准化组组织认证(IISO118898)，其总线结构构可参照 ISO/OSSI参考模型型。同时，国际上一些些大的半导体体厂商也积极极开
44、发出支持持CAN总线线的专用芯片片。通过CANN总线，传感器、控控制器和执行行器由串行数数据线连接起起来。它不仅仅仅是将电缆缆按树形结构构连接起来，其通信协议议相当于ISSO/OSII参考模型中中的数据链路路层，网络可根据据协议探测和和纠正数据传传输过程中因因电磁干扰而而产生的数据据错误。CAAN网络的配配制比较容易易，允许任何站站之间直接进进行通信，而无需将所所有数据全部部汇总到主计计算机后再行行处理。3.2.1.22 CAN的的工作原理当CAN总线上上的一个节点点(站)发送送数据时，它以报文形形式广播给网网络中所有节节点。对每个个节点来说，无论数据是是否是发给自自己的，都对其进行行接收。每
45、组组报文开头的的11位字符符为标识符，定义了报文文的优先级，这种报文格格式称为面向向内容的编址址方案9。在同一系系统中标识符符是唯一的，不可能有两两个站发送具具有相同标识识符的报文。当当几个站竞争争总线读取时时，这种配置十十分重要。主机CAN控制器CAN收发器CAN收发器CAN控制器CAN收发器CAN控制器节点1节点2CAN收发器CAN控制器节点3CAN-Bus图3.2 CAAN总线应用用系统当一个站要向其其它站发送数数据时，该站的CPPU将要发送送的数据和自自己的标识符符传送给本站站的CAN芯芯片，并处于准备备状态；当它收到总总线分配时，转为发送报报文状态。CCAN芯片将将数据根据协协议组织
46、成一一定的报文格格式发出，这时网上的的其它站处于于接收状态。每每个处于接收收状态的站对对接收到的报报文进行检测测，判断这些报报文是否是发发给自己的，以确定是否否接收它。由于CAN总线线是一种面向向内容的编址址方案，因此很容易易建立高水准准的控制系统统并灵活地进进行配置。我我们可以很容容易地在CAAN总线中加加进一些新站站而无需在硬硬件或软件上上进行修改。当当所提供的新新站是纯数据据接收设备时时，数据传输协协议不要求独独立的部分有有物理目的地地址。它允许许分布过程同同步化，即总线上控控制器需要测测量数据时，可由网上获获得，而无须每个个控制器都有有自己独立的的传感器。3.1.2.33 位仲裁要对数据进行实实时处理，就必须将数数据快速传送送，这就要求数数据的物理传传输通路有较较高的速度。在在几个站同时时需要发送数数据时，要求快速地地进行总线分分配。实时处处理通过网络络交换的紧急急数据有较大大的不同。一一个快速变化化的物理量，如汽车引擎擎负载，将比类似汽汽车引擎温度度这样相对变变化较慢的物物理