【疯壳·机器人教程6】人形街舞机器人-串口控制舵机

FutureX

多自由度人形双足舞蹈机器人

——疯壳·机器人开发系列

串口控制舵机

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1 串口简介
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. Q4 u4 I4 o4 E* ?# X  本章将使用 IAP15W4K61S4 单片机的串口通信来控制舵机的转动。
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  IAP15W4K61S4 单 片 机 有 4 个 采 用 UART （ Universal Asychronous Receiver/Transmitter）工作方式的全双工异步串行通行接口。每一个串口都有 2 个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器组成。而每一个串行口的数据缓冲器由 2 个相互独立的接收、发送缓冲器构成，可以同时发送和接收数据。发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入，因而两个缓冲器可以共用一个地址码。
  IAP15W4K61S4 单片机的串口 1 有 4 种工作方式，其中两种方式的波特率是可变的，另两种是固定的。而串口 2、3、4 都只有两种工作方式，这两种工作方式的波特率都是可变的。
  用户可以用软件设置不同的波特率和选择不同的工作方式。主机可通过查询或中断方式对接收/发送进行程序处理，使用十分灵活。
  IAP15W4K61S4 单片机的串口对应的硬件部分分别为：TXD 和 RXD、TXD2 和RXD2、TXD3 和 RXD3、TXD4 和 RXD4，可以在几组引脚之间进行切换。
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# ]8 u) H9 {/ M' |4 j' \: c' M2 X
" W3 I; E1 h" e, u+ a0 r( Z2 硬件设计

  由于绝大多数笔记本已经没有串口了，所以我们这里使用了 CH340 这个芯片，
- i- r$ T( Q. E* _/ f成功实现 USB 通信协议和标准 UART 串行通信协议的转换。另外，DEBUG_RX 与DEBUG_TX 连接到 IAP15W4K51S4 单片机的 P3.0 和 P3.1。

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4 V$ I6 T. t/ t7 z, }图 1


3软件设计

, p" {$ X: w* V8 k: o9 d( h. R# c  在使用串口之前，我们首先介绍几个与串口 1 相关的主要寄存器，其他串口的寄存器可以查看数据手册。
（1）串行控制寄存器 SCON
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- C& x. E4 q4 Q% v) @" v4 O串行控制寄存器 SCON 用于选择串行通信的工作方式和某些控制功能。

5 j/ h, k; a/ D4 I0 q- J3 A2 O0 K( H
% O1 U* ?/ R8 H% z# X图 2
  SM0/FE：当 PCON 寄存器中的 SMOD0/PCON.6 位为 1 时，该位用于帧错误检测。当检测到 一个无效停止位时，通过 UART 接收设置该位。它必须由软件清零。当 PCON 寄存器中 的 SMOD0/PCON.0 时，该位和 SM1 一起指定串行通信的工作方式，如下表所示：

( t4 m# D# a. t% V7 H# {& N: ~7 R
% S1 T$ `1 Z8 X! H7 }* _图 3
# v( w+ P0 x/ M  SM2：允许方式 2 或方式 3 多级通信控制位。

& i# H: }1 ~- p$ j2 B) I  REN：允许/禁止串口接收控制位。由软件置 REN 位 1 为允许串行接收状态， 可启动串口接收器 RXD，开始接收信息。软件复位 REN，即 REN=0，则禁止接收。
  TB8：在方式 2 或方式 3，它为要发送的第 9 位数据，按需要由软件置位或者清零。在方式0 和方式 1 中，该位不可用。

  RB8：在方式 2 或方式 3，它为要接收到的第 9 位数据，作为奇偶效验位或者地址帧/数据帧   的标志位。方式 0 中不用 RB8（置 SM2=0）。方式 1 中也不用 RB8（置 SM2=0，RB8 是 接收到的停止位）。
  TI：发送中断请求标志位。在方式 0，当串行发送数据第 8 位结束时，由内部硬件自动置位TI=1，向主机请求中断，响应中断 TI 必须用软件清零，即 TI=0。在其他方式中，则在停 止位开始发送时由硬件置位，即 TI=1，响应中断后 TI 必须用软件清零。
  RI：接收中断请求标志位。在方式 0，当串行接收到第 8 位结束时，由内部硬件自动置位RI=1，向主机请求中断，响应中断 RI 必须用软件清零，即 RI=0。在其他方式中，串行        接收到停止位的中间时刻由硬件置位，即 RI=1，向 CPU 发中断申请，响应中断后 RI 必 须用软件清零。
（2）数据缓冲寄存器 SBUF

4 z: l2 Q3 c8 o" |$ f( t  串口 1 的数据缓冲寄存器（SBUF）的地址是 99H，实际是 2 个缓冲器，写 SBUF 的操作完成待发送数据的加载，读SBUF 的操作可获得已收到的数据。两个操作分别对应两个不同的寄存器，写寄存器和读寄存器。
1 P  M( }6 J' I: J, r6 A（3）串口 1 切换寄存器 AUXR1（P_SW1）
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图 4
  要是用串口通信，首先就是就要对串口进行初始化。
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代码1

7 j/ o8 q! v* x) w6 f  对串口初始化完成之后，我们就开始写串口中断函数uart_int(void) interrupt 4using 1，每当接收到数据，CPU 就会产生中断，从而进入串口中断函数。
  在串口中断函数中，我们设置了一个数据缓冲区，将串口接收到的一个一个字节的数据存储在 receive_data 中。

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; G) ?+ D! E8 G+ m( n$ i代码2

  每次将 6 个字节的数据接存储到 receive_data 中，当第一个字节为 0x05，并且最后一个字节为 0x77 时，那么中间的第 2、3、4、5 字节分别表示P 值的千、百、十、个位。


& E7 w& |! z+ g4 N2 I/ f" ~/ }5 {4实验现象

. r, U5 `+ E0 R" v$ B3 r6 `+ U7 K  首先打开下载软件 STC-ISP。
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, h, f4 K& P6 f: ^7 Q8 ^
图 5
  （1）点击 Keil 仿真设置，添加 STC 相关的头文件。STC 的相关头文件路径是我们之前安装 Keil C51 的路径，如果之前采用的默认路径，那么选择 C 盘 Keil 文件夹。

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图 6
  （2）添加完 STC 相关的头文件，点击弹窗中的确定。
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" G; g" h9 y( v$ g+ l        
4 }' ^, O) s$ I8 |图 7
  （3）设置单片机的型号、最低波特率、最高波特率如下图所示，硬件选项等选项默认即可。串口号根据实际情况选择。


, Q7 h% \* G: i$ O- \图 8
  （4）点击打开程序文件，选择我们例程中的.hex 文件。

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. F3 G8 q$ `* |$ Y6 E( C图 9
9 u4 E% G- D9 p6 j  （5）点击下载/编程，下载代码。
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图 10
+ o1 {7 S' P8 m; H  （6）按一下电路板上面的 RST 按键，完成下载。

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图 11
  代码下载完成之后，打开机器人电源，运行代码，打开串口调试助手。
- I" w% k" q! i1 ^" U6 E" T
/ i9 t6 N% Y2 g  （1）选择串口号，我们图中是 COM1，这个根据实际情况选择。
3 A4 w! {) G) Q& Z: k
- x, k5 X8 v/ b  A) x3 \  （2）配置串口参数，波特率为 9600，数据位 8，停止位 1，没有校验位和控制流，与下图一致。
3 H% J0 f* Y2 S& x: R3 C, L5 B5 R  G  （3）点击打开串口。
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图 12
, k5 _8 U( h6 m' b# ^) u  打开串口之后，我们在字符串输入框中输入 05 01 02 02 02 77，然后点击发送，将机器人头部舵机的高电平时间改为 1222，同时会看到我们机器人的头转动到一个位置，继续发送其他值，机器人的头会转向其它位置。
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; H' F8 Q0 L: m$ M- }9 s图 13
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4 U# I5 H! L; F$ N; y; ~9 Y2 C由于图片文件上传数量有限，部分图片无法继续上传，有兴趣的伙伴请关注下一篇同系列帖子末端的原文件