【教程6】瘋殼·人形街舞機器人-串口控制舵機

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多自由度人形雙足舞蹈機器人

——瘋殼·機器人開發系列

串口控制舵機

1 串口簡介

  本章將使用 IAP15W4K61S4 單片機的串口通信來控制舵機的轉動。

  IAP15W4K61S4 單 片 機 有 4 個 采 用 UART （ Universal Asychronous Receiver/Transmitter）工作方式的全雙工異步串行通行接口。每一個串口都有 2 個數據緩沖器、一個移位寄存器、一個串行控制寄存器和一個波特率發生器組成。而每一個串行口的數據緩沖器由 2 個相互獨立的接收、發送緩沖器構成，可以同時發送和接收數據。發送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個緩沖器可以共用一個地址碼。
  IAP15W4K61S4 單片機的串口 1 有 4 種工作方式，其中兩種方式的波特率是可變的，另兩種是固定的。而串口 2、3、4 都只有兩種工作方式，這兩種工作方式的波特率都是可變的。
  用戶可以用軟件設置不同的波特率和選擇不同的工作方式。主機可通過查詢或中斷方式對接收/發送進行程序處理，使用十分靈活。
  IAP15W4K61S4 單片機的串口對應的硬件部分分別為：TXD 和 RXD、TXD2 和RXD2、TXD3 和 RXD3、TXD4 和 RXD4，可以在幾組引腳之間進行切換。


2 硬件設計

  由于絕大多數筆記本已經沒有串口了，所以我們這里使用了 CH340 這個芯片，
成功實現 USB 通信協議和標準 UART 串行通信協議的轉換。另外，DEBUG_RX 與DEBUG_TX 連接到 IAP15W4K51S4 單片機的 P3.0 和 P3.1。


圖 1


3軟件設計

  在使用串口之前，我們首先介紹幾個與串口 1 相關的主要寄存器，其他串口的寄存器可以查看數據手冊。
（1）串行控制寄存器 SCON

串行控制寄存器 SCON 用于選擇串行通信的工作方式和某些控制功能。


圖 2
  SM0/FE：當 PCON 寄存器中的 SMOD0/PCON.6 位為 1 時，該位用于幀錯誤檢測。當檢測到 一個無效停止位時，通過 UART 接收設置該位。它必須由軟件清零。當 PCON 寄存器中 的 SMOD0/PCON.0 時，該位和 SM1 一起指定串行通信的工作方式，如下表所示：


圖 3
  SM2：允許方式 2 或方式 3 多級通信控制位。

  REN：允許/禁止串口接收控制位。由軟件置 REN 位 1 為允許串行接收狀態， 可啟動串口接收器 RXD，開始接收信息。軟件復位 REN，即 REN=0，則禁止接收。
  TB8：在方式 2 或方式 3，它為要發送的第 9 位數據，按需要由軟件置位或者清零。在方式0 和方式 1 中，該位不可用。

  RB8：在方式 2 或方式 3，它為要接收到的第 9 位數據，作為奇偶效驗位或者地址幀/數據幀   的標志位。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：發送中斷請求標志位。在方式 0，當串行發送數據第 8 位結束時，由內部硬件自動置位TI=1，向主機請求中斷，響應中斷 TI 必須用軟件清零，即 TI=0。在其他方式中，則在停 止位開始發送時由硬件置位，即 TI=1，響應中斷后 TI 必須用軟件清零。
  RI：接收中斷請求標志位。在方式 0，當串行接收到第 8 位結束時，由內部硬件自動置位RI=1，向主機請求中斷，響應中斷 RI 必須用軟件清零，即 RI=0。在其他方式中，串行        接收到停止位的中間時刻由硬件置位，即 RI=1，向 CPU 發中斷申請，響應中斷后 RI 必 須用軟件清零。
（2）數據緩沖寄存器 SBUF

  串口 1 的數據緩沖寄存器（SBUF）的地址是 99H，實際是 2 個緩沖器，寫 SBUF 的操作完成待發送數據的加載，讀SBUF 的操作可獲得已收到的數據。兩個操作分別對應兩個不同的寄存器，寫寄存器和讀寄存器。
（3）串口 1 切換寄存器 AUXR1（P_SW1）


圖 4
  要是用串口通信，首先就是就要對串口進行初始化。


代碼1

  對串口初始化完成之后，我們就開始寫串口中斷函數uart_int(void) interrupt 4using 1，每當接收到數據，CPU 就會產生中斷，從而進入串口中斷函數。
  在串口中斷函數中，我們設置了一個數據緩沖區，將串口接收到的一個一個字節的數據存儲在 receive_data 中。


代碼2

  每次將 6 個字節的數據接存儲到 receive_data 中，當第一個字節為 0x05，并且最后一個字節為 0x77 時，那么中間的第 2、3、4、5 字節分別表示P 值的千、百、十、個位。


4實驗現象

  首先打開下載軟件 STC-ISP。


圖 5
  （1）點擊 Keil 仿真設置，添加 STC 相關的頭文件。STC 的相關頭文件路徑是我們之前安裝 Keil C51 的路徑，如果之前采用的默認路徑，那么選擇 C 盤 Keil 文件夾。


圖 6
  （2）添加完 STC 相關的頭文件，點擊彈窗中的確定。

       
圖 7
  （3）設置單片機的型號、最低波特率、最高波特率如下圖所示，硬件選項等選項默認即可。串口號根據實際情況選擇。


圖 8
  （4）點擊打開程序文件，選擇我們例程中的.hex 文件。


圖 9
  （5）點擊下載/編程，下載代碼。

       
圖 10
  （6）按一下電路板上面的 RST 按鍵，完成下載。


圖 11
  代碼下載完成之后，打開機器人電源，運行代碼，打開串口調試助手。

  （1）選擇串口號，我們圖中是 COM1，這個根據實際情況選擇。

  （2）配置串口參數，波特率為 9600，數據位 8，停止位 1，沒有校驗位和控制流，與下圖一致。
  （3）點擊打開串口。



圖 12
  打開串口之后，我們在字符串輸入框中輸入 05 01 02 02 02 77，然后點擊發送，將機器人頭部舵機的高電平時間改為 1222，同時會看到我們機器人的頭轉動到一個位置，繼續發送其他值，機器人的頭會轉向其它位置。



圖 13



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2022-8-12 11:33 上傳

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