简单程序打造“山寨”版机器手

如今，进入网络世界，君便可见满 山遍野都是"山寨"，在这个 "山寨文化"蓬勃兴起的年代，很多 人都对这个新生事物充满着好奇心， 跃跃欲试。本人亦不例外，也想来 "山寨"一下。要"山寨"一件什么 东西好呢？想了N久，想不出来，恰 好，本人正学了单片机和C语言不久， 就用C语言编个"山寨"程序吧；刚 好自己又是个机器人迷，就拿定主意 给单片机编个简单的程序，做个"山 寨"版的机器手吧。

机器手的硬件平台与电路原理

做 " 山寨 " 版的机器手 ， 只在 纸上谈兵或者在仿真软件里仿真是不 行的，必须让它"活"起来。首先， 需要构筑一个硬件平台，用什么芯 片好呢？51？PIC？AVR？ARM？呵 呵，也许有人已经猜到了，对！就是 用51芯片，对于一个初学者来说， 51芯片最合适不过了。具体型号就 用AT89C2051，这个芯片对于许多高 手、大侠来说，简直是小菜一碟，里 边的资源已经是"隔夜的"了，对于 像我这样的菜鸟，就找本基础的书慢 慢"刨"吧。"刨"完书，你就会发 现很多单片机硬件设计都脱离不了如 图 1所示的最小系统。 本"机器手"也不例外，只是在 外围添加了少许元件而已，如图2所 示。图中MCU的P1和P3口除了P1.0、 P1.1和P3.0外，内部均有上拉电阻， P1口全部用作独立式按键接口，由于 P1.0和P1.1比较特殊，是AT89C2051 内 置 模 拟 比 较 器 的 同 相 输 入 端 （AIN0）和反相输入端（AIN1），内 部没有上拉电阻，故需在外部接入上 拉电阻，阻值选用常用的10kΩ就可以 了。P3口的P3.6没有引出，而是作为 比较器的输出，故不能像普通的I/O口 那样访问引脚 ；P3.2～P3.5、P3.7则 接伺服电机。

接着 ， 还是来介绍一下我们机 器手的另一个重要元件吧，这就是伺 服电机，它在航模界中被广泛使用， 亦称为"舵机"，是一种PWM控制 部件。当它收到一串指定角度的"指 令"时，其输出轴就会转动到指定的 角度上。伺服电机跟其他电机不太一 样，输入线不像直流电机那样只有2 根，也不像步进电机（两相式）那样 有 6根，它有自己的特色，只有3根， 引线末端使用杜邦头，如图3所示。 图 3中的杜邦头引线由上至下， 红色的是控制线（脉冲输入线），接 到主控芯片上；中间的是电源线正极，第三条是地线（即电源负极）， 供电电压一般是4 ～6V。伺服电机是 一个PWM控制部件，在其控制线上 输入一个周期性的脉冲信号，这个周 期性脉冲信号的高电平时间通常在 0.5 ～2.0ms之间，而周期在5 ～20ms 之间，要求并不十分严格，如图4所 示，图中表格给出了一个典型的20ms 周期性脉冲的脉冲宽度与伺服电机输 出轴旋转角度之间的对应关系。

根据表格中的数据可总结出一条 输出轴角度D和脉冲宽度T的转换关系 式： D=90T－135（T?[0.5，2.5]） 有了这个公式，我们就可以很方 便地将转角角度与脉宽互相转换，计 算出初始化等所需要的脉冲宽度。

程序的编写

作为一个初学者，对于单片机内 部的资源往往理解不深，故程序写得 不好，还请各位高手们手下留情，多 多包涵。机器手程序的总流程图如图5 所示。程序初始化后，就执行输出脉 宽，接着进行按键扫描，完毕后又返 回输出脉宽，循环不止。

图 6是输出脉宽到每个伺服电机 程序的详细流程图，W1、W2、W3、 W4、W5是5个脉冲宽度，按顺序分时 地从P3.2～P3.5、P3.7引脚向5个伺服 电机输出。例如要在P3.2输出一个宽度 为W1（ms）的脉冲，如程序1所示。 程序中Delay_ms(W1)是一个以 延时1ms为单位的函数，需要延时多 少毫秒只需在括号内填入对应的数字 即可（该函数的程序很简单，不再列 出）。

图 7是按键扫描子程序流程图。 为了说明原理和排版简洁，图中S1和 S2扫描判断原理采用详细流程，而对 S3～S8则使用简化框图。进入此流 程，首先以一个判断语句判断S1是否 按下，若未按下则继续往下扫描；若 按下了，则W1加1，并以2500为上限 值；如W1未超过该上限值，则继续往 下扫描；S2的扫描原理与S1相似，稍 有不同之处是判断W1的下限值，下限 为500。其他按键扫描的原理则分别与 S1和S2类同。

程序2所示是扫描S1和S2的程序代码。

读完代码，大家是否觉得按键扫 描部分是不是少了点什么东西？呵呵， 对了，就是没有延时去抖。刚开始自己 也觉得奇怪，没有消抖程序怎么能正确 识别出按键呢？后来，请教了其他高手 之后才知道，由于程序简短，整体循环 周期短，按键按下后，若第一次没扫 到，后一周期还可以扫到；即使受到抖 动干扰，由于Wn的数据变化量很小， 对伺服电机转角的改变影响并不大，故 消抖程序可以省去。 此时或许有人提出 ： 是