实验一 MultiFLEX控制卡编程实验（4学时）

一、教学内容及要求

(一)实验教学要求

1.  了解MultiFLEX控制卡的基本结构；

2.  了解WinAVR+AVRStudio编译环境的使用；

3.  熟悉关于AVR 单片机的io 口有关的寄存器的概念、作用

4.  理解函数gpio_mode_set()，write_gpio()，read_gpio()的定义，掌握其用法

5.熟悉并掌握利用3 个函数控制MultiFLEX 控制卡的16 路IO 口

(二)实验教学内容
1.  实验原理

    介绍AVR 单片机中，与I/O 口有关的寄存器：PORTX，DDRX，PINX（X 为端口编号）。介绍函数gpio_mode_set()，write_gpio()，read_gpio()的定义及其用法。
2.  实验器材

计算机   1台   MultiFLEX 控制卡   1块   控制卡电源线   1根   串口下载线   1根   232电缆   1根   USB转232电缆   1根

UP-MRcommander 控制软件   1套
3.  实验内容及步骤

（1）WinAVR 以及AVRStudio 软件的安装

（2）用3AVRStudio 建立一个工程

（3）将*.hex 文件烧录至MultiFLEX 控制卡中

（4）编写C 程序实现对16 路I/O 口的控制
4.  注意事项及规范

二、教学重点、难点

(一)实验教学重点
1.  MultiFLEX控制卡结构；

2.  WinAVR+AVRStudio编译环境的使用

(二)实训教学难点

1.  与I/O 口有关的寄存器：PORTX，DDRX，PINX（X 为端口编号）的使用；
2.  函数gpio_mode_set()，write_gpio()，read_gpio()的定义及其用法。

三、教学设计
1.   PORTX，DDRX，PINX（X 为端口编号）功能是什么？

     DDRX 说明X 端口的输入输出状态，例如：如PORTA=0x0F=0000 1111，则引脚PA0-PA3均为输出（1 为输出），引脚PA4-PA7 均为输入(0 为输入)。

PORTX 说明X 端口的输入输出的具体信息，例如：当PORTA=0x0F 时，若PORTA=0X33=00110011，则引脚PA0、PA1 为输出，且输出信号为高（1）；引脚PA2、Pa3 为输出，但输出信号为低（0）；PA4、PA5 为输入且输入有效；至于PA6、PA7 虽然DDRA 已经将其设置为输入，但是PORTA 使其输入无效，所以PA6、PA7 的输入信号读不出来。

PINX 为输入端口的具体信息（PINX 只能读取不能写入），例如：当DDRA=0x0F，PORTA=0x33时，如果读取PINA 即char temp=PINA，则temp=--XX0011，其中为输入的引脚只有PA4-PA7，PA4 与PA5 状态为XX，X 为输入信号，而PA6、PA7 的输入为--，-为一个不确定的数。
2.  函数gpio_mode_set()，write_gpio()，read_gpio()与PORTX，DDRX，PINX的关系是什么？

     void gpio_mode_set(uint16 temp16)

{

DDRE = (uint8)(temp16>>8);

DDRC = (uint8)temp16;

}

uint16 read_gpio(void)

{

uint16 temp16;

temp16 = (uint16)EXT_IO2_IN;

temp16 = (temp16<<8) | EXT_IO_IN;

return temp16;

}

#define SET_IO_IN DDRC = 0;

#define SET_IO_OUT DDRC = 0xff;

#define EXT_IO_IN PINC

#define EXT_IO_OUT PORTC

#define SET_IO2_IN DDRE = 0;

#define SET_IO2_OUT DDRE = 0xff;

#define EXT_IO2_IN PINE 

#define EXT_IO2_OUT PORTE

四、作业

      完成实验报告

五、参考资料

1. 《“创意之星”模块化机器人实验指导书》，北京博创兴盛机器人技术有限公司

2. 《AVR 单片机与CPLD/FPGA 综合应用入门》，北京航空航天大学出版社

一、教学内容及要求

(一)实验教学要求

（1）了解串联式机器人、自由度和空间机构学、机器人运动学的基本概念；

（2）熟悉四自由度串联式机械手；使用配套动作程序，然后自己给机器人编写动作；

（3）掌握“创意之星”机器人套件的搭建和装配技巧

（4）熟悉并掌握舵机控制函数rc_moto_control()以及延时函数delay()的使用方法，理解其函数定义

（5）熟悉并掌握利用函数控制舵机运动

(二)实验教学内容
1.  实验原理

    运用舵机控制函数rc_moto_control()以及延时函数delay()对多自由度串联式机械手进行运动控制，设定运动参数。

2.实验器材

计算机  1台   MultiFLEX 控制卡   1块   控制卡电源线   1根   串口下载线   1根   232电缆   1根   USB转232电缆   1根

舵机   5个   舵机延长线   5根   创意之星机器人构件   1套   UP-MRcommander 控制软件   1套

3.  实验内容及步骤

（1）根据示意图组装多自由度串联式机械手此部分。

（2）连接电缆

（3）调整初始姿态打开控制卡的电源。

（4）写入动作程序。调整之后，再次打开电源。

（5）建立自己的动作程序，编写C 程序实现对舵机的控制。
4.  注意事项及规范

二、教学重点、难点

(一)实验教学重点
1. “创意之星”机器人套件的搭建和装配；
2.  利用函数控制舵机运动，编写四自由度串联式机械手配套动作程序。

(二)实训教学难点
1.  舵机控制函数rc_moto_control()以及延时函数delay()的使用方法，理解其函数定义

三、教学设计
1.  舵机的控制原理？

    舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这两根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准；另外一根线是控制信号线，Futaba 的一般为白色，JR 的一般为桔黄色。舵机的控制信号为周期是20ms 的脉宽位置调制（PPM）信号，其中脉冲宽度通常从0.5ms-2.5ms（也有少量型号的脉冲宽度范围不一样。例如下图中所示，为1.25ms~1.75ms），相对应输出轴的位置为0－180 度，呈线性变化。也就是说，给控制引脚提供一定的脉宽（TTL 电平，0V/5V），它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。
2.  舵机控制函数rc_moto_control()的参数范围是多少？

    舵机目标角度参数取值应在0-180 之间，速度参数取值应在0-255 之间

四、作业

      完成实验报告

五、参考资料

1.  《“创意之星”模块化机器人实验指导书》，北京博创兴盛机器人技术有限公司

2.  《AVR 单片机与CPLD/FPGA 综合应用入门》，北京航空航天大学出版社
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