基于TMS32OLF2407A的教育機器人硬件系統(tǒng)設(shè)計

0 引言

　　智能機器人作為一個高新科技的綜合體，直接反應(yīng)了一個國家信息技術(shù)的發(fā)展水平，受到了社會各界的高度重視。最近這些年，在我國大學里已經(jīng)將機器人作為機械電子學、計算機技術(shù)、人工智能等的載體廣泛適用于工科本科生的講授課程，在中學，教育機器人則逐漸成為素質(zhì)教育、技能實踐活動的選題之一，各種機器人比賽正蓬勃發(fā)展。智能機器人涉及了信息技術(shù)的幾乎所用內(nèi)容，可以讓學生接觸并看到信息技術(shù)的全景，并且智能機器人是信息技術(shù)的開放平臺，學生可以充分發(fā)揮想象力去開發(fā)各種智能裝置，從而培養(yǎng)學生對信息技術(shù)的開發(fā)能力，在開發(fā)過程中，培養(yǎng)各種能力，激發(fā)學生的興趣。

　　1 設(shè)計思想與總體方案

　　1．1 教育機器人的設(shè)計思想

　　本教育機器人以TMS320LF2407A微控制器為核心，由紅外傳感器和光電傳感器等各種傳感器采集的外部環(huán)境信息作為輸入信號，通過DSP進行運算處理，利用PWM技術(shù)實時輸出調(diào)整小車的速度和方向，實現(xiàn)小車尋跡、避障、尋跡加避障等自動控制的功能，另外在小車于尋跡過

　　程中遇到障礙物，當尋跡加避障算法在尋跡的同時不能完成避障功能時，可由PC機與其相連的無線通信收發(fā)模塊和DSP相連的另一無線收發(fā)模塊實現(xiàn)無線短距離通信，控制小車脫離障礙區(qū)并進行正常尋跡。

　　1．2 總體設(shè)計方案和框圖

　　機器人小車系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，主要有TMS320LF2407A最小系統(tǒng)部分、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、傳感器模塊、無線通信模塊構(gòu)成，實現(xiàn)由車載的各種傳感器將信息不斷地傳遞給車載微控制器，并將編程設(shè)計算法下載至微控制器實現(xiàn)實時調(diào)整小車的運動狀態(tài)，完成一定的功能要求。

　　2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

　　2．1 TMS320LF2407A最小系統(tǒng)設(shè)計

　　TMS320LF2407A是2000系列中目前應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品，它在片上不僅具有一個適于進行數(shù)字信號處理的高效處理器，而且還集成了存儲器和適應(yīng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的豐富片上外設(shè)，從而構(gòu)成了一個基本的片上計算機系統(tǒng)。除了具有改進的哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)等優(yōu)點外，它還采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，電壓降為3．3V，減少了功耗，指令執(zhí)行速度提高到40MIPS，幾乎所有指令都可以在2 5ns的單周期內(nèi)完成。TMS320LF2407A的基本結(jié)構(gòu)包括中央處理器單元(CPU)、存儲器、片內(nèi)外設(shè)與專用硬件電路三個組成部分。本系統(tǒng)硬件平臺充分利用TMS320LF2407A控制器的特點采用模塊化設(shè)計，分為基本電路和擴展控制電路部分。基本電路包括電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、A／D 輸入通道和JTAG仿真電路等。擴展電路包括存儲器及譯碼電路、串行通信SCI與RS-232接口電路、CAN接口電路、SPI功能模塊等。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。