第三章 机械手硬件电路设计
根据任务要求，机械手系统电路设计可主要分为三个模块：单片机主控模块、矩阵按键模块、串口通讯模块。图3-1为硬件电路设计方框图。图3-2 单片机整体模块设计原理图。
图3-1硬件电路设计方框图
图3-2 单片机整体模块设计原理图
3.1 单片机模块
3.1.1 单片机方案选择
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单片机体积小巧，内部包括中央处理器，数据存储器，程序存储器及输入输出设备。对于需要灵活机动，精度要求不高，有可扩展性及程序可擦写和简单成熟的编程平台等要求，单片机不失为最合适的选择。现有两种单片机AT89S51和AVR可供选择。
方案一：
采用常见的 89S51作为米粉机点餐系统的控制核心。传统的51 单片机具有价格低廉，输入输出接口多，使用简单等特点，容易开发。
方案二：
采用AVR单片机，AVR单片机在一个芯片内将增强性能的RISC 8位CPU与可下载的FLASH相结合使其成为适合于许多要求。具有高度灵活性的嵌入式高效微控制器。
从机械手的功能实现来说，单片机主要能够多路模拟输出精确的PWM功能上，实现上位机串口通讯，S51单片机与AVR单片机相比，AVR单片机拥有内置多路的PWM输出而且AVR单片机具有更好的稳定性和程序处理效率，实现起来也比较方便，因此采用方案二的AVR单片机。
3.1.2单片机主控电路设计
ATmega64是基于增强的AVR RISC机构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令执行时间，ATmega64的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
主控电路的设计是以ATmega64单片机和RS232通信模块为核心，外接矩阵按键模块和电源等硬件电路。ATmega64单片机工作在8MHZ的频率下，采用+5V的直流电源供电。图3-3为单片机最小系统设计图。
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AVCCGNDGNDAREFVCCXGTNADL2XTAL1PB7PG3PRGE4STPB7PG3PG4RST+5VXA2GTNLDXTLA1PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD717181920212223242526272829303132PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PE0PE1PE2PE3PE4PE5PE6PE7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB612345678910111213141516AVCCPF0PF1PF2PF3PF4PF5PF6PF7GNDVCCPA0PA1PA264636261605958575655545352515049PF0PF1PF2PF3PF4PF5PF6PF7GND+5VPA0PA1PA2PG5PE0PE1PE2PE3PE4PE5PE6PE7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6J9ATMEGA64PA3PA4PA5PA6PA7PG2PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PG1PG048474645444342414039383736353433PG2PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PG1PG0
图3-3 ATmega64处理器
在单片机系统模块中，还包括有外部晶振电路、复位电路。
3.1.3AVR晶振电路的设计
与传统的51单片机相比，AVR单片机内置RC振荡电路。出厂时，未进行时钟源设置的AVR，其时钟源使用的是内部RC振荡，一般情况使用的是1M频率。
通过对熔丝位的设置，可以设置MCU的内部RC振荡频率。例如：4M、8M等。 不过，内置RC振荡，在一致性方面存在差异，它因生产的批次有所差异，亦与温度等因素有较大的相关性。所以，在一些对时钟要求较高的场合，如：精确定时，RS232通信等，这些场合，建议使用外部的晶振线路。图3-4为外部晶振电路：
C8XTLA122pFY116MHzC9XTLA222pF
图3-4晶振电路
3.1.4AVR复位电路的设计
AVR单片机内置复位电路，并且在熔丝位里，可以控制复位时间，所以，AVR单
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片机可以不设外部上电复位电路，依然可以正常复位，稳定工作。
若是系统需要设置按键复位电路，那么注意，AVR单片机是低电平复位，图3-5为设计的按键复位电路：
S1C11RST10uFVCCR1510K+5图3-5复位电路
+
3.2 矩阵按键模块
单片机通过动态扫描识别矩阵按键，可大大减少单片机IO口的使用。使用按键时注意由於这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，為了避免让8051误判為多次输入同一按键，我们必须在侦测到有按键被按下，就延迟一小段时间，使键盘跳过抖动状态以达稳定状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定。图3-6为矩阵按键电路图：
S3SW-PBS4J8987654321CON8SW-PBS5SW-PBS6SW-PBSW-PBS9SW-PBS10SW-PBSW-PBS13SW-PBS14SW-PBSW-PBS17SW-PBS18SW-PBS7SW-PBS8S11SW-PBS12S15SW-PBS16
图3-6矩阵按键
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图3-7矩阵键盘
3.3串口通信模块
RS-232C是由美国电子工业协会（EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广泛的标准总线。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。现在，计算机上的串行通信端口（RS-232）是标准配置端口，已经得到广泛应用。图3-7为串口通信模块，
C4D9C7104104J8C610412345678C1+VCCV+GNDC1-T1OUTC2+RIINC2-R1OUTV-T1INT2OUTT2INR2INR2OUTMAX232161514131211109++5C10PD3D10PD2R10+54.7KR114.7KT2R2J1162738495C5104T2R2PD3PD2DB9
图3-8 RS232串口通信
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