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機械臂是令人著迷的工程創(chuàng)造之一，看著這些東西傾斜和平移以像人類手臂一樣完成復雜的事情總是令人著迷。這些機械臂常見于裝配線上進行焊接、鉆孔、噴漆等高強度機械工作的行業(yè)中，最近還開發(fā)了高精度的先進機械臂來執(zhí)行復雜的外科手術。因此，在本教程中，讓我們使用 ARM7-LPC2148 微控制器構建一個簡單的機械臂，通過手動控制幾個電位器來拾取和放置物體。
所需組件
3D 打印機機械臂
ARM7-LPC2148
SG-90 伺服電機 （4）
10k 電位器 （4）
按鈕 （4）
發(fā)光二極管 （4）
5V （1A） 直流電源適配器
電阻器（10k （4）、2.2k（4））
面包板
連接電線
準備好 3D 打印機械臂
本教程中使用的 3D 打印機械臂是按照Thingiverse中提供的EEZYbotARM給出的設計制作的。制作 3D 打印機械臂的完整程序和帶有視頻的組裝細節(jié)都在上面分享的 thingiverse 鏈接中。
這是我的 3D 打印機械臂與 4 個伺服電機組裝后的圖像。
電路原理圖
下圖顯示了基于 ARM 的機械臂的電路連接。
該項目的電路連接很簡單。確保使用單獨的 5V DC 電源適配器為伺服電機供電。對于電位器和按鈕，我們可以使用LPC2148 微控制器提供的 3.3V 電壓。
這里我們使用 LPC2148 的 4 個 ADC 引腳和 4 個電位器。LPC2148 的 4 個 PWM 引腳與伺服電機的 PWM 引腳相連。我們還連接了 4 個按鈕來選擇要操作的電機。因此，按下按鈕后，電位器會變化以改變伺服電機的位置。
與LPC2148的GPIO連接的按鈕一端通過10k的電阻下拉，另一端連接3.3V。還連接了 4 個 LED 以指示選擇哪個伺服電機來改變位置。
為機械臂編程 LPC2148 所涉及的步驟
在為這個機械臂編程之前，我們需要了解如何在 LPC2148 中生成 PWM 以及在 ARM7-LPC2148 中使用 ADC。為此，請參閱我們之前關于將伺服電機與 LPC2148連接以及如何在 LPC2148 中使用 ADC 的項目。
使用 LPC2148 進行 ADC 轉換
因為我們需要提供 ADC 值來設置占空比值，以生成用于控制伺服電機位置的 PWM 輸出。我們需要找到電位器的 ADC 值。由于我們有四個電位器來控制四個伺服電機，因此我們需要 LPC2148 的 4 個ADC 通道。在本教程中，我們使用 LPC2148 中分別存在的 4、1、2、3 ADC 通道的 ADC 引腳（P0.25、P0.28、P0.29、P0.30）。
使用 LPC2148 為伺服電機生成 PWM 信號
因為我們需要生成 PWM 信號來控制伺服電機的位置。我們需要設置 PWM 的占空比。我們有四個伺服電機連接到機械臂，所以我們需要 LPC2148 的 4 個 PWM 通道。在本教程中，我們使用LPC2148 中分別存在的 3、2、4、5 PWM 通道的 PWM 引腳（P0.1、P0.7、P0.8、P0.21）。
將十六進制文件編程和閃存到 LPC2148
要對 ARM7-LPC2148 進行編程，我們需要keil uVision 并將HEX 代碼閃存到 LPC2148 需要 Flash Magic 工具。此處使用 USB 電纜通過微型 USB 端口對ARM7 Stick進行編程。我們使用 Keil 編寫代碼并創(chuàng)建一個 hex 文件，然后使用Flash Magic將 HEX 文件閃存到 ARM7 棒。要了解有關安裝 keil uVision 和 Flash Magic 以及如何使用它們的更多信息，請點擊鏈接 Getting Started With ARM7 LPC2148 Microcontroller and Program it using Keil uVision。
編碼說明
?該機械臂項目的完整程序在教程的最后給出。現(xiàn)在讓我們詳細看看編程。
配置 LPC2148 的 PORT 以使用 GPIO、PWM 和 ADC：
使用 PINSEL1 寄存器為引腳 P0.25、P0.28、P0.29、P0.30 啟用 ADC 通道 - ADC0.4、ADC0.1、ADC0.2、ADC0.3。此外，對于引腳 P0.21 (1<<10) 的 PWM5。
?
#define AD04 (1<<18) //為 P0.25 選擇 AD0.4 函數(shù) #define AD01 (1<<24) //為 P0.28 選擇 AD0.1 函數(shù) #define AD02 (1<<26) / /為 P0.29 選擇 AD0.2 函數(shù) #define AD03 (1<<28) //為 P0.30 選擇 AD0.3 函數(shù) PINSEL1 |= AD04 | AD01 | AD02 | AD03 | (1<<10);
?
使用 PINSEL0 寄存器來使能 LPC2148 的引腳 P0.1、P0.7、P0.8 的 PWM 通道 PWM3、PWM2、PWM4。
?
PINSEL0 = 0x000A800A；
?
使用 PINSEL2 寄存器啟用 PORT1 中所有用于連接 LED 和按鈕的引腳的 GPIO 引腳功能。
?
PINSEL2 = 0x00000000；
?
為了使 LED 引腳作為輸出和按鈕引腳作為輸入，使用 IODIR1 寄存器。（輸入為 0，輸出為 1）
?
IODIR1 = ((0<<17)|(0<<18)|(0<<19)|(0<<20)|(1<<28)|(1<<29)|(1<<30 )|(1<<31));
?
雖然引腳號定義為
?
#define SwitchPinNumber1 17 //（與P1.17相連） #define SwitchPinNumber2 18 //（與P1.18相連） #define SwitchPinNumber3 19 //（與P1.19相連） #define SwitchPinNumber4 20 //（與P1相連。 20) #define LedPinNumber1 28 //（與P1.28相連） #define LedPinNumber2 29 //（與P1.29相連） #define LedPinNumber3 30 //（與P1.30相連） #define LedPinNumber4 31 //（與P1相連。 31)
?
配置 ADC 轉換設置
接下來使用 AD0CR_setup 寄存器設置 ADC 轉換模式和 ADC 時鐘。
?
無符號長 AD0CR_setup = (CLKDIV<<8) | BURST_MODE_OFF | 充電; //設置ADC模式
?
而 CLCKDIV、Burst Mode 和 PowerUP 被定義為
?
#define CLKDIV (15-1) #define BURST_MODE_OFF (0<<16) // 1 表示開啟，0 表示關閉 #define PowerUP (1<<21)
?
設置 ADC 轉換的時鐘 (CLKDIV)
這用于為 ADC 生成時鐘。4Mhz ADC 時鐘 (ADC_CLOCK=PCLK/CLKDIV) 實際使用“CLKDIV-1”，在我們的例子中 PCLK=60mhz?
Burst Mode (Bit-16)：該位用于 BURST 轉換。如果該位置位，ADC 模塊將對在 SEL 位中選擇 (SET) 的所有通道進行轉換。將此位設置為 0 將禁用 BURST 轉換。
斷電模式（Bit-21）：用于打開或關閉 ADC。該位設置 (1) 使 ADC 退出掉電模式并使其運行。清零該位將關閉 ADC。
配置 PWM 轉換設置
首先使用 PWMTCR 寄存器復位和禁用 PWM 計數(shù)器，并使用預分頻器值設置 PWM 定時器預分頻寄存器。
?
PWMTCR = 0x02； PWMPR = 0x1D；
?
接下來設置一個循環(huán)中的最大計數(shù)數(shù)。這是在匹配寄存器 0 (?PWMMR0?) 中完成的。因為我們有 20000，因為它是 20 毫秒的 PWM 波
?
PWMMR0 = 20000；
?
在匹配寄存器中設置占空比值之后，我們使用 PWMMR4、PWMMR2、PWMMR3、PWMMR5。這里我們將初始值設置為 0 毫秒 (Toff)
?
PWMMR4 = 0； PWMMR2 = 0； PWMMR3 = 0； PWMMR5 = 0；
?
之后，設置 PWM 匹配控制寄存器以在匹配寄存器發(fā)生時導致計數(shù)器復位。
?
PWMMCR = 0x00000002；// 在 MR0 匹配時重置
?
之后，PWM 鎖存器使能寄存器使能使用匹配值（PWMLER）
?
PWMLER = 0x7C；// PWM2、PWM4、PWM4 和 PWM5 的鎖存使能
?
使用 PWM 定時器控制寄存器 ( PWMTCR?)中的一個位來復位定時器計數(shù)器，并啟用 PWM。
?
PWMTCR = 0x09；// 啟用 PWM 和計數(shù)器
?
接下來啟用 PWM 輸出并在 PWM 控制寄存器 (?PWMPCR?) 中將 PWM 設置為單邊沿控制模式。
?
PWMPCR = 0x7C00；// 使能 PWM2、PWM4、PWM4 和 PWM5，單邊沿控制 PWM
?
使用按鈕選擇要旋轉的伺服電機???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
我們有四個按鈕，用于旋轉四個不同的伺服電機。通過選擇一個按鈕并改變相應的電位器，ADC值設置占空比，相應的伺服電機改變其位置。獲取按鈕開關的狀態(tài)??????????? ??????????????
?
switchStatus1 = (IOPIN1>>SwitchPinNumber1) & 0x01 ;
?
因此，根據(jù)哪個開關值是高電平，會發(fā)生 ADC 轉換，然后在成功轉換 ADC（0 到 1023）值后，將其映射為（0 到 2045），然后將占空比值寫入(PWMMRx) PWM 引腳連接到伺服電機。而且，LED 會變高以指示按下了哪個開關。以下是第一個按鈕的示例
?
if(switchStatus1 == 1)
{
IOPIN1 = (1<>6) & 0x3ff; //獲取ADC值
result1 = map(convert1,0,1023,0,2450); //將 ADC 值轉換為 PWM 的
占空比 PWMMR5 = result1; //設置占空比值為 PWM5
PWMLER = 0x20; //啟用 PWM5
delay_ms(2);
}
}
其他
{
IOPIN1 = (0<
?
取放機械臂的工作
將代碼上傳到 LPC2148 后，按下任意開關并改變相應的電位器來改變機械臂的位置。
每個開關和電位器控制每個伺服電機的運動，即底座向左或向右運動，向上或向下運動，向前或向后運動，然后夾具保持和釋放運動。
//使用LPC2148的機器人ARM
#include ??
#include
#define SwitchPinNumber1 17?
#define SwitchPinNumber2 18
#define SwitchPinNumber3 19
#define SwitchPinNumber4 20
#define LedPinNumber1 28
#define LedPinNumber2 29
#define LedPinNumber3 30
#define LedPinNumber4 31
#define AD04 (1<<18) //為 P0.25 選擇 AD0.4 功能
#define AD01 (1<<24) //為 P0.28 選擇 AD0.1 功能
#define AD02 (1<<26) //為 P0.29 選擇 AD0.2 功能
#define AD03 (1<<28) //為 P0.30 選擇 AD0.3 功能
#define SEL_AD04 (1<<4) //選擇ADC通道4
#define SEL_AD01 (1<<1) //選擇ADC通道1
#define SEL_AD02 (1<<2) //選擇ADC通道2
#define SEL_AD03 (1<<3) //選擇ADC通道3
#define CLKDIV (15-1) // 4Mhz ADC 時鐘 (ADC_CLOCK=PCLK/CLKDIV) 實際使用“CLKDIV-1”，在我們的例子中 PCLK=60mhz?
#define BURST_MODE_OFF (0<<16) // 1 表示開啟，0 表示關閉
#define 上電 (1<<21)
#define START_NOW ((0<<26)|(0<<25)|(1<<24)) //001 立即開始轉換
#define ADC_DONE (1UL<<31)
#define VREF 3.3 //VREF 引腳的參考電壓
易失性int結果1 = 0；
易失性int結果2 = 0；
易失性int結果3 = 0；
易失性int結果4 = 0；
易失性 int 轉換 1=0；
易失性int轉換2 = 0；
易失性 int 轉換 3=0；
易失性 int convert4=0;
volatile unsigned int switchStatus1;
volatile unsigned int switchStatus2;
volatile unsigned int switchStatus3;
volatile unsigned int switchStatus4;
long map(long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max) // 映射函數(shù)來轉換范圍
{
? 返回 (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}
void delay_ms(uint16_t j) /* 循環(huán)產(chǎn)生 1 毫秒延遲，Cclk = 60MHz */
{
? ? uint16_t x,i;
? ? ? ? ? ? ? ? for(i=0;i
? ? ? ? ? ? ? ? {
? ? 對于（x=0；x<6000；x++）；? ?
? ? ? ? ? ? ? ? }
}
主函數(shù)（）
{
? ? PINSEL0 = 0x000A800A；// 將 P0.1,P0.7,P0.8 配置為 PWM3,PWM2,PWM4 引腳
? ? PINSEL2 = 0x00000000；//將PORT1引腳配置為GPIO；
? ?PINSEL1 |= AD04 | AD01 | AD02 | AD03 | (1<<10); // 配置 P0.25,P0.28,P0.29,P0.30 為 ADC0.4, ADC0.1, ADC0.2, ADC0.3 引腳 & P0.21 為 PWM5
? ?IODIR1 = ((0<<17)|(0<<18)|(0<<19)|(0<<20)|(1<<28)|(1<<29)|(1<<30 )|(1<<31)); //配置LED管腳為輸出，開關管腳為輸入
? ? 無符號長 AD0CR_setup = (CLKDIV<<8) | BURST_MODE_OFF | 充電; //設置ADC模式
? ? ?PWMTCR = 0x02；// 重置和禁用 PWM 計數(shù)器
? ? ?PWMPR = 0x1D；// 預分頻寄存器值
? ? ?PWMMR0 = 20000；// PWM波的時間周期，20msec
? ? ?PWMMR4 = 0；// PWM 波的初始值 0 ms
? ? ?PWMMR2 = 0；
? ? ?PWMMR3 = 0；
? ? ?PWMMR5 = 0；
? ? ?PWMMCR = 0x00000002；// 在 MR0 匹配時重置
? ? ?PWMLER = 0x7C；// PWM2、PWM4、PWM4 和 PWM5 的鎖存使能
? ? ?PWMPCR = 0x7C00；// 使能 PWM2、PWM4、PWM4 和 PWM5，單邊沿控制 PWM
? ? ?PWMTCR = 0x09；// 啟用 PWM 和計數(shù)器? ? ? ? ? ? ??
而（1）
? ? {
? ? ? ?switchStatus1 = (IOPIN1>>SwitchPinNumber1) & 0x01 ; // 讀取開關狀態(tài)
? ? ? ?switchStatus2 = (IOPIN1>>SwitchPinNumber2) & 0x01; // 讀取開關狀態(tài)
? ? ? ?switchStatus3 = (IOPIN1>>SwitchPinNumber3) & 0x01 ; // 讀取開關狀態(tài)
? ? ? ?switchStatus4 = (IOPIN1>>SwitchPinNumber4) & 0x01; // 讀取開關狀態(tài)
if(switchStatus1 == 1) //根據(jù)開關狀態(tài)打開/關閉 LED 并開始 ADC 轉換
? ? ? ? {?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?IOPIN1 = (1<
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR = AD0CR_setup | SEL_AD01; //為通道1設置ADC
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR |= START_NOW; //在ADC1開始新的轉換
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?while( (AD0DR1 & ADC_DONE) == 0 ) //檢查 ADC 轉換
? ? ? ? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?轉換1 = (AD0DR1>>6) & 0x3ff; //獲取ADC值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 結果 1 = 地圖（轉換 1,0,1023,0,2450）；//根據(jù)占空比為 PWM 轉換 ADC 值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PWMMR5 = 結果1；//將占空比值設置為PWM5
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PWMLER = 0x20；//啟用PWM5
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?延遲毫秒（2）；
? ? ? ? ? ? ? ? ?}
? ? ? ? }
? ? ? 別的
? ? ? ? ?{
? ? ? ? ?IOPIN1 = (0<
? ? ? ? ?}? ? ?
if(switchStatus2 == 1) //根據(jù)開關狀態(tài)打開/關閉 LED 并開始 ADC 轉換
? ? ? ?{?
? ? ? ? ? ? ? ? ?IOPIN1 = (1<
? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR = AD0CR_setup | SEL_AD02; //設置通道2的ADC
? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR |= START_NOW; //在ADC2開始新的轉換
while( (AD0DR2 & ADC_DONE) == 0 ) //檢查 ADC 轉換
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?轉換2 = (AD0DR2>>6) & 0x3ff; //獲取ADC值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 結果 2 = 地圖（轉換 2,0,1023,0,2450）；//根據(jù)占空比為 PWM 轉換 ADC 值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PWMMR4 = 結果2；//將占空比值設置為PWM4
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PWMLER = 0x10；//啟用PWM4
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 延遲毫秒（2）；
? ? ? ? ?}
? ?} 別的
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? IOPIN1 = (0<
? ? ? ? ? ? }? ? ?
if(switchStatus3 == 1) //根據(jù)開關狀態(tài)打開/關閉 LED 并開始 ADC 轉換
? ? ? ? {?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?IOPIN1 = (1<
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR |= START_NOW; //在ADC3開始新的轉換
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?while( (AD0DR3 & ADC_DONE) == 0 ) //檢查 ADC 轉換
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?轉換3 = (AD0DR3>>6) & 0x3ff; //獲取ADC值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?結果 3 = 地圖（轉換 3,0,1023,0,2450）；//根據(jù)占空比為 PWM 轉換 ADC 值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?PWMMR3 = 結果3；//將占空比值設置為PWM3
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?PWMLER = 0x08；//啟用PWM3
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 延遲毫秒（2）；
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ?} 別的
? ? ? ?{
? ? ? ? ?IOPIN1 = (0<
? ? ? ?}? ? ?
?if(switchStatus4 == 1) //根據(jù)開關狀態(tài)打開/關閉 LED 并開始 ADC 轉換
? ? ? ?{?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?IOPIN1 = (1<
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR = AD0CR_setup | SEL_AD04; //設置通道4的ADC
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?AD0CR |= START_NOW; //在ADC4開始新的轉換
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? while( (AD0DR4 & ADC_DONE) == 0 ) //檢查 ADC 轉換
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 轉換4 = (AD0DR4>>6) & 0x3ff; //獲取ADC值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 結果4 =地圖（轉換4,0,1023,0,2450）；//根據(jù)占空比為 PWM 轉換 ADC 值
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?PWMMR2 = 結果4；//將占空比值設置為 PWM PWMLER = 0x04; //啟用PWM2
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?延遲毫秒（2）；
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? } 別的
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? IOPIN1 = (0<
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }? ? ?
? ? ? ? ?}
? ? ? }
工商網(wǎng)監(jiān)
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