 |
Блок приёма данных из ИРПР
|
|
|
|
Задание
Разработать контроллер управления робототехнической системой (разрабатывается только цифровая часть системы). Робот должен отрабатывать команды: "Поднять кисть", "Опустить кисть", "Сжать кисть", "Разжать кисть", а также команды перемещения кисти в плоскости. Коды команд управления роботом поступают в систему управления с внешнего носителя информации через ИРПР.
Элементная база - ТТЛ-совместимые микросхемы.
Анализ задания и постановка задачи
Устройство должно принимать коды команд, а также относительные координаты перемещения кисти в случае получения кода перемещения кисти. Полный список команд, выполняемых роботом:
) Поднять кисть.
) Опустить кисть.
) Сжать кисть.
) Разжать кисть.
) Двигаться влево.
) Двигаться вправо.
) Двигаться вверх.
) Двигаться вниз.
Будем считать, что по краям области, в которой может двигаться робот стоят датчики, которые срабатывают при достижении роботом соответствующей границы.
Предусмотрим также на устройстве переключатель сброса, который принудительно завершает выполнение текущей команды и запускает процедуру установления робота в начальное положение.
Таким образом, задача проектируемого устройства - преобразование входных данных в унитарный код, подаваемый на соответствующий выходной разъём. Причём в случае команды перемещения кисти унитарный код требуется подать на разъём число раз, указанное во втором входном байте.
Описание алгоритма работы устройства
На каждом цикле своей работы устройство получает байт с кодом команды и числом шагов в случае команды движения.
Каждый цикл начинается с отправки устройством в ИРПР сигнала ЗП. После чего устройство ожидает сигнал СТР, по которому считывает байт данных. Из полученного байта данных устройство получает код команды; если код команды соответствует:
|
|
|
) Командам движения. То в специальный счётчик записывается часть входного байта, отвечающая за число шагов, и на выходной разъём будет подано соответствующее число импульсов унитарного кода. Если во время движения сработает один из датчиков по краям поля, то выполнение команды прекращается.
) Командам управления кистью, то отправляется соответствующий унитарный код, причём всегда только один раз.
Если был получен внешний сигнал сброса, то на выходной разъём подаются сигналы «влево» и «вверх» до тех пор, пока не сработают соответствующие датчики по краям поля.
После выполнения команды устройство снова отправляет сигнал ЗП и т.д.
Формат входного байта:
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| Положительное целое число от 0 до 31 | Код команды | ||||||
Структурная организация устройства
В соответствии с алгоритмом необходимы следующие блоки:
) Блок принятия байта данных из ИРПР, который сохраняет его в специальном регистре.
) Схема вывода, которая отправляет унитарный код на выходной разъём требуемое число раз с некоторой задержкой.
) Преобразователь входного байта в унитарный код и количество повторений.
) Система безопасности, которая прекращает выполнение команды в случае сработки датчиков и не позволяет в дальнейшем выполнять команды движения в соответствующую сторону.
) Управляющий автомат.
) Генератор импульсов.
Рис. 1. Структурная схема устройства.
Входные сигналы:
1) RESET - внешний сигнал сброса устройства в начальное положение.
2) S0/S3 - датчики по краям области движения робота. Устанавливаются в единицу, если робот достиг соответствующего края.
) СТР - синхросигнал ИРПР.
|
|
|
4) D0/D7 - линия данных ИРПР.
Выходные сигналы:
) ЗП - сигнал готовности приёмника ИРПР.
2) DO0/DO7 - унитарный код управления приводами робота.
Внутренние сигналы устройства:
) SRC - определяет откуда Система безопасности должна брать код для вывода на разъём.
2) ERROR -Система безопасности выдаёт на Управляющий автомат этот сигнал ошибки в случае совпадения направления движения робота и соответствующего сигнала от датчика достижения границы поля.
3) ZERO - сигнал от Схемы вывода, осведомляющий Управляющий автомат об окончании вывода.
4) COUNT - импульс уменьшения значения счётчика в Схеме вывода.
5) SET - сигнал установки начального значения счётчика.
Синтез принципиальной электрической схемы
За основу возьмем серию 1533.
Управляющий автомат
Представляет собой обыкновенный конечный автомат с четырьмя состояниями. Список состояний:
a0 - ожидание прихода сигнала стробирования со стороны ИРПР.
a1 - вывод сигналов управления роботом.
a2 - сброс схемы в начальное состояние (движение влево).
a3 - сброс схемы в начальное состояние (движение вверх).
Проектирование будем осуществлять интерпретационным методом синтеза. Этот метод синтеза управляющего автомата осуществляется на базе обратной структурной таблицы переходов.
Обратная структурная таблица переходов:
| ai | K(ai) | aj | K(aj) | X(ai, aj) | φ(ai, aj) |
| a1 a1 a3 | 01 01 11 | a0 | 00 | ERROR ZERO ERROR | J0 J0 K0K1 |
| a0 | 00 | a1 | 01 | СТБ | J0 |
| a2 | 10 | a3 | 11 | ERROR | J0 |
Формирование функций возбуждения для элементов памяти
Также введём возможность сброса системы по сигналу RESET. С учётом того, что выбраны JK-триггеры с инверсным входом K, то функции возбуждения будут выглядеть:
α = a3 ERROR= RESET= RESET α= RESET(a1ERROR v a1ZERO v a0СТБ v a2ERROR)0 = RESET α
Синхронизация элементов памяти осуществляется по срезу сигнала синхронизации - это необходимо для того, чтобы за время нулевого уровня сигнала синхронизации успели переключиться все части схемы, и, таким образом, схема была полностью готова к началу следующего такта.
Блок приёма данных из ИРПР
Представляет собой 8-разрядный регистр, который считывает данные из ИРПР по фронту сигнала СТБ (в ИРПР данные считаются действительным от фронта до среза сигнала СТБ).
Преобразователь кода
|
|
|
Дешифратор, преобразующий входной трёхразрядный код в унитарный восьмиразрядный, и мультиплексор, задающий число повторений команды. Модуль выполняет полезную работу между тактовыми импульсами. На выходе получаются сигналы C0/C7 и L0/L4.
Схема вывода
Состоит из счётчика и формирователя сигнала ZERO. По сигналу SET (срез такта в окончании состоянии a0) устанавливает своё начальное значение, полученное в преобразователе кода. Осуществляет счёт по сигналу COUNT (фронт такта в состоянии a1).
Система безопасности
Блок, который решает выводить сигналы на внешний разъём или нет. Также в этом устройстве осуществляется выбор исходного кода для вывода (в случае сброса устройства выбирается соответствующий код). Внутри устройства формируется сигнал OE (Output Enable) на основе кода состояния, сигнала ERROR и тактового сигнала CLC.
Генератор импульсов
Создаёт тактовые сигналы, управляющие работой устройства. Скважность - 2. Самая длительная операция (операция преобразования кода) составляет 66 нс, возьмём время такта с запасом - 100 нс. Тогда при учёте, что R1 = 1 кОм, а t = 2RC:
C1 = t / 2R = 100 нс / 2 кОм = 50 пФ
Рис. 2. Генератор импульсов.
Временные диаграммы
Рис. 3. Временная диаграмма интерфейса ИРПР.
контроллер управление робототехнический команда
Рис. 4. Временная диаграмма работы устройства.
|
|
|
