Устройства управления роботами, схемотехника и программирование (М. Предко, 2004). Устройства управления роботами, схемотехника и программирование. Устройствауправления роботамисхемотехника и микроконтроллеров picmicro
 Скачать 6.79 Mb.
|
|
Логический пробник - инструмент, позволяющий узнать уровень напряжения в заданной точке схемы. Масса (земля, ground) - электрическая линия, относительно которой изме- ряются все напряжения в схеме. Массив - упорядоченный набор однотипных переменных, доступ к которым производится с помощью номера Машинная команда — операция, входящая в систему команд микропроцессо- ра (микроконтроллера). Метка (label) - символьный идентификатор, используемый для адресации участка памяти или машинной команды. Мультиплексор - логическая микросхема, используемая для передачи одного из входных сигналов на единственный выход. См. Демультиплексор. Нечеткая логика (fuzzy logic) - логика, оперирующая «размытыми», нечет- ко определенными понятиями, например высокий, низкий, малый. Объектный файл - результат работы компилятора (в том числе ассемблера); входной файл для компоновщика. Открытый коллектор (сток) - выход, который необходимо соединять с поло- жительной шиной питания при помощи внешнего резистора. Выходы нескольких элементов с открытым коллектором (стоком) могут объединяться. Приложение 1 369 ОСРВ, операционная система реального времени - комплекс программных средств, предназначенных для поддержки выполнения программ в системах, где время реагирования на внешние воздействия строго ограничено. Отладчик (debugger) - инструментальное программное средство, предназна- ченное для поиска ошибок в программах. Отрицательная логика - соглашение, использующее 0 для обозначения высо- кого уровня напряжения (или состояния сигнала) и 1 — для низкого (или неактивного состояния). Пассивные элементы - резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и другие элементы электронных схем, для функционирования которых не требуется внешний источник энергии. Период сигнала - длительность одного полного колебания; величина, обрат- ная частоте сигнала. Измеряется в секундах. - автоматический регулятор, выходной сигнал которого яв- ляется суммой трех составляющих: пропорциональной, интегральной и диффе- ренциальной. Позиционная система счисления - метод представления числовых величин, в котором значение каждой цифры зависит от ее позиции в последовательности цифр, используемых для записи числа. Положительная логика - соглашение, использующее 1 для обозначения высо- кого уровня напряжения (или активного состояния сигнала) и 0 - для низкого (или неактивного состояния). Преобразователь уровней - устройство, используемое для сопряжения логи- ческих сигналов микросхем различных семейств (например, из ТТЛ в ЭСЛ или наоборот). Прерывание - временная приостановка процесса выполнения основной про- граммы и переход на специальную процедуру обработки прерывания. Программирование микроконтроллера - загрузка программы в микрокон- троллер с помощью специального программатора. Программный опрос - периодический опрос состояния внешнего устройства в программном цикле. Программный счетчик (PC, Program Counter) - специальный регистр мик- ропроцессора, в котором хранится адрес выполняемой команды. Редактор — приложение, используемое для ввода и изменения (редактирова- ния) исходного текста программ. Обычно редакторы являются частью интегри- рованной среды разработки программ. Рекурсия - вызов подпрограммы из этой же подпрограммы. Светодиод (LED, Light-Emitted Diode) - диод, который при прохождении тока излучает электромагнитные волны (необязательно видимого диапазона). Сила электрического тока - измеряется числом заряженных частиц, проходя- щих через поперечное сечение проводника в единицу времени. Единица измере- ния силы тока - ампер (см.). Симулятор - программное средство, предназначенное для моделирования выполнения программ без использования настоящего микроконтроллера. 370 Устройства управления роботами СППЗУ, стираемое программируемое постоянное запоминающее устрой- ство (EPROM, Erased Programmable Read Only Memory) - энергонезависимая микросхема памяти, содержимое которой может быть стерто и перезаписано. Стек - см. LIFO. Сторожевой таймер - используется для защиты программного обеспечения от зависания. Если вовремя не выполнится команда сброса сторожевого таймера, это означает, что программа зависла; в результате будет сформирован сигнал сброса микроконтроллера. Тактовый генератор - используется для генерации импульсов, которые управ- ляют работой микропроцессора (микроконтроллера). Триггер логическое устройство, используемое для хранения одного бита информации. Указатель (pointer) - переменная, ссылающаяся на другую переменную. Функция - подпрограмма, возвращающая результат своего выполнения в вы- звавшую ее программу. цифро-аналоговый преобразователь Conver- ter) - устройство, предназначенное для преобразования цифрового кода на входе в аналоговое напряжение на выходе. См. АЦП. Цифровой сигнал - сигнал, который может принимать значения из заданного набора допустимых уровней. Часто имеется всего два разрешенных уровня, услов- но обозначаемые 0 и 1. Частота сигнала — количество полных колебаний в единицу времени. Измеря- ется в герцах: 1 Гц = 1 число - число, представленное в позиционной системе счисления по основанию 16. Для отображения цифр в системе счисления используются десятичные цифры от 0 до 9 и латинские буквы от А до F. ШИМ, модуляция - представление информации в виде импульсов одинаковой амплитуды и периода, но различной длительности. Шина - набор линий для передачи информации. Эмулятор - устройство, имитирующее поведение микроконтроллера в целе- вой схеме. Используется для отладки приложений. Язык ассемблера - низкоуровневый язык программирования, ориентирован- ный на систему команд конкретного процессора. AND (И) - логическая операция, результатом которой является только если все операнды равны ANSI, American National Standard Institute - Американский национальный институт стандартов. ASCII, American Standard Character Interchange Interface - стандартный код для представления символьной информации, в котором каждый символ кодиру- ется одним байтом. ASCIIZ - строка символов в коде ASCII, заканчивающаяся нулевым байтом. Приложение 1 371 BCD, Binary Code Decimal (двоично-десятичный код) - код для представле- ния числовых значений, в котором каждые четыре бита двоичного числа кодиру- ются десятичными цифрами. BOR, Brown-Out Reset - детектор понижения напряжения питания; схема, которая формирует сигнал сброса микроконтроллера, если его питание понижа- ется до определенного значения. ССР, Capture/Compare/Pulse Width Modulation (PWM) - модуль захвата, сравнения и широтно-импульсной модуляции (ШИМ). CMOS, Complementary Metal-Oxide Semiconductor - комплементарная ме- талл-окисел-полупроводниковая структура. DIP, Dual In-line Package — корпус микросхемы с двухрядным расположени- ем выводов. EPROM, Erasable Programmable Read Only Memory - стираемое перепро- граммируемое запоминающее устройство, СППЗУ (см.). FIFO, First In - First Out (первым вошел - первым вышел) - набор данных, организованный в виде очереди, чтение из которого производится в том же по- рядке, что и запись. Flash - тип СППЗУ (см.) с поблочным электрическим стиранием. I2C - протокол последовательного обмена информацией. ISP, Programming - см. Внутрисхемное программирование. LCD - см. ЖКИ. LED - см. Светодиод. Last In - First Out (последним вошел - первым вышел) - набор дан- ных, организованный в виде стека, чтение из которого производится в порядке, обратном тому, в каком производилась запись. MCU - микроконтроллер. NOT (HE, отрицание) - логическая операция (или логический элемент с одним входом), инвертирующая логический сигнал. OR (ИЛИ) - логическая операция, результатом которой является 0, только если все операнды равны 0. ОТР, One-Time Programmable - микросхема, поддерживающая возможность только однократного программирования. POP - извлечение значения с вершины стека. PUSH - запись значения в вершину стека. PWM, Pulse Width Modulation - см. ШИМ. RTOS, Real Time Operating System - см. ОСРВ. WDT, WatchDog Timer - см. Сторожевой таймер. XOR (Исключающее ИЛИ) - двуместная логическая операция (элемент с двумя входами), результатом которой является 0, только если оба операнда рав- ны другу. Zero Insertion Force - разъем с «нулевым» усилием; предохраняет выво- ды микросхемы от повреждений при монтаже/демонтаже. ПРИЛОЖЕНИЕ 2 СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ Физические константы В табл. П2.1 приведены значения часто используемых физических констант. Таблица Физические константы Обозначение с е ж 9 k к V s константы 2,99792458x1 2,7182818285 3,1415926535898 кг кг кг Астрономическая (расстояние от Солнца до Земли) Скорость света в вакууме Основание натуральных логарифмов Число (отношение длины окружности к ее Электрическая постоянная Магнитная постоянная Ускорение свободного падения Постоянная Планка Постоянная Масса покоя электрона Масса покоя нейтрона Масса покоя протона Универсальная газовая постоянная Скорость звука в сухом воздухе на уровне моря при 20 °С Скорость звука в чистой воде при °С Музыкальный звукоряд В табл. П2.2 приведены частоты звуковых колебаний, соответствующих музы- кальным нотам. Заметьте, что частота нот одной октавы отличается от следующей ровно в два раза. Таблица П2.2. Музыкальный звукоряд Нота Соль Соль-диез Обозначение G# Частота, Гц 392 Приложение 2 373 Таблица П2.2. Нота До До-диез Ре Ре-диез Ми Фа Фа-диез Соль Соль-диез Ля Ля-диез Музыкальный звукоряд (окончание) А В С с# D D# Е F F# G G# А А# В Частота, Гц 440 493,9 523,3 554,4 587,3 622,3 659,3 740,0 784,0 830,6 880,0 932,3 987,8 Частоты тонального набора телефонных аппаратов В табл. П2.3 указаны частоты, используемые в тоновых номеронабирателях. Таблица П2.3. Частоты тонального набора телефонных аппаратов Частота, Гц 720? 1336 1477 697 770 852 Формулы электротехники В данной книге используются обозначения: V - напряжение; I - сила тока; R - сопротивление; С - емкость; L - индуктивность. Закон Ома 374 Устройства управления роботами Мощность Последовательное соединение сопротивлений Параллельное соединение сопротивлений Два резистора, включенные параллельно = x R2) / + R2). Последовательное соединение емкостей Параллельное соединение емкостей Мост Уитстона При выполнении условия Ru = Rl x R3 / R2 (условие баланса моста) ток через измерительный прибор не течет. = Рис. П2. Т. Уитстона управления роботами Мощность VI. Последовательное соединение сопротивлений - + R2 + ... Параллельное соединение сопротивлений резистора, включенные параллельно (Rl x R2) / (Rl + R2). Последовательное соединение емкостей Параллельное соединение емкостей 1 + С2 + Мост Уитстона условия : R3 / R2 моста) ток через измерительный прибор не течет. = R1xR3/R2 Рис. Мост Уитстона t - RC. I t - RC. П t - L / R. Разря V(t) k где и число коэффициент а ток вторичной Частота Частота Скорость / Д PV - Приложение 2 375 t = RC. t = RC. t = L / R. Резонанс в Постоянная времени RC-цепочки Постоянная времени Заряд конденсатора через резистор (1 - Разряд конденсатора через резистор V(t) = Трансформатор тока/напряжения k = где и - число витков первичной и вторичной обмоток соответственно; k коэффициент трансформации. Напряжение на вторичной обмотке а ток вторичной обмотки Частота и длина волны колебаний Частота Скорость / Длина волны. Уравнение состояния идеального газа PV = nRT. 376 Устройства управления роботами A AND 1 = А A AND 0 = 0; A AND A AND A = А 0; Булева алгебра A OR 0 = А = 1; NOT (NOT = А A OR NOT (A) = 1; = A Коммуникативный закон В A A OR В В OR A Ассоциативный закон (A AND В) AND С = A AND (В AND С) - A AND В AND С; (A OR В) OR С = A OR (В OR С) - A OR В OR С. Дистрибутивный закон A AND (В OR С) - (A AND В) OR (A AND A OR (В AND С) = (A OR В) AND (A OR С). Теорема Моргана (соотношения взаимности) NOT (A OR В) = NOT (A) AND NOT (В); NOT (A AND В) - NOT (A) OR NOT (В). Замечание. Логическая операция И часто обозначается знаком умножения, а логическое ИЛИ - знаком «плюс». Соотношения единиц измерений физических величин 1 дюйм = 2,54 см 1 миля 1,609 км 1 унция = 29,57 г 1 американский галлон = 3,78 л 1 атм. 29,9213 мм рт. ст. = 14,696 фунта на кв. дюйм = 101,325 кПа Приложение 2 377 000 000 000 ангстрем 1 ч = 3600 с 1 год = 8760 ч 1м Кратные и дольные приставки Тера = 1000 гига = мега Мега = кило кило 1000 1 = 100 санти 1 = 1000 милли Кодовая таблица ASCII В табл. П2.4 приведены ASCII-коды символов. Таблица Кодовая ASCII Биты 6—4 Биты 3-0 0000 ООП 0101 1011 1100 1101 Управляющие символы Печатные символы 000 NUL SOH ENO BEL НТ LF FF CR SO SI DC/ DC2 DC3 DC4 SYN ETB CAN EM SUB ' ESC FS CS RS US 010 Пробел • # $ % & • * + • - / 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ; < - > ? A В С D E F G J К M О 101 P 0 R S Т V X Y z [ \ ] о b с d e f 9 i k о P г S t u V w X У z { ; - DEL ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Сравнительная характеристика микроконтроллеров В табл. П3.1 приведены основные сведения о микроконтроллерах, чаще всего используемых в автоматических устройствах. Таблица ПЗ. Основные параметры микроконтроллеров Микро- контроллер Microchip PIC16C505 PIC16HV540 PICI6F628 PIC16F84(AI PIC16C71x PICJ6F87x Parallax BASIC Stamp 1 BASIC Stamp 2 BASIC Stamp 2e BASIC Stamp 2sx Кол-во выводов 6 12 12 13 16 13 13 33 23-68 8 I/O I/O I/O Объем памяти программ, инструкций 512 1 Кб байт байт 512 Кб 2 Кб 1 Кб 512 Кб 8 Кб 8 Кб 256 байт 2 Кб Размер памяти данных, байт 25-41 72 25 80-96 224 68 36-128 368 232-454 768-3840 14 26 26 + 63 26 + 63 Среда разработки Microchip Microchip Microchip MPLAB Microchip MPLAB Microchip MPLAB Microchip MPLAB Microchip MPLAB Microchip MPLAB Microchip MPLAB Microchip MPLAB Parallax Parallax stampw Parallax stampw Parallax stampw Программатор Последовательный (может быть встроенным) ICSP ICSP ICSP ICSP ICSP ICSP Параллельный ICSP Параллельный порт RS-232 RS-232 RS-232 Комментарии Используется для периферийных контроллеров. Имеет встроенный генератор 4 МГц Для периферийных контроллеров или небольших автоматических устройств. Имеет встроенный генератор 4 МГц Имеет встроенный регулятор напряжения Имеет встроенный компаратор напряжения Имеет встроенный генератор 4 МГц Имеет Flash-память Содержит четыре АЦП Имеет встроенный АЦП, Flash-память, отладчик Может работать с внешней шиной Встроенный АЦП, Flash-память, и внутренний аппаратный отладчик Flash-память программ, PBASIC Flash-память программ, PBASIC Расширенный PBASIC Расширенный микроконтроллер Приложени е 3 Таблица ПЗ. параметры микроконтроллеров Микро- контроллер BASIC Stamp 2p 68НС08 Motorola Handy (на основе OOPIC2 AT90S8515 IAVRI Intel 87C51 и др. 87C52 Atmel AT89Cx051 Kg Systems PC/104 ВЫВОДОВ 16/30 + I/O 20 40 15 32 32 32 32 15 38 памяти программ, инструкций 0-32 Кб 0-32 Кб 95 1 Кб 8 Кб 8 Кб 4 Кб 8 Кб 1-4 Кб Размер памяти данных, байт Кб 64 12 512 256 128 Среда Программатор разработки Parallax RS-232 RS-232 I2C Studio Последовательный или параллельный Studio Параллельный AYR Studio Параллельный В Flash, СППЗУ Комментарии Расширенный Множество дополнительных функций. Необязательная внешняя программная память Много дополнительных функций. Необязательная внешняя программная память Специально для разработки роботов Имеет различные интерфейсы Для подсистем ввода-вывода Имеет компараторы и Flash-память Имеет АЦП и Flash-память Микроконтроллер с СППЗУ, последовательный порт, возможность доступа к внешней 8-разрядной памяти Микроконтроллер с СППЗУ, последовательный порт, возможность доступа к внешней 8-разрядной памяти Микроконтроллер с встроенным компаратором напряжения и USART Аналоговый ввод-вывод, I2C, последовательный интерфейс, Поддержка многозадачности Шина ввода-вывода, совместимая с ПЭВМ 38 0 Устройств а управлени я роботам и |