マイクロコントローラーがローバーを制御します

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マイクロコントローラーは全地形万能車を制御します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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幅広い機能、プログラミングの比較的容易さ、低コストにより、シングルチップマイクロコントローラはアマチュア無線の創造性にとって魅力的なものとなっています。提案されたデバイスは、若いアマチュア無線家がマイクロコントローラーを学習しやすくし、この学習を視覚的で生き生きとした楽しいものにするために、無線工学サークルの視覚補助として開発されました。

この製品は、1878 つの電気モーターで駆動されるキャタピラ宇宙全地形万能車という大型の電気機械玩具をベースにしています。これは、入手可能な国産マイコン KR1BEXNUMX によって制御されます。このプログラムは、機械を光源まで自動的に誘導し、それに近づく一連の一連のアクションを提供します。すべてのアクションには、読者にはおなじみの Winbond Electronics の専用チップ Chipcorder のメモリに記録された対応する音声メッセージが伴います。

以下に説明するデバイスは次のように動作します。電源がオンになると、制御 LED が 20 回点滅し、マイコンが正常に動作していることを示します。次に、1878 秒以内に、マシンはそのマシンがなぜ、誰によって作成されたか、またシングルチップマイクロコントローラ KR1BE10 によって制御されていることを伝えます。さらに、彼女は自分のタスクについて報告します。光源を見つけてそれに近づき、その後、正面方向の照度レベルを決定し、右に約10°回転し、再度照度を測定します。。右折後に照度が小さくなった場合は、同じ XNUMX 度左折する必要があります。増加した場合は、もう一度右折し、照度を再度測定するなどです。つまり、車は曲がります。照度が上がる方向に止まらなくなるまで（最大照度の方向に少しジャンプしながら）、その後反対方向に回転します。

その結果、最初に見つかった最大照度への方向が決定されます。その後、車はターゲットに近づき始めます - 一定時間ターゲットに向かって移動します。さらに、この一連の動作を指定回数実行します。すべてのアクションは音声メッセージによってコメントされます。プログラムの最後のステップが完了すると、マシンはプログラムが完了したことを報告します。 (機械の 10 度の回転は、対応する電気モーターの動作時間と、著者が使用した電気機械玩具のキャタピラの速度によって決まります)。

装置の制御部分の概略図を図に示します。 1. その基礎は DD1 KR1878BE1 マイクロコントローラー [1-3] です。スイッチング方式は一般的です。クロック周波数は ZG1 水晶振動子によって設定されます。 HL1 LED は、マイクロコントローラーが正常に起動し、プログラムが実行されていることを示します。

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信号源はフォトダイオード VD2 です。オペアンプ DA2.1 の助けを借りて、その光電流が電圧に変換されます。抵抗 R13 とコンデンサ C9 はローパスフィルターを形成します。オペアンプ DA2.2 のフォロワは、ADC DA4 の入力との調整を保証します。例示的な電圧は、一体型ツェナーダイオード DA6 と電流制限抵抗 R34 を使用して生成されます。抵抗 R12 は、照度が最大に近いときに ADC 入力の電圧が例示的な電圧 (2 V に等しい) を超えないように、VD2,5 フォトダイオードの特定のコピー用に選択されます。

このデバイスは、シリアルインターフェイスを備えた 10 ビット ADC TLC1549CP を使用します。これにより、マイクロコントローラーは 2 本の信号線のみを使用して ADC を制御し、ADC からデータを受信することができます。 ADC 動作のタイミング図を図に示します。 21. CS 信号が適用されると、前の変換結果の最上位ビットが DATA 出力に表示されます。次のビットを取得するには、ADC の I/O CLOCK 入力にパルスを印加する必要があります。その立ち下がりにより、次のビットが DATA 出力に現れ、同様に続き、同時に I/O CLOCK 入力の 10 番目のパルスの立ち下がりにより、ADC の IN 入力からの入力アナログ信号のサンプリングが開始されます。入力 I/O クロックの 21 番目のパルスの立ち下がりで、前の変換結果の出力が終了し、新しい変換が始まります。ハイレベルをCS入力に印加する必要があります。 XNUMX µs 以上経過すると、CS 信号が印加され、変換結果を読み出すことができます。一般的なアルゴリズムは次のとおりです。まず、前の変換の不要な XNUMX ビットを ADC から「プッシュ」し、少なくとも XNUMX μs 待ってから、現在の変換の結果を読み取ります。

電気モータＭ１およびＭ２の供給電圧は、トランジスタＶＴ１およびＶＴ２上に作られたキーを介して供給される。マイクロコントローラ PA1 と TIME の出力に高レベルの電圧が現れると、トランジスタ VT2 と VT1 が開き、電気モーターが線路を回転し始めます。この実施形態では、製品は、軌道の１つにブレーキをかけることによって前進し、回転することができる。トラックを逆回転させて反転または回転を確実にする必要がある場合は、2 つのトランジスタと 2 つのライン (この場合は PA1 ポートも使用されます) から 2 つのキーまでの追加のトランスコーダチップが必要です。このようなスイッチは著者によって組み立てられテストされましたが、実際には後進ギアなしで実行できることが判明し、モーター制御装置が大幅に簡素化されました。

デバイスの残りのユニットは製品を鳴らすために設計されており、それらを除外しても制御部分の動作には影響しません。 ISD3 シリーズ [5-1400] のマイクロ回路 DA4 および DA6 は、記録時間が短い (7 秒) ことと、マイクロプロセッサ制御を必要としない単純なインターフェイスという点で、[4004] で説明されている ISD20 シリーズとは異なります。 DA3 および DA5 チップの搭載は、その使用に関するドキュメントに記載されている内容に対応しています。確立すると、最初のメッセージには短い音声メッセージがすべて録音され、XNUMX 番目のメッセージには長い音声メッセージが XNUMX つ録音されます。

シフトレジスタ DD2 は、所望のフレーズの録音を開始する 2 ビットのアドレスを蓄積する役割を果たします。出力 PB5 を介して光源の検索を開始する前に、マイクロコントローラーは再生を開始する信号を DA2 に送信し、単一の長いメッセージを再生します。ターゲットを指して近づくプロセス中に、マイクロコントローラーは DD3 を介して DA1 のアドレス入力に目的のフレーズの先頭のアドレスを出力し、その後、フレーズの再生を開始する信号が RVR 出力を介して送信されます。メッセージは、DA1 チップをベースとしたパワーアンプによって増幅されます。音量はトリミング抵抗RXNUMXで調整します。光源を指して近づくための指定されたステップ数が完了すると、モデルは停止します。

PAO ピンと PB4 ピン (ポイント A と B) は、メイク接点を備えた 5 つのボタンを接続するために予約されています (ボタンの 0 番目のピンはデバイスの共通線に接続されています)。マイクロコントローラーの内部では、+XNUMX V 電源バスに接続された抵抗がこれらのピンにプログラム的に接続されています。ボタン接点が閉じると、対応するピンの電圧は XNUMX に低下します。これらの入力での電圧降下の割り込みモードをプログラムすると、割り込み処理ルーチンを追加すると、障害物に反応するように車を「教える」ことができます。

マイクロコントローラのメモリに入力する必要があるプログラムのコードを表に示します。 1.

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このデバイスは、ワイヤを介して 5 V 電源から電力を供給され、前進するとき (両方のモーターが動作しているとき)、約 0,5 A の電流を消費します (使用するモーターによって異なります)。起動の瞬間には、消費電流がはるかに大きくなることに注意してください。著者はモーターあたり少なくとも 1,2 A 以上を取得しましたが、電源回路に干渉があり、マイクロコントローラーが再起動しました。これは、抵抗器 R2 と R3 をモーターと直列に接続することで解消されました。

デバイスのほとんどの部品は 125x65 mm のブレッドボード上に実装されています (図 3)。

マイクロコントローラーがローバーを制御します

超小型回路DA3およびDA5の場合は28ソケットが取り付けられ、DD1の場合は18ソケットが取り付けられます。すべての抵抗 - MSC 酸化物コンデンサ - K50-35 または同様の外国製、残り - KM。ほぼすべてのフォトダイオード VD2 を使用できます。異なるタイプの 12 つのフォトダイオードをテストしたところ、すべてで良好な結果が得られました。この場合、抵抗器 R47 の抵抗値は 820 キロオームから 385 キロオームに変化しました。白熱灯を光源として使用する場合は、太陽光の影響が少ないIRフォトダイオードを使用することが望ましいです。内蔵ツェナーダイオード LM2,5Z-6 (DA133) の代わりに、抵抗 R34 の抵抗値を 330 オームに下げることで KS863A を使用することもできます。 KT1A トランジスタ (VT2、VTXNUMX) を交換することは望ましくありません (これらは、高いベース電流伝達係数と低いエミッタコレクタ飽和電圧という XNUMX つのパラメータに従って選択されました)。

音声メッセージを録音するときは、DD1 マイコンをパネルから取り外し、DA3 の代わりに DA5 チップを取り付け、必要なフレーズを書き込んだ後、元の場所に戻し、DA5 を独自のチップに戻します。長いメッセージが録音されています。すべての操作が完了すると、マイクロコントローラーも所定の位置に取り付けられます。

DA5の代わりに搭載されたチップへのメッセージは以下のように記録されます。最初の記録の前に、スイッチ SA1 を使用して、入力 AO ～ A7 にアドレス 00h が設定されます (SA1 接点はすべて閉位置にあります)。これは、チップのメモリ内の最初のサウンドフラグメントの先頭のアドレスになります。次に、SB2（「REC」）ボタンを押し続けて、目的のフレーズを録音します。ボタンを放すと録音が停止し、音の断片の終わりにあるマイクロ回路のメモリに断片の終わりのコードが自動的に記録されます。

残念ながら、終端の正確なアドレスを特定することは不可能です。したがって、SA1 の助けを借りて、「不足」のあるフラグメントの終わりにほぼ対応するアドレスが設定されます。これは、フラグメントの記録に必要な時間と、アドレスと記録時間の対応表（短縮形で表します。表 2 を参照）に基づいて行うことができます。

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ISD1420 の場合、アドレスを 01h に変更することは、0,125 秒の期間に相当します。「ターゲットが見つかりました」などの短いメッセージは約 1,5 秒続きます。アドレスを設定後、再生ボタン SB1 (「PLAT」) を短く押すと、入力したアドレスがフラグメントの末尾のアドレスより小さい場合、フラグメントの末尾からの曲が再生され、HL2 LED が点灯します。アドレスが大きい場合は、比較的長い時間沈黙し、その後 HL2 LED が点滅します。これは、再生がチップのメモリの最後に達したことを意味します。このようにして、メッセージの終わりのアドレスが決まります。前のメッセージの終わりに続くアドレスが、次のメッセージの始まりのアドレスになります。メッセージが始まるアドレスはすべて、慎重に記録する必要があります。著者が取得したものの代わりにプログラムに含まれており、著者が発したフレーズの長さに対応しています。

音声メッセージの音量が不十分な場合は、抵抗 R1 の抵抗値を増やすか、差動入力を備えた別のアンプを使用できます。コンデンサ C6 の静電容量は 0,1 uF まで減らすことができ、これによりマイクロコントローラーの起動が高速化されます。モーター制御モジュールでは、抵抗器 R4 と R5 の抵抗を 270 オームに下げる必要がある場合があります。

プロジェクトファイル

文学

KR1878BE1 - 8 ビット RISC マイクロコントローラー。 - OJSC オングストレム。
(KR1878BE1の説明、トランスレータプログラム、プログラマなど)。
BogomolovD.マイクロコントローラーの周波数計。 -ラジオ、2000年、第10号、p。 4-6。
.
- ISD1420 シリーズの超小型回路の説明 (ファイル 1400_1.pdf ～ 1400_3.pdf)。
- ISD1420 シリーズおよび類似の超小型回路の使用に関するさまざまな側面の説明 (ファイル apin10.pdf - 回路例、apin03.pdf - 時間とアドレスの対応表、apin04.pdf - よくある質問、apin05.pdf - についてマイクロ回路の仕組み、apin06 .pdf - チップの使用および LM386 との連携について、apin07.pdf - アドレス指定について)。
Shitikov A. ISD4004-16M - シングルチップ音声録音/再生システム。 - ラジオ。 2002 年、第 2 号、p. 19 - 21; No.3、p. 15、16。

著者：N.Ostroukhov、スルグト、チュメニ地域

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