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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Der Mikrocontroller steuert das Geländefahrzeug. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller Umfangreiche Funktionalität, relativ einfache Programmierung und niedrige Kosten haben Single-Chip-Mikrocontroller für die Kreativität von Amateurfunkern attraktiv gemacht. Das vorgeschlagene Gerät wurde als visuelles Hilfsmittel für einen Funktechnikkreis entwickelt, um jungen Funkamateuren das Studium von Mikrocontrollern zu erleichtern und dieses Studium anschaulich, lebendig und unterhaltsam zu gestalten. Das Produkt basiert auf einem großen elektromechanischen Spielzeug – einem Raupen-Geländewagen, der von zwei Elektromotoren angetrieben wird. Die Steuerung erfolgt über den im Haushalt erhältlichen Mikrocontroller KR1878BE1. Das Programm sieht eine Reihe aufeinanderfolgender Aktionen vor, die eine automatische Führung der Maschine zur Lichtquelle und Annäherung an diese ermöglichen. Alle Aktionen werden von entsprechenden Sprachnachrichten begleitet, die im Speicher der den Lesern bereits bekannten Spezialchips Chipcorder von Winbond Electronics aufgezeichnet werden. Das nachfolgend beschriebene Gerät funktioniert wie folgt. Nach dem Einschalten blinkt die Kontroll-LED zweimal und signalisiert damit den normalen Betrieb des Mikrocontrollers. Dann teilt die Maschine innerhalb von 20 Sekunden mit, warum und von wem sie erstellt wurde und dass sie von einem Single-Chip-Mikrocontroller KR1878BE1 gesteuert wird. Außerdem berichtet sie über ihre Aufgabe – eine Lichtquelle zu finden und sich ihr zu nähern, danach bestimmt sie die Beleuchtungsstärke in der Richtung vor sich, dreht sich um etwa 10° nach rechts und misst die Beleuchtung erneut . Wenn es nach dem Rechtsabbiegen kleiner geworden ist, sollte es um die gleichen 10° nach links abbiegen, wenn es zugenommen hat, wird noch einmal nach rechts abgebogen, die Beleuchtung wird erneut gemessen usw. Mit anderen Worten, das Auto dreht in Richtung zunehmender Beleuchtung bis zum Anschlag (bei leichtem Richtungssprung zur maximalen Beleuchtung), dann eine Drehung in die entgegengesetzte Richtung ausführen. Dadurch wird die Richtung zur ersten gefundenen maximalen Beleuchtung bestimmt. Danach nähert sich das Auto dem Ziel – es bewegt sich für eine bestimmte Zeit darauf zu. Darüber hinaus wird diese Aktionsfolge eine bestimmte Anzahl von Malen ausgeführt. Alle Aktionen werden durch Sprachnachrichten kommentiert. Nachdem der letzte Schritt des Programms abgeschlossen ist, meldet die Maschine, dass das Programm abgeschlossen ist. (Die Drehung der Maschine um 10° wird durch die Betriebszeit des entsprechenden Elektromotors und die Geschwindigkeit der Raupe des vom Autor verwendeten elektromechanischen Spielzeugs bestimmt.) Das schematische Diagramm des Steuerteils des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Seine Basis ist der Mikrocontroller DD1 KR1878BE1 [1-3]. Das Schaltschema ist typisch. Die Taktfrequenz wird vom Quarzresonator ZG1 eingestellt. Die HL1-LED dient zur Anzeige, dass der Mikrocontroller normal hochgefahren ist und das Programm läuft.
Die Signalquelle ist die Fotodiode VD2. Mit Hilfe des Operationsverstärkers DA2.1 wird sein Fotostrom in Spannung umgewandelt. Widerstand R13 und Kondensator C9 bilden einen Tiefpassfilter. Der Follower am Operationsverstärker DA2.2 sorgt für seine Koordination mit dem Eingang des ADC DA4. Die beispielhafte Spannung wird mithilfe einer integrierten Zenerdiode DA6 und eines Strombegrenzungswiderstands R34 erzeugt. Der Widerstand R12 wird für eine bestimmte Kopie der VD2-Fotodiode ausgewählt, damit bei nahezu maximaler Beleuchtung die Spannung am ADC-Eingang den beispielhaften Wert von 2,5 V nicht überschreitet. Das Gerät verwendet einen 10-Bit-ADC TLC1549CP mit einer seriellen Schnittstelle. Dadurch kann der Mikrocontroller den ADC über nur drei Signalleitungen steuern und Daten vom ADC empfangen. Das Zeitdiagramm des ADC-Betriebs ist in Abb. dargestellt. 2. Nach Anlegen des CS-Signals erscheint am DATA-Ausgang das höchstwertige Bit des Ergebnisses der vorherigen Konvertierung. Um das nächste Bit zu erhalten, müssen Sie einen Impuls an den I/O CLOCK-Eingang des ADC anlegen. Durch seinen Rückgang erscheint das nächste Bit am DATA-Ausgang usw. Gleichzeitig beginnt mit dem Rückgang des dritten Impulses am I/O-CLOCK-Eingang die Abtastung des analogen Eingangssignals vom IN-Eingang des ADC. Mit dem Abfall des zehnten Impulses am Eingang I/O CLOCK endet die Ausgabe des Ergebnisses der vorherigen Konvertierung und eine neue Konvertierung beginnt. Am CS-Eingang muss ein High-Pegel anliegen. Nach 21 µs oder mehr kann das CS-Signal angelegt und das Konvertierungsergebnis ausgelesen werden. Der allgemeine Algorithmus lautet wie folgt: Zuerst „schieben“ Sie unnötige 10 Bits der vorherigen Konvertierung vom ADC, warten Sie dann mindestens 21 μs und lesen Sie dann das Ergebnis der aktuellen Konvertierung. Die Versorgungsspannung der Elektromotoren M1 und M2 wird über Tasten an den Transistoren VT1 und VT2 geliefert. Wenn an den Ausgängen des Mikrocontrollers PA2 und TIME eine hohe Spannung auftritt, öffnen sich die Transistoren VT1 und VT2 und die Elektromotoren beginnen, die Gleise zu drehen. In dieser Ausführungsform kann sich das Produkt vorwärts bewegen und drehen, indem eine der Schienen gebremst wird. Wenn es notwendig ist, eine Umkehrung oder Gegendrehung der Spuren sicherzustellen, sollten acht Transistoren und ein zusätzlicher Transcoder-Chip von drei Leitungen (in diesem Fall wird auch der PA4-Port verwendet) auf acht Tasten vorhanden sein. Ein solcher Schalter wurde vom Autor zusammengebaut und getestet, aber in der Praxis stellte sich heraus, dass man auf den Rückwärtsgang verzichten kann und die Motorsteuerung stark vereinfacht wird. Die übrigen Einheiten des Geräts sind für die Beschallung des Produkts ausgelegt und ihr Ausschluss hat keinen Einfluss auf die Funktion des Steuerteils. Die Mikroschaltungen DA3 und DA5 der ISD1400-Serie [4-6] unterscheiden sich von der in [7] beschriebenen ISD4004-Serie durch eine kürzere Aufnahmezeit (20 s) und eine einfachere Schnittstelle, die keine Mikroprozessorsteuerung erfordert. Die Einbindung der DA3- und DA5-Chips entspricht der Beschreibung in der Dokumentation zu deren Verwendung. Beim Aufbau werden im ersten alle kurzen Sprachnachrichten und im zweiten eine lange Sprachnachricht aufgezeichnet. Das Schieberegister DD2 dient dazu, darin eine Acht-Bit-Adresse zu akkumulieren, ab der die Aufzeichnung der gewünschten Phrase beginnt. Bevor die Suche nach einer Lichtquelle über den Ausgang PB2 gestartet wird, sendet der Mikrocontroller ein Signal an den DA5, um die Wiedergabe zu starten, und dieser spielt eine einzelne lange Nachricht ab. Während des Ziels und der Annäherung an das Ziel gibt der Mikrocontroller über DD2 die Adresse des Anfangs der gewünschten Phrase über DD3 an die Adresseingänge von DA1 aus, woraufhin das Signal zum Starten der Wiedergabe der Phrase über den RVR-Ausgang gesendet wird. Nachrichten werden durch einen Leistungsverstärker verstärkt, der auf dem DA1-Chip basiert. Die Lautstärke wird über den Trimmwiderstand RXNUMX eingestellt. Nach Abschluss der angegebenen Anzahl von Schritten zum Ausrichten und Annähern an die Lichtquelle stoppt das Modell. Die Pins PAO und PB4 (Punkte A und B) sind für den Anschluss zweier Taster mit Schließerkontakten reserviert (die zweiten Pins der Taster sind mit dem gemeinsamen Kabel des Geräts verbunden). Innerhalb des Mikrocontrollers werden Widerstände, die an den +5-V-Strombus angeschlossen sind, programmgesteuert mit diesen Pins verbunden. Wenn die Tastenkontakte geschlossen sind, fällt die Spannung am entsprechenden Pin auf 0. Wenn Sie den Interrupt-Modus für den Spannungsabfall an diesen Eingängen programmieren Durch das Hinzufügen von Interrupt-Handhabungsroutinen können Sie dem Auto „beibringen“, auf Hindernisse zu reagieren. Die Codes des Programms, die in den Speicher des Mikrocontrollers eingegeben werden müssen, sind in der Tabelle aufgeführt. 1.
Das Gerät wird über Kabel von einer 5-V-Quelle mit Strom versorgt und verbraucht beim Vorwärtsfahren (beide Motoren laufen) einen Strom von etwa 0,5 A (abhängig von den verwendeten Motoren). Es ist zu beachten, dass im Moment des Startens der verbrauchte Strom viel größer ist. Der Autor hat es auf mindestens mehr als 1,2 A pro Motor gebracht, und es kam zu Störungen im Stromkreis, die zum Neustart des Mikrocontrollers führten. Dies wurde durch die Reihenschaltung der Widerstände R2 und R3 mit den Motoren beseitigt. Die meisten Teile des Geräts sind auf einem 125x65 mm großen Steckbrett montiert (Abb. 3).
Für die Mikroschaltungen DA3 und DA5 sind darauf 28-Steckdosen und für DD1 - 18-Steckdosen verbaut. Alle Widerstände - MSC-Oxidkondensatoren - K50-35 oder ähnliche ausländische Produktion, der Rest - KM. Sie können fast jede Photodiode VD2 nehmen. Es wurden drei Fotodioden unterschiedlichen Typs getestet und mit allen wurde ein gutes Ergebnis erzielt. Der Widerstandswert des Widerstands R12 änderte sich in diesem Fall von 47 auf 820 kOhm. Wenn als Lichtquelle eine Glühlampe verwendet wird, ist es wünschenswert, eine IR-Fotodiode zu verwenden, in diesem Fall wird das Sonnenlicht weniger beeinträchtigt. Anstelle der integrierten Zenerdiode LM385Z-2,5 (DA6) ist die Verwendung des KS133A zulässig, indem der Widerstandswert des Widerstands R34 auf 330 Ohm reduziert wird. Der Austausch der KT863A-Transistoren (VT1, VT2) ist unerwünscht (sie wurden nach zwei Parametern ausgewählt: einem hohen Basisstromübertragungskoeffizienten und einer niedrigen Emitter-Kollektor-Sättigungsspannung). Beim Aufzeichnen von Sprachnachrichten wird der DD1-Mikrocontroller aus dem Panel entfernt, der DA3-Chip anstelle des DA5 installiert, die erforderlichen Phrasen werden hineingeschrieben, dann wird er an seinen Platz zurückgebracht und DA5 an seinen eigenen Es wird eine lange Nachricht aufgezeichnet. Nach Abschluss aller Vorgänge wird auch der Mikrocontroller eingebaut. Nachrichten an den anstelle von DA5 installierten Chip werden wie folgt aufgezeichnet. Vor der ersten Aufzeichnung wird mit dem Schalter SA1 an den Eingängen AO-A7 die Adresse 00h eingestellt (alle SA1-Kontakte sind in geschlossener Stellung). Dies ist die Adresse des Anfangs des ersten Tonfragments im Speicher des Chips. Halten Sie dann die Taste SB2 („REC“) gedrückt, während Sie die gewünschte Phrase aufnehmen. Nach dem Loslassen der Taste stoppt die Aufnahme und der Code des Endes des Fragments wird automatisch im Speicher der Mikroschaltung am Ende des Tonfragments aufgezeichnet. Leider ist es unmöglich, die genaue Adresse des Endes zu ermitteln. Daher wird mit Hilfe von SA1 eine Adresse eingestellt, die ungefähr dem Ende des Fragments mit einem „Shortage“ entspricht. Dies kann auf der Grundlage der für die Aufzeichnung eines Fragments erforderlichen Zeit sowie der Tabelle der Adressenkorrespondenz und Aufzeichnungszeit (in abgekürzter Form – siehe Tabelle 2) erfolgen.
Beim ISD1420 entspricht die Änderung der Adresse auf 01h einer Zeitspanne von 0,125 s. Kurze Nachrichten wie „Ziel gefunden“ dauern etwa 1,5 Sekunden. Drücken Sie nach dem Einstellen der Adresse kurz die Wiedergabetaste SB1 („PLAT“). Ist die eingegebene Adresse kleiner als die Adresse des Fragmentendes, ist ein Stück vom Ende des Fragments zu hören und die HL2-LED leuchtet am Ende kurz blinken. War die Adresse größer, dann kommt es zu einer relativ langen Stille und dann zum Blinken der HL2-LED, was bedeutet, dass die Wiedergabe das Ende des Speichers des Chips erreicht hat.In diesem Auf diese Weise wird die Adresse des Endes der Nachricht bestimmt. Die Adresse, die auf das Ende der vorherigen Nachricht folgt, wird zur Adresse des Anfangs der nächsten. Alle Adressen, an denen Nachrichten beginnen, sollten sorgfältig aufgezeichnet werden, da dies erforderlich ist im Programm enthalten sind, anstelle derjenigen, die der Autor erhalten hat, und der Dauer der von ihm geäußerten Phrasen entsprechen. Wenn die Lautstärke der Sprachnachrichten nicht ausreicht, können Sie den Widerstandswert des Widerstands R1 erhöhen oder einen anderen Verstärker mit Differenzeingang verwenden. Die Kapazität des Kondensators C6 kann auf 0,1 uF reduziert werden, wodurch der Start des Mikrocontrollers beschleunigt wird. Im Motorsteuermodul kann es erforderlich sein, den Widerstand der Widerstände R4 und R5 auf 270 Ohm zu reduzieren. Literatur
Autor: N. Ostroukhov, Surgut, Gebiet Tjumen
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