WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||

«В Устройства управления роботами схемотехника и микроконтроллеров PICmicro, управление исполнительными устройствами, подключение периферийных устройств, датчиков, детекторов I помощь радиолюбителю ...»

-- [ Страница 6 ] --

Первоначально конечные автоматы возникли как специальные цифровые устрой ства (рис. которые могли выполнять заданную последовательность действий в определенном порядке.

Входные | Адрес Данные Выходные сигналы J Ши< >ратор Адрес следующего состояния Рис. Аппаратная реализация конечного автомата По каждому фронту тактового генератора (на рис. тактовый вход не пока зан) конечный автомат переходит в новое состояние - оно вычисляется исходя из текущего состояния автомата и значения входных сигналов. Состояние КА зада ется значением адреса на входе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Хранящаяся по этому адресу информация определяет, какими должны быть выходные сигналы А и какой адрес будет на входе ПЗУ в следующем так те. Заметим, что заранее задана только часть адреса (некоторое число его разря дов);

остальные биты адреса зависят от входных сигналов КА.

Для программной реализации КА хорошо подходит оператор выбора который мы уже использовали при разработке конечных автоматов для работы с периферийными устройствами.

Приведем пример программной реализации КА для управления роботом. До пустим, мы хотим, чтобы наш робот двигался случайным образом:

// Случайные блуждания.

State = 1;

// Начальное состояние.

while(1 == 1) // Бесконечный цикл.

switch (State) // Конечный автомат:.

case 1: // Двигаться вперед в течение 2 с.

Dlay(2000);

// Задержка на 2 с (используются // прерывания от if (Collision == "No") // Нет столкновения.

State = 5;

// Номер следующего else // Есть столкновение, надо препятствие.

State = 10;

// Задний ход.

break;

case 5 // Поворот налево с).

Dlay(750);

if (Collision == "No") // Нет столкновения.

State // Номер следующего состояния.

else // Есть столкновение, надо объехать препятствие.

338 Устройства управления роботами State = 10;

// Номер следующего состояния.

break;

case 10: // Было столкновение, дать задний ход Move(Reverse) ;

Dlay(1000) ;

State = 15;

// Номер следующего состояния.

break;

case 15: // Поворот направо (0,5 с).

State = 1;

// Номер следующего состояния.

break;

} // Конец оператора switch.

} // Конец цикла while.

} // Конец примера.

Здесь перед переходом в очередное состояние выполняется задержка на опре деленное время, то есть функция выполняет роль тактовых импульсов, вы зывающих срабатывание аппаратного конечного автомата.

При этом возникает новая проблема: во время действия задержки любые из менения входных сигналов будут проигнорированы, так как новое состояние КА уже определено (переменная State уже получила нужное значение).

Конечно, желательно, чтобы световые датчики и детекторы столкновений опра шивались постоянно. В принципе это не так уж сложно осуществить, но тогда надо добиться, чтобы подпрограмма задержки работала вне цикла автомата, причем длительность задержки должна изменяться в зависимости от текущего состояния.

В следующем примере каждое состояние конечного автомата разбито на два.

Первое состояние определяет характер движения робота и число циклов длитель ностью 50 мс каждый, в течение которых будет длиться задержка, а второе состо яние соответствует периоду ожидания (в течение которого с каждым срабатыва нием таймера уменьшается значение счетчика задержки), но в это же время происходит непрерывный опрос датчиков столкновений. Если какой-то датчик сработал, то выполняются необходимые действия.

// Случайные блуждания, вариант 2.

{ int State = 1;

// Начальное состояние.

int DlayCount = 0;

// Счетчик задержки.

while (1 == 1) { // Бесконечный цикл.

case 1: // Движение вперед (2 с) DlayCount = 40;

// 40 раз выполнить // задержку на 50 мс.

State = 2;

// Выполнение задержки // (и опрос break;

case 2: // Движение вперед (2 с).

if (Collision == "No") ' // Нет столкновений.

Вдохните в робота жизнь if ( State = 2;

// Если не 0, то оставаться // в текущем else State 5;

else // Было столкновение.

State = 10;

break;

case 5: // Поворот налево (0,75 с).

DlayCount = 15;

// Соответствует задержке State = 6;

// Выполнение break;

case 6: // Поворот налево (0, if (Collision "No") if State = 6;

else State = 1;

I else State = 10;

break;

case 10;

// Было столкновение (ехать назад в течение Move(Reverse);

;

State = 15;

break;

case 15: // Поворот направо (0,5 с).

State break;

} // Конец оператора switch.

// Общая задержка 50 мс.

} // Конец цикла while.

} // Конец примера.

Здесь состояния с номерами 10 и 15 не имеют задержек, потому что определя ют действия робота при срабатывании датчиков столкновений. Предполагается, что, отъезжая чуть назад, робот не столкнется с каким-либо другим предметом.

Вообще-то это предположение не совсем корректно для нашего беспорядочно двигающегося робота.

Лучше было бы разместить дополнительные датчики в задней части корпуса робота и опрашивать их состояние, пока он движется назад. При необходимости вы сможете самостоятельно внести соответствующие изменения в программу.

Достоинства конечно-автоматного подхода к процессу разработки щей программы - его простота и легкость, с которой могут быть добавлены новые состояния. Так как программный код, соответствующий каждому отдельному со стоянию, достаточно прост, он не отнимает много процессорного времени, давая возможность выполняться функциям нижних уровней.

340 Устройства управления роботами Однако при усложнении логики работы программы код КА также становится достаточно сложным для понимания и отладки. Тем не менее конечно-автомат ный подход в большинстве случаев достаточно перспективен при проектировании программного обеспечения для управления роботами.

5.4. ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТОМ, СОВЕРШАЮЩИМ СЛУЧАЙНЫЕ БЛУЖДАНИЯ В этом разделе мы рассмотрим несложный пример использования программного конечного автомата, который позволяет роботу, в свободном состоянии соверша ющему случайные блуждания, принимать и выполнять команды дистанционного управления.

Допустим, робот должен двигаться вперед в течение двух секунд, на следую щей секунде совершать поворот направо (затратив на это 0,75 с), после чего все повторяется заново. Натолкнувшись на какой-либо предмет, робот сначала отъез жает назад (затратив на это полсекунды), а затем в течение следующих 0,5 с пово рачивает в сторону, противоположную той, с которой зафиксировано срабатыва ние контактора. После объезда препятствия робот снова возвращается к своему обычному циклу «вперед-направо».

При использовании традиционного метода программирования (с помощью условных операторов) биологический код будет выглядеть следующим образом:

while (1 == 1) { = 0;

// Сначала столкновений нет.

// Левый двигатель включен.

// Правый двигатель включен.

= RTC + 2000;

. // В течение 2 с.

while (Dlay != RTC) if // Сработал левый контактор?

CollisionFlag = 1;

else if // Сработал правый контактор?

CollisionFlag = 2;

if { // Код, выполняемый, когда столкновений нет.

// Поворот направо.

// Реверс правого двигателя.

Dlay = RTC + 750;

// Задержка 0,75 с.

while (Dlay != RTC) if (GetLeftWhiskerO) // Сработал левый контактор?

CollisionFlag = 1;

else if (GetRightWhiskerO) // Сработал правый контактор?

CollisionFlag =2;

} // Конец условного оператора if.

if (CollisionFlag •== 1) { // Столкновение зафиксировано слева.

Вдохните в робота жизнь // Обьезд.

// Реверс правого двигателя.

= RTC + 500;

// В течение с.

while != RTC);

// Задержка.

// Поворачиваем направо.

// Реверс правого Dlay RTC 500;

// Задержка с.

while (Olay != RTC);

} // Конец условного оператора if.

if (CollisionFlag == 2){ // Столкновение зафиксировано справа.

LeftMotor(LeftReverse);

// Обьезд.

RightMotor(RightReverse);

// Реверс правого двигателя.

Dlay = RTC + 500;

// 0,5 с.

while (Dlay != RTC);

LeftMotor(LeftReverse);

// Реверс левого двигателя.

// Поворачиваем налево.

Dlay = RTC + 500;

// 0,5 с.

while (Dlay != RTC);

} // Конец условного оператора if.

// Конец цикла while.

Эта программа вполне работоспособна, но выглядит довольно неуклюже. Вряд ли вы смогли бы быстро разобраться, что делает робот, если бы не дополнитель ные пояснения. Кроме весьма проблематично добавить к данному коду но вые функции. Поэтому целесообразно выбрать какой-либо другой способ про граммирования.

Все намного проще, если мы используем конечно-автоматный подход:

while (1 == 1) { // Бескойечный цикл.

switch (State) { case 1: // Двигаться вперед в течение 2 с.

State++;

// Начать с состояния 2.

StateDlay = RTC + 2000;

// Задержка 2 с.

// Левый двигатель работает.

// Правый двигатель break;

case 2: // Ждать if // Сработал левый контактор.

State = 10;

else if // Сработал правый контактор.

State = 20;

else if (StateDlay RTC) State++;

// Нет break;

case 3: // Поворот направо (0,75 с).

State++;

StateDlay = RTC + 750;

// Левый двигатель работает.

RightMotor(RightReverse);

// Реверс правого break;

342 Устройства управления роботами • case 4: // Ждать 0,75 с.

if State = 10;

else if State = 20;

else if (StateDlay RTC) State break;

case 10: // Препятствие слева.

State++;

StateDlay = RTC + 500;

break;

case // Ждать с.

if (StateDlay RTC) State++;

break;

'.

case 12: // Объехать препятствие с).

State++;

StateDlay RTC + 500;

break;

case 13: // Ждать 0,5 с.

if (StateDlay RTC) State break;

case 20: // Препятствие справа.

State++;

StateDlay = RTC + 500;

break;

case 21: // Ждать 0,5 с.

if (StateDlay RTC) State++;

break;

case 22: // Объехать препятствие (0,5 с).

StateDlay = RTC + 500;

break;

case // Ждать if == RTC) State = 1;

break;

} // Конец оператора switch.

} // Конец цикла while.

Вдохните в робота жизнь Не так уж сложно добавить сюда какие-либо дополнительные функции. При этом просто увеличится число состояний. Заметим, что размер программы растет по линейному закону, в отличие от обычного метода программирования, когда сложность и длина программы при наращивании числа функций возрастают в гео метрической прогрессии.

Здесь приведен только пример биологического кода. В электронном приложе нии к этой книге в файле Code\Statemc\wallhug.c приводится полный исходный текст программы для дистанционно управляемой модели мыши фирмы а в файле - аналогичный текст программы для управления роботом с двумя серводвигателями и световыми датчиками.

Если вы сравните эти файлы, то с удивлением обнаружите, что биологический код в обоих случаях совершенно одинаков. Единственное отличие касается функ ций и Скорость движения модели мыши может изме няться с помощью команд дистанционного управления (для этого приходится ис пользовать сигнал), а у второго робота серводвигатели вращаются с постоянной скоростью.

Такой результат достигнут не только благодаря достоинствам конечно-авто матного подхода. Следует не забывать и о нашей концепции «трех уровней», со гласно которой необходимо отделять реализацию механических и электронных интерфейсов от высокоуровневого биологического кода. Как вы видите, сочета ние этих двух подходов дает прекрасные результаты.

5.5. ПОВЕДЕНЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ Если задуматься, можно прийти к выводу, что поведение - это просто на бор его реакций на те или иные внешние воздействия. Например, робот, имитиру ющий поведение маленького ребенка, может действовать следующим образом:

// Вижу игрушку, хочу { ' папа! Можно мне вон ту Response = // Узнать реакцию родителей.

while. "Да") (Response != "Хорошо, мы купим { // Реагировать на отказ родителей купить игрушку.

Position(LieDown);

// Лечь на пол, стучать ногами и руками Crying(Start);

// и кричать.

if { // Если нет ответа, то ждать:

Response = // Узнать реакцию родителей.

if (Response ! = "Перестань немедленно, а не то // Перестать капризничать.

больше не Response = "Да";

344 Устройства управления роботами } // Конец оператора if.

) // Конец оператора if.

} // Конец цикла while.

// Подняться с пола.

Crying(Stop);

// Перестать кричать.

} // Конец.

Этот шуточный пример довольно точно иллюстрирует поведение робота, ко торый опрашивает состояние своих входных датчиков, чтобы узнать об окружаю щей его ситуации, а затем согласно заложенному в него алгоритму выбирает, как реагировать на то или иное изменение обстановки. Даже на этом простом приме ре нам удалось проиллюстрировать множественность целевых установок, харак терную для реальных программ: цель ребенка — покупка понравившейся ему иг рушки, но если дело заходит слишком далеко (к сожалению или к счастью, настоящего ребенка нельзя «выключить», но можно придумать более педагогич ный выход из создавшегося положения), то перед угрозой наказания ребенок пе рестает капризничать.

Отличие большинства реальных случаев от нашего примера заключается в том, что робот в каждый момент времени не обязательно выполняет только одну зада чу. Возможно, вы подумали, что очень сложно реализовать выполнение сразу многих функций в одной программе, но на самом деле это вполне возможно и часто не требует какого-то особо искусного программирования.

Единственное, что действительно представляет трудность, - выбор подходя щего для данной ситуации механизма арбитража, который комбинировал бы ре шения, принимаемые по нескольким алгоритмам, чтобы выработать то единствен ное, что должно подаваться на двигатели Рассмотрим характерный для многих практических случаев пример, когда по мимо основного кода верхнего уровня, принимающего решения и контролирую щего поведение робота, имеется некоторая фоновая задача, которая при выполне нии определенных условий включается в работу и перехватывает управление роботом.

Допустим, мы хотим, чтобы, завидев человека, робот тут же развернулся в его сторону и начал движение либо к нему, либо от него - в зависимости от того рас стояния, на котором находится человек.

Для нашего проекта, который на этот раз так и останется только на бумаге, выберем робота с двумя сервоприводами (по одному для каждого колеса) и ульт развуковым дальномером. Допустим, для управления положением колес робота в выходной порт записываются целые 8-разрядные числа: соответствует ко манде «полный реверс», 0 - «стоп», +127 - «полный вперед». Пусть имеются две функции: distance - для определения расстояния до человека и vector для определения угла его расположения относительно робота. Обе функции воз вращают целые числа со знаком (типа int). Данные о режиме работы обоих дви гателей будем хранить в структуре Вдохните в робота жизнь struct motor { int left;

// Левый двигатель.

int right;

// Правый двигатель.

Для простоты будем полагать, что робот находится на ровной площадке размеров, так что не требуется отвлекаться на опрос датчиков столкнове ний. Единственное, чем будет занят робот, - движение по своему маршруту (со гласно заложенному в него алгоритму) и измерение расстояния до человека. На практике, конечно, придется побеспокоиться о том, чтобы различать нескольких людей, да и вообще как-то отличать человека от обычных предметов. Хотя здесь мы не обсуждаем все эти задачи, но при используемом подходе добавление новых функций к биологическому коду не составляет никакой проблемы.

Сначала давайте выясним, как сделать, чтобы робот поворачивался в сторону человека:

motor directionBehavior(motor Data) { // Управление двигателями (поворот в сторону человека).

int // Направление.

= = 0;

dir = // Узнать направление.

if (dir > 0) // Надо повернуться налево.

if (dir < // Медленный поворот.

= = slowTurn;

} else if (dir < = = } else { // Быстрый поворот.

= = fastTurn;

else if (dir < 0) // Надо повернуться if (dir > -tuneAngle) { // Медленный поворот.

= slowTurn;

= -slowTurn;

} else if (dir > -turnAngle) { = mediumTurn;

= -mediumTurn;

} else { // Быстрый поворот.

= fastTurn;

= -fastTurn;

return Data;

// Вернуть два числа - команду двигателям.

} // Конец.

Здесь предполагается, что все углы и скорости объявлены как глобальные пе ременные, то есть в главной программе. Если угол поворота, который необходимо 346 Устройства управления роботами выполнить роботу, слишком велик, то поворот происходит быстро. После того как угол достигнет заданного предела, скорость замедляется. Когда робот развернул ся в сторону человека, оба двигателя выключаются.

Если расстояние до человека больше заданного порога, то робот должен дви гаться в его сторону:

motor Data) // Управление двигателями (движение в сторону человека).

int // Расстояние до человека.

dist = // Узнать расстояние до человека.

= = 0;

if (dist > closeClosest) if (dist > closeFurthest) = = forwardFull;

else = = ( forwardFull « (dist - closeClosest) ) / (closeFurthest - closeClosest);

return Data;

} // Конец.

Чем дальше человек, тем быстрее робот стремится к нему подъехать. Когда рас стояние сокращается до некоторого предела, команды перестают вырабатываться.

Обратите внимание, что для вычисления скорости мы сначала выполняем опера цию умножения, а только потом - деления. Дело в том, что при делении целочислен ных величин, если делитель больше делимого, результат будет нулевым. Поэтому сначала полная скорость умножается на разность текущего и минимального рассто яний, и только затем результат делится на весь диапазон расстояний (от максималь ного до минимального). В результате скорость сближения убывает по линейному закону. Напомним, что использование вещественной арифметики существенно уве личило бы размер программы, так как все операции над числами в формате с плава ющей точкой в микроконтроллерах реализованы только программно.

Наконец, если расстояние до человека слишком мало, то робот должен двигать ся назад:

motor Data) // Управление двигателями (пятимся назад).

int dist;

dist = distanceO;

// Узнать расстояние до человека.

= 0;

if (dist < if (dist < = = reverseFull;

// Полный else = right = (reverseFull * (awayFurthest - / (awayFurthest - awayClosest);

return Data;

} // Конец.

Вдохните в робота жизнь Для выполнения всех трех задач составим главную программу:

void // Фоновое приложение.

motor // Команда двигателям.

motor closeData;

motor awayData;

motor // всех трех команд.

while (1 1) { // Бесконечный цикл.

pause(RunDlay);

// Сначала робот подчиняется // заложенному в алгоритму.

directionData = directionBehavior(directionData);

closeData = awayData = // Сформировали три команды, теперь комбинируем из них одну:

= + + = + + awayData. right;

// Послать команду для выполнения.

pause(LoopDelay);

// Дать роботу время на выполнение // команды и новый цикл измерений.

} // Конец оператора while.

} // Конец программы.

В табл. 5.2 перечислены все используемые здесь параметры и приведены их значения по умолчанию.

Таблица 5.2. Параметры фоновой задачи управления роботом Параметр Значение по Описание 5° Максимальный угол, при котором еще происходит медленный поворот Угол для средней скорости поворота 5 Медленная скорость поворота /5 Стандартная скорость поворота 40 Скорость быстрого поворота 36 Минимальное расстояние до человека 48 дюймов Предельное расстояние, на котором скорость приближения к человеку должна быть максимальной 50 Максимальная скорость приближения к человеку 36 дюймов Минимальное расстояние до человека, на котором робот должен начать удаляться от него с максимальной скоростью 48 дюймов Максимальное расстояние до человека, на котором робот должен начать удаляться от него с минимальной скоростью -50 Максимальная скорость при движении от человека 348 Устройства управления роботами Значения этих параметров можно несколько изменить в ту или иную сторону, чтобы добиться наиболее естественного поведения робота.

Разберем простейшую ситуацию. Допустим, робот находится от человека на расстоянии 47 дюймов см) и ориентирован так, что человек оказывается на 15° левее продольной оси робота. Наши три программы сформируют в этом слу чае три команды, представленные в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Команды, сформированные программами как левый двигатель (соответствующий параметр - будет вращать ся медленнее правого (соответствующий параметр - Right), то робот будет пово рачиваться налево, в сторону человека. При этом он будет приближаться к нему, пока не окажется слишком близко, после чего либо остановится, либо начнет отъезжать назад. Поведение робота было бы аналогичным, если бы он управлялся с помощью или Но приведенная здесь про грамма заметно проще той, что пришлось написать для реализации ПИД-регуля тора.

Еще раз обращаю ваше внимание на тот факт, что все параметры в программе целочисленные. Везде, где это возможно, я старался избегать использования арифметики с плавающей точкой.

5.6. НЕЙРОННЫЕ СЕТИ И ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ Рассказывая о роботах, было бы невозможно обойти молчанием такое понятие, как искусственный интеллект. Многие полагают, что роботы (и наделенные искусственным интеллектом, должны быть столь же разумны, как и человек. В предыдущей главе этой книги мы рассматривали множество различ ных интерфейсов, позволяющих роботу воспринимать те или иные условия и проявлять Свою реакцию на их изменение, а в этой главе обсудили, как можно реализовать алгоритмы, заставляющие робота демонстрировать окружающим нечто похожее на разумное поведение. Но это были лишь попытки имитировать настоящий интеллект;

наши конструкции не только не являлись ра зумными формами жизни, но даже не могли претендовать на «звание» искусст венного интеллекта.

Очень приблизительное определение искусственного интеллекта выглядит следующим образом: это умение машины поставленные задачи, пыта противодействие окружающей обстановки и то есть fuzzy - нечеткий) отличаются от обычных что оперируют близкими человеку качественными понятиями «большой», «средний», «малый» и т.п. - Прим. перев.

Вдохните в робота жизнь извлекая из собственного опыта знания, которые затем можно будет для того, чтобы свои задачи еще более эффективно.

В этом определении не упоминаются обработка визуальной информации, уме ние вести разговор или разрушить укрепления противника и другие аналогичные способности, которые, может быть, ассоциируются у многих с термином «искус ственный интеллект». Легко впасть в заблуждение, если трактовать это понятие слишком широко.

Но даже реализация интеллекта в представленном здесь узком смысле - не такая уж простая задача. Дело осложняется тем, что мы не можем точно опреде лить, что же такое «знание» или «обучение».

Здесь уместно вспомнить известный эксперимент с червяком в лабиринте.

Червяка помещали в лабиринт, имеющий форму буквы «Т». Двигаясь от основа ния лабиринта вперед, червяк должен был выбрать, в какую сторону повернуть:

налево или направо. В одном коридоре его ждал удар электрическим током, а в про тивоположном - корм. После нескольких неудачных попыток червяк в конце концов запомнил, куда следует иДти, и всегда выбирал коридор с едой.

Этот эксперимент получил широкую известность благодаря не столько тому, что была доказана способность червей к получению простейших навыков, сколь ко другому замечательному факту. После того как достаточное количество особей было обучено поворачивать в определенном (одном и том же для всех) направле нии, они были скормлены своим сородичам, которые еще не прошли такого обучения. Спустя некоторое время с насытившимися «новичками» провели ана логичный эксперимент. Оказалось, что при первом же прохождении лабиринта вместо ожидаемых 50% «попаданий» они выбирали правильное направление в 56% Оставляя в стороне вопрос об обучении за обеденным столом, обсудим, каким способом можно заставить программу вести себя так же, как и не слишком интел лектуальный червяк. Иными словами, после нескольких тренировочных «забе гов» в лабиринте робот, управляемый нашей программой, наконец должен научить ся выбирать правильное направление. Если оперировать теми же понятиями, что и в опыте с червями, мы должны как-то запрограммировать боль от удара электри ческим током и удовольствие, получаемое при приеме пищи (а возможно, и чувство радости от того, что электроды оказались в другом коридоре). Ведь даже заставить программу сделать случайный выбор в самом первом опыте - и то задача не из тривиальных.

Эксперименты над плоскими червями в лабиринте впервые были проведены американ ским исследователем в 1912 году. Они показали, что черви способны обучаться и переобу чаться, но полученный навык держался недолго (10-15 ч). Затем подобные эксперименты в различ ных модификациях (в том числе и опыты с кормлением необученных особей обученными) были повторены многими учеными. Справедливости ради следует заметить, что многие исследователи оспа ривают существование эффекта передачи опыта при кормлении, так как при повторении экспериментов не получили аналогичного результата. Те же, кому удалось зафиксировать передачу навыков столь без жалостным образом, расходятся друг с другом в объяснении данного феномена. Диапазон предположе ний довольно широк - от передачи информации на уровне РНК до телепатии. - Прим.

350 Устройства управления роботами Когда речь идет о тренировке животных (или человека), все эти вопросы инту итивно понятны и близки нам, но как перевести их на язык программирования?

Как заставить робота или компьютер чувствовать голод, жажду, боль, удоволь ствие?

При рождении мы получаем некоторый стандартный набор рефлексов, зало женных на генетическом уровне, и с их помощью постепенно обучаемся жить в мире, руководствуясь соответствующими концепциями и обобщая свой опыт каким-то неосознаваемым способом.

В детстве я однажды довольно сильно обжег руку утюгом. До сих пор, когда в моем сознании совмещаются образы боли, одежды, утюга и руки, я всегда вспо минаю о том случае, и мое тело автоматически делает шаг назад, а рука отдергива ется, дабы уберечься от ожога. После этого я много раз обжигался в разных мес тах, но ни один из этих инцидентов (хотя некоторые из них тоже были весьма болезненными) не оставил в моей памяти такого заметного следа, и я не пытаюсь инстинктивно защитить другую руку или ногу. Уверен, вы тоже сможете припом нить какой-нибудь случай из своей жизни, когда некоторая комбинация внешних воздействий глубоко врезалась в вашу память и с тех пор при возникновении похожих ситуаций вы инстинктивно действуете так, чтобы оградить себя от по вторения неприятных По большому счету, обучение людей или животных не должно отличаться от обучения компьютеров. Вспомните приведенное выше определение искусствен ного интеллекта - ведь оно похоже на описание действий любого разумного су щества, хотя, к сожалению, не дает нам возможности понять, как именно мы обобщаем наблюдаемые факты, чтобы выбрать эффективный способ действий.

Я верю в то, что в ближайшем будущем появятся компьютерные программы, которые смогут и сдать экзамен, и поддержать разговор, но их, скорее всего, нельзя будет сравнить с настоящим (пусть даже и искусственным) интеллектом, если они не будут обладать возможностью обучаться, подобно тому как это делают живот ные и человек. Вероятно, пройдет немало лет, прежде чем ученые действительно смогут понять, как можно научить программы воспринимать и обобщать инфор мацию, приходящую из окружающего мира.

Современное состояние науки об искусственном интеллекте позволяет пред положить, что первые шаги к пониманию принципов работы нашего сознания мы можем преодолеть, изучая работу основных клеток, из которых состоит мозг жи вотных и человека, - нейронов.

Эксперименты с искусственными моделями нервных клеток ученые начали проводить в 40-х годах XX века, пытаясь имитировать работу мозга. Большое Если читатель увлекается не только программированием, но и психологией, вероятно, слышал о нейролингвистическом программировании (НЛП), в котором среди прочих используется техника так называемых «якорей», когда за той или иной комбинацией внешних воздействий психотерапевт закрепляет в подсознании человека нужную реакцию. - Прим. перев.

Вдохните в робота жизнь количество нейронов соединялось, образуя так называемые искусственные ней ронные сети.

Если вы знакомы с цифровой электроникой, то можете представить нейрон в виде некоторого многовходового логического элемента (AND, OR, XOR и т.п.).

Но на самом деле это аналоговый элемент, который воспринимает несколько вход ных сигналов, причем имеет различную чувствительность к тем сигналам, кото рые поступают на разные его входы. Суммарное воздействие всех входных сигна лов определяет нейрона - степень его возбуждения. Эта величина подвергается обработке и в виде результирующего сигнала подается на единствен ный выход нейрона. Выходной его сигнал, в свою очередь, является входным для многих других нервных клеток, которые соединены с рассматриваемым нейроном.

Можно придумать несколько хороших определений нейронной сети, но наи лучшее из них выглядит следующим образом: нейронная сеть - это один или множество связанных друг с другом простых процессорных элементов, работаю щих параллельно, функционирование которых зависит от структуры сети, степе ни связи между элементами и алгоритма их Проще говоря, нейронная сеть - это набор связанных элементов, каждый из которых воспринимает свои входные сигналы и вырабатывает по некоторому правилу выходной сигнал. На рис. 5.2 показан пример простой нейронной сети, которая по состоянию двух световых датчиков и двух детекторов столкновений формирует команды для двух двигателей робота.

Рис. Нейронная сеть двигателями робота На языке математики все это можно описать простой формулой:

Выходы = f (Входы), где f - некоторое правило, согласно которому набор значений входных сигналов преобразуется в соответствующий набор значений выходных сигналов.

DARPA Neural Network Study, 1988. - AFCEA International Press. - P. 60.

352 Устройства управления роботами Алгоритм, определяющий правило, может быть реализован с помощью логических функций, конечно-автоматных моделей или просто в виде некоторой последовательности операторов любого языка программирования, но важно по нимать, что данный алгоритм не предопределяет реакцию сети на то или иное входное воздействие, а только описывает способ, который используется нейрон ной сетью для ее обучения.

Такое обучение строится на примерах, что позволяет провести аналогию с тре нировкой животных. На вход сети подается тот или иной набор внешних воздей ствий, и выходные сигналы сравниваются с теми, которые мы желали бы иметь в данных условиях. Если ошибка сети (разница между желаемым и действитель ным значениями выходного сигнала) велика, то чувствительность входов каждо го нейрона по определенным правилам изменяется таким образом, чтобы снизить эту ошибку. Так повторяется много раз для различных наборов входных воздей ствий и соответствующих наборов желаемых реакций, пока сеть не научится пра вильно реагировать на предлагаемые воздействия.

Очень важно правильно выбрать структуру нейронной сети, то есть количе ство составляющих ее нейронных элементов и связи между ними. Если нейронов будет слишком мало или связи между ними окажутся неэффективными, то сеть не сможет научиться тем вещам, которым мы хотим ее обучить. Если нейронов, наоборот, будет слишком много, то процесс обучения грозит затянуться на не определенное время.

После начальной тренировки сеть может быть использована для управления роботом, но при этом ее обучение продолжится, если она сама будет способна каким-то образом оценивать качество своего поведения. Например, показанная на рис. 5.2 нейронная сеть может следить за временем, которое потребовалось ей на то, чтобы в определенной ситуации найти источник света, минимальное количе ство раз столкнувшись с окружающими предметами.

Кроме имитации поведения бабочки, летящей на свет, такой механизм обучения может быть использован и для более полезных применений, например для управле ния захватом робота-манипулятора, который должен найти и подобрать определен ный предмет. Человек делает это совершенно не задумываясь, но программирование такой задачи традиционными методами довольно затруднительно.

Способ обучения нейронной сети, основанный на примерах, может быть реа лизован различными способами. По существу, такое обучение сродни тренировке собак: дрессировщик дает команду, после чего поощряет правильное ее выполне ние и наказывает за неправильное. Это многим показажется удивительным, но существуют также методы обучения без учителя, когда на входы нейронной сети подаются различные наборы воздействий, но никто не говорит ей, какими в каж дом из этих случаев должны быть ее выходные сигналы.

Для выбора правильного набора параметров нейронной сети можно использо вать так называемые генетические алгоритмы. Они, как и сами нейронные сети, заимствованы исследователями у живой природы, поскольку основаны на имита Вдохните в робота жизнь происходящих в ней процессов размножения, изменчивости и естественного отбора. Генетический алгоритм позволяет набору (популяции) нескольких ней ронных сетей, предназначенных для решения некоторой задачи, эволюциониро вать таким образом, чтобы в результате сформировать сеть, которая смогла бы решить эту задачу самым эффективным образом.

Обладает ли нейронная сеть искусственным интеллектом? Многие исследова тели склонны ответить на этот вопрос положительно, ведь способ формирования реакции нейронной сети на входные воздействия очень напоминает процесс при нятия решений живыми организмами. Но, на мой взгляд, это было бы правильнее назвать «искусственным рефлексом». Пока что нейронная сеть скорее моделиру ет рефлекторное движение руки человека, стукнувшего молотком по своему паль цу, чем проявление настоящего интеллекта.

12- ГЛАВА б ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Тот факт, что эта глава находится в конце может некоторое удив ление. Но нам нужно было обсудить много важных вещей, прежде чем присту пать к проектированию настоящих роботов.

В предыдущих главах мы рассмотрели, как реализуются различные интерфей сы и как программируется процесс принятия решений на верхнем уровне. Теперь пришла пора выяснить, как можно заставить все эти отдельные части работать совместно.

Но перед тем, как начать разработку автоматического устройства, надо спро сить себя, для чего конкретно оно будет предназначено. Мало сказать: «Я хочу сконструировать робота, чтобы разобраться, как он работает». Надо сформулиро вать свои намерения более точно, например: <<Я хочу сконструировать двухколес ного робота, каждое колесо которого управляется отдельным двигателем и кото рый двигается по прямой линии, пока не встретит на своем пути препятствие, после чего объезжает его и снова продолжает движение в прежнем направлении».

После того как вы четко определите, что же хотите получить, можно присту пать к проектированию. По мере своего продвижения вперед вы, вероятно, захо тите кое-что изменить в исходной формулировке, но главное, чтобы у вас была отправная точка. Иначе вам даже не удастся толком описать, что необходимо до бавить к первоначальному замыслу.

Важно, чтобы ваш первоначальный замысел был не слишком фантастичен.

Многие радиолюбители поначалу хотят достичь результатов, в погоне за которы ми даже целые коллективы профессиональных разработчиков безрезультатно потратили много лет и миллионы долларов. Классическим примером такого без умного проекта может служить робот, который по приказу своего хозяина умел бы приносить пиво из холодильника. Здесь сначала надо придумать, как робот откроет дверцу холодильника, как отыщет там бутылку с пивом, возьмет ее, за кроет дверцу и, наконец, как найдет своего хозяина, чтобы отдать ему пиво. А если хозяин и холодильник находятся на разных этажах? И это только некоторые из самых очевидных вопросов. Уверен, немного поразмыслив, вы придумаете еще кучу других, не менее заковыристых. Но на главные вопросы надо найти ответ прежде, чем начинать работу над проектом. Иначе лучше и не начинать.

Я нисколько не преувеличиваю, говоря, что ученые потратили кучу време ни и денег на подобные разработки. В самом деле, если робот должен уметь Проектирование автоматических устройств при необходимости подняться вверх по лестнице, значит, это умение не долж но зависеть от ширины и высоты ступенек, а также материала, из которого они сделаны.

В главе 4 мы рассмотрели множество различных интерфейсов;

они были раз работаны таким образом, чтобы в максимальной степени облегчить их интегра цию друг с другом в пределах одного большого проекта. Тем не менее очень часто при проектировании сложных автоматических устройств на основе микрокон троллеров бывает весьма нелегко достичь устойчивой работы всех подсистем. То не хватает объема памяти для размещения всех подпрограмм, то слишком долго выполняется биологический код, вследствие чего робот не успевает вовремя сре агировать на все изменения окружающей обстановки, то один интерфейс мешает работе других... Эти проблемы по возможности лучше решать с самого начала, так как намного сложнее вносить изменения в почти готовое приложение.

Здесь стоит упомянуть такое явление, как «журнальная зависть». Часто, про читав интересную статью в радиолюбительском журнале, понимаешь, что именно эту идею надо использовать в своей новой разработке, но проблема в том, что многим советам, которые дает автор статьи, нельзя последовать в точности. Неко торые комплектующие могут оказаться слишком дорогими или вовсе недоступ ными, поэтому придется искать им замену, и не всегда равноценную. Описание каких-либо особенностей конструкции в статье может быть опущено. В результа те, даже повторяя чужую разработку, вы получаете нечто отличное от нее — и не обязательно с тем же результатом. Разумеется, в любом случае вы только выигра ете, если постараетесь перенять опыт других радиолюбителей и использовать по нравившиеся вам находки в своих проектах.

В конце концов, сконструировать робота довольно просто. Сложнее заставить делать в точности то, что вы задумали. Поэтому в данной главе мы рассмот рим несколько полезных приемов отладки приложений, которые помогут вам понять, что на самом деле происходит с роботом в тех или иных случаях. Я под черкиваю, что любые решения разработчик должен принимать, опираясь на дан ные экспериментов, а не на свои предположения по поводу того, что обусловлива ет неправильное поведение робота.

ТЕХНИЧЕСКОЕ Хочу дать вам хороший совет: записывайте все! Заведите привычку носить с со бой блокнот, и как только у вас появится стоящая идея, запишите ее. На самом деле человеческая память не так надежна, как многие склонны полагать. Должен признаться, не раз я часами - и безуспешно! - пытался вспомнить гениальную идею, которая осеняла меня во время завтрака.

Всегда старайтесь начинать с малого. Если вы задумали сконструировать ро бота-слугу, который всюду следует за вами и с готовностью выполняет любые ваши поручения, то разумнее начать с создания небольшой тележки (но с боль шим запасом места для добавления новых электронных блоков), которая только и умеет, что передвигаться по горизонтальной поверхности.

356 Устройства управления роботами Планируя свою работу, всегда прогнозируйте самый худший случай (поверь вы с ним довольно скоро столкнетесь). Никогда не предполагайте, что первый же пришедший вам в голову способ реализации той или иной функции окажется удачным. Как правило, для достижения небольшого успеха требуется перепробо вать несколько возможностей.

Возьмем для примера одну из программ, представленных в этой книге, - управ ление светодиодным индикатором. Пытаясь добиться того, чтобы микроконтрол лер включал и выключал светодиод с заданной периодичностью, я был вынужден рассмотреть следующие возможности:

• программная реализация задержек;

• программный опрос таймера • часы реального времени на основе прерываний от таймера TMRO (именно этот метод и был использован);

• широтно-импульсная модуляция сигнала с применением таймера TMR2.

Какой из этих методов является наилучшим? Какие дополнительные возмож ности обеспечивает тот или иной способ реализации заданной функции? Какое решение наиболее простое и не затрудняет дальнейшую модернизацию устрой ства? Помните о том, что метод, прекрасно показавший себя на лабораторном столе, может оказаться совершенно ненадежным, работая в реальных условиях, поэтому вы всегда должны иметь пространство для маневра.

К сожалению, многие светлые мысли приходят слишком поздно, когда работа над проектом уже близится к Поэтому иногда разумнее зафиксировать новую идею на бумаге, чтобы опробовать ее в будущем, вместо того чтобы без конца переделывать уже почти готовое устройство. Лучше руководствоваться правилом: «Если не сломано - не следует исправлять».

И последнее: не бойтесь заимствовать чужие идеи. Разумеется, я не подстре каю вас к плагиату или похищению чужих чертежей, но свежие мысли и решения, почерпнутые вами у других разработчиков, иногда оказываются единственным выходом из тупика, в который вы зашли. К тому же чужие идеи всегда можно применить совершенно новым способом.

В сети Internet найдете огромное количество информации по микрокон троллерам и методам конструирования автоматических устройств, готовые схемы, идеи, документацию по различным комплектующим и многие другие сведения, кото рые будут для вас чрезвычайно полезными или, напротив, никогда не пригодятся.

Используйте эту информацию. Но должен предостеречь: не все, что вы найдете в Сети, имеет практическую ценность. Многие данные могут быть не вполне коррект ными, а некоторые и вовсе неверными. Разумеется, это касается любой области, не только робототехники. И дело здесь не только в том, что разместить страничку в сети Internet может любой желающий. Нередко я встречал на разных сайтах так называе мые «бесплатные» программы и проекты, которые были доступны для свободного скачивания, но на поверку оказывались неработоспособными, а лишь играли роль приманки, вынуждая вас приобрести более «продвинутый» проект или обратиться к его автору за консультацией - разумеется, тоже не бесплатной.

Проектирование автоматических устройств Итак, вы хотите приступить к проектированию нового автоматического устрой ства. Начать следует с технического задания. Звучит несколько официально, но имеется в виду всего лишь список требований, которым должно удовлетворять разрабатываемое устройство. Начните с простых утверждений, поясняющих, что и как должен делать робот.

Далее пункт «как» надо конкретизировать. Приведем примерный список ос новных вопросов:

Какую аппаратную платформу следует использовать?

Каковы должны быть размеры и вес устройства?

Какая необходима скорость передвижения?

Какие двигатели будут использоваться?

Что послужит источником питания?

Какие меры безопасности надо предусмотреть?

Какие контроллеры будут использованы?

На каком языке программирования будет разрабатываться управляющее про граммное обеспечение?

Какие датчики будут снабжать робота информацией об окружающей обстановке?

Какие будут применены исполнительные (выходные) устройства?

Какие методы ручного управления необходимы?

Каким должен быть интерфейс пользователя?

Какова будет стоимость На такие вопросы нельзя формально ответить «нет» или «без ограничений».

Вы можете считать робота совершенно безопасным (потому что он маленький), но если в нем используются свинцовые, кислотные или бата рейки, то они вредны для окружающей среды. А если робот весит несколько де сятков килограммов, то трудно представить, что он может натворить, если выйдет из-под контроля из-за неправильной работы управляющего устройства.

Кроме списка аппаратных требований надо подготовить список требований к программному обеспечению. Следует определить:

• язык программирования;

• средства отладки приложения (эмулятор, симулятор);

• доступность средств загрузки программы в микроконтроллер (наличие спе циального программатора);

• используемые в программе векторы прерываний;

• программные интерфейсы, встроенные в систему;

• используемые в программе структуры данных.

Следует отметить, что оба списка требований взаимосвязаны. Выбор того или иного микроконтроллера ограничивает ваши возможности по выбору средств программирования и отладки.

Заметьте, что здесь не учтены такие важные требования, как, например, пред положительный размер программы и данных. Знание этих параметров может суще ственно повлиять на выбор контроллера и методов программирования, но на началь ных этапах проектирования очень трудно оценить, сколько памяти потребуется для 358 Устройства управления роботами всего приложения. Я уже много лет занимаюсь такими вещами, но до сих пор ча сто выходит, что реальный объём готового приложения оказывается раза в два больше того, который был запланирован исходно.

Ничто не оказывает такого впечатления на зрителей, как быстрота передвиже ния робота. Как ни странно, ваша конструкция произведет впечатление более сложной и «умной», если будет двигаться быстро. Однако за это приходится рас плачиваться, используя более мощные двигатели и, соответственно, источники питания. Кроме того, двигаясь с большой скоростью, робот должен уметь быстро реагировать на окружающую обстановку. Поэтому в погоне за высокими скорос тями разработчик рискует приобрести себе кучу неприятностей в будущем, когда захочет модернизировать свой проект, так как зачастую ни малейшего запаса прочности уже не остается.

Чуть ниже мы обсудим, как составлять список требований к будущему проек ту. Если вы радиолюбитель, а не профессиональный разработчик, то, возможно, все это покажется вам пустой тратой времени, но уверяю вас, что дело обстоит иначе. Хорошо составленное техническое задание существенно облегчит дальней шую работу по проектированию автоматических устройств.

По мере того как вы будете продвигаться вперед, может возникнуть необходи мость внесения тех или иных изменений в уже составленное техническое задание (например, если окажется, что выбранный вами микроконтроллер не поддержи вает какую-либо возможность, которую вы предусмотрели в самом начале, или вам так и не удастся достать нужный элемент, а возможные варианты его замены не позволяют обойтись без некоторых переделок). Ничего страшного - смело вносите изменения в первоначальный список требований!

6.2. ВЫБОР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ После того как будут определены и перечислены все функции, которые должен выполнять робот, можно приступить к выбору периферийных устройств. Если выбор окажется не оптимальным, вы рискуете потратить кучу времени на безус пешные попытки найти ошибку в программе, в то время как истинным виновни ком неправильной работы является какое-нибудь устройство ввода-вывода.

Например, может оказаться, что некоторое входное устройство слишком мед лительно или требует сложного программирования;

в результате процедура обра ботки прерываний будет отнимать слишком много командных циклов работы процессора и не оставит достаточно времени для выполнения биологического кода. Или некоторые интерфейсы в борьбе за общий аппаратный ресурс проявят плохую совместимость друг с другом, и приложение будет пропускать некоторые внешние события (скажем, команды дистанционного управления или моменты столкновений с окружающими предметами).

Продемонстрированный в данной книге подход, основанный на разделении функ ций механического, электронного и биологического уровней и реализации проце дур первых двух уровней в виде обработчика прерываний от таймера, позволяет све сти к минимуму вероятность подобных проблем, однако следует понимать, что Проектирование автоматических устройств такое решение не является панацеей - вполне возможны случаи, когда разработчи ку придется проявить изобретательность, пытаясь увязать друг с другом различные интерфейсы. В любом случае при проектировании следует стремиться к тому, что бы отдельные функции механического и электронного уровней как можно меньше взаимодействовали друг с другом.

Кроме того, не следует забывать, что для правильной работы биологического кода необходимо оставить достаточно процессорного времени на его выполнение.

Поэтому надо стремиться к наиболее простой реализации механических и элект ронных интерфейсов, избегая использования в обработчике прерываний сложных вычислений, чисел в формате с плавающей точкой, операций в цикле и т.п. Все трудоемкие вычисления следует производить в главной программе (то есть с по мощью биологического кода). Только тогда будет гарантия, что во время их вы полнения не нарушится работа какого-либо периферийного устройства.

Таким образом, можно сформулировать следующие основные рекомендации по разработке функций механического и электронного уровней:

• используйте конечные автоматы для реализации механических и электрон ных интерфейсов. Это может несколько замедлить их работу, но зато не по мешает работе других интерфейсов;

• не используйте переменные с плавающей точкой и массивы;

• старайтесь избегать сложных математических операций (умножение, деле ние, вычисление логарифмов и тригонометрических функций);

• используйте микроконтроллер с наиболее широким набором встроенных функций.

6.3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ И МЕТОДОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ При разработке технического задания пригодится следующий список вопросов, ответы на которые определят выбор электронных компонентов, требуемых создании робота.

Какой микроконтроллер желательно использовать?

Какого типа будет тактовый генератор?

Каким быть источник питания?

Какие потребуются датчики и другие устройства ввода информации?

Какие потребуются двигатели и другие устройства вывода?

Нужно ли использовать запоминающие устройства (кроме памяти, встроенной в микроконтроллер)?

Насколько доступны необходимые электронные компоненты?

Последний вопрос особенно важен, если вы хотите опубликовать схему своего устройства и надеетесь, что другие радиолюбители смогут ее Например, в самом начале работы над программатором El Cheapo я использовал МОП тран зистор с каналом р-типа, считая, что он широко распространен и вряд ли у кого то возникнут трудности с приобретением или заменой достаточно близким 360 Устройства управления роботами аналогом. К сожалению, мое предположение не подтвердилось: многие радиолюби тели стали жаловаться на то, что не могут достать полевой транзистор, так что его пришлось заменить распространенным биполярным p-n-р транзистором 2N3906.

Следует помнить, что в радиолюбительских конструкциях в первую очередь важна доступность элементов — зачастую она более значима, чем стоимость. По этому перед тем, как опубликовать свою схему в сети Internet или в радиолюби тельском журнале, стоит просмотреть каталоги ведущих производителей радио элементов.

Рано или поздно те элементы, которые вы на протяжении многих лет исполь зовали в своих конструкциях, устаревают. Это большая проблема, но часто толь ко психологическая: во многих случаях среди новых элементов можно подыскать достаточно близкий аналог. Ну, а если нет, то приходится вносить изменения в устройство и в управляющую программу.

Чтобы обезопасить себя от возможных проблем, желательно уже в самом нача ле работы над проектом стараться использовать только самые распространенные и стандартные электронные компоненты. Для примера рекомендую:

• диоды 1N4001, 1N4192 (1N915);

• транзисторы 2N3904/2N3906, ВС547/ВС557;

• полевые транзисторы IRF510/IRF9510;

• керамические резонаторы ECS/Panasonic;

• инфракрасные светоизлучающие диоды и детекторы фирмы Watrony;

• логические элементы ТТЛ серии 74LS;

• интегральные стабилизаторы напряжения 78(L)xx;

• таймер (7)555.

Каких-либо проблем с резисторами и конденсаторами, как правило, не возни кает. Иногда трудно найти конденсаторы, используемые для фильт рации напряжения питания логических микросхем, но их можно заменить кера мическими.

Ключевой вопрос - выбор микроконтроллера. Обычно разработчики основывают свое решение не столько на объективном сравнении требований технического зада ния и характеристик того или иного микроконтроллера, сколько на своих пристрас тиях и опыте предыдущих проектов. Не последними доводами служат доступность микроконтроллера и разнообразие программного обеспечения для него. Разумеется, не следует останавливать свой выбор на микроконтроллере, для работы которого требуются еще какие-то дополнительные элементы кроме источника питания 5 В, генератора тактовых импульсов и «подтягивающего» резистора для входа сброса..

Что касается быстродействия микроконтроллера (его максимальной тактовой частоты), этот параметр обычно не является существенным. Наоборот, для умень шения мощности, потребляемой от источника питания, а также для снижения уровня помех я рекомендую вам выбирать для своих конструкций не слишком высокую частоту работы тактового генератора. Гораздо более важная характери стика контроллера - его устойчивость к помехам и работоспособность при поме хах от периферийных устройств, входящих в конструкцию робота.

Проектирование автоматических Наиболее оптимальным решением при конструировании электронных управля ющих устройств мобильных роботов является использование печатного монтажа.

Разрабатывая печатную плату электронного блока, следует иметь в виду, что при работе автоматических устройств всегда присутствуют следующие мешаю щие факторы:

• электрические помехи;

• электромагнитные наводки;

• механические вибрации;

• акустические шумы;

• колебания температуры и влажности окружающей среды.

Кроме того, не следует забывать, что у мобильных автоматических устройств есть подвижные части, на которые могут наматываться провода, поэтому все со единения надо производить очень аккуратно.

Я советую использовать монтажные провода минимальной длины и паяные соединения;

всегда заботьтесь о качестве заземления и надежности крепления механических узлов.

При размещении элементов схемы на печатной плате учтите, что в дальней шем может возникнуть необходимость модернизации схемы или добавления но вых блоков. Не старайтесь компоновать все элементы слишком плотно - остав ляйте место для дополнительных элементов.

Следует подчеркнуть, что макетные платы, которые используются в проектах, описанных в главе 4, являются наихудшим решением с точки зрения надежности конструкции и возможности модернизации схемы. Они облегчают проверку не сложных схем, но вы можете на собственном опыте убедиться, как нелегко оказы вается разобраться в переплетении проводов, чтобы найти неисправность или подключить новый блок.

Для размещения микроконтроллера всегда необходимо использовать специ альный разъем, который его перепрограммирования или замены.

6.4. ИСПЫТАНИЯ РОБОТА Разработчику следует определить список испытаний, которые должен пройти робот, прежде чем можно будет сказать, что работа закончена и готова к тому, чтобы вынести ее на суд зрителей. Типичный список испытаний выглядит следу ющим образом:

• проверка стабильности работы во всех режимах (в том числе при пуске-оста нове двигателей) при крайних значениях напряжения питания (4,75 и 5,25 В);

• проверка начальной инициализации при включении питания и готовности выполнения команд пользователя;

• проверка правильности выполнения команд пользователя;

• проверка правильности работы датчиков.

362 Устройства управления роботами Кроме того, возможно, придется позаботиться о разработке необходимой доку ментации, расчете надежности работы всех узлов и даже о тестировании разрабо танной конструкции на соответствие санитарным и прочим требованиям и нормам.

Хотя большинство микроконтроллеров сохраняет свою работоспособность при изменении напряжения питания в более широких пределах, чем указано выше, не стоит забывать и о других электронных компонентах, многие из которых выдер живают только небольшие колебания напряжения питания (±5%).

Помните о соблюдении мер безопасности. Разумеется, маленький робот не сможет причинить вреда окружающим, но он может разбиться сам, упав со стола, если вы вдруг потеряете над ним контроль.

По этой причине я советую всегда предусматривать какой-либо метод бло кировки колес, который предохранит робота от поломки, если вы вдруг забуде те выключить напряжение питания, так как даже полностью отлаженное устрой ство может неожиданно убежать от вас, случайно получив сигнал от светового датчика.

Во многих случаях при тестировании схемы недостаточно одного логического пробника. Идеальный вариант - использование осциллографа и логического ана лизатора, позволяющее проверить правильность всех выходных сигналов при всех возможных значениях входных.

По роду занятий я почти всю жизнь проверял правильность работы тех или иных устройств, поэтому вопрос о тестировании мне наиболее близок. К сожале нию, даже самое добросовестное тестирование не дает полной гарантии работо способности устройства во всех обстоятельствах: всегда существует огромное ко личество вариантов возможных неисправностей.

При тестировании в первую очередь надо убедиться, что на предусмотренные значения входных сигналов ваше устройство реагирует правильно. Следует кон тролировать значение этих входных сигналов, так как всегда может оказаться, что странности в поведении робота обусловлены не ошибкой в программе, а случай ным отблеском, попавшим на световой датчик.

Если значения входных сигналов или служебных переменных управляющей программы вышли за допустимые пределы, то робот должен остановиться и ка ким-либо образом сигнализировать о возникшей проблеме. В наших проектах мы не использовали сторожевой таймер, но в реальных конструкциях он бывает весь ма полезным, позволяя сформировать сигнал сброса микроконтроллера, если управляющая программа зависла и команда сброса сторожевого таймера не вы полнилась вовремя.

Ваш проект должен быть подробно документирован. В противном случае вряд ли кто-нибудь захочет его реализовать. Разумеется, вся документация должна быть доступна в электронном виде. Самым простым и переносимым для элект ронных документов является обычный текстовый формат ASCII. Но если необ ходимо включение в текст рисунков, графиков, схем и/или формул, то лучшим решением будут доступные на всех компьютерных платформах гипертекстовый формат HTML и формат PDF фирмы Adobe.

Проектирование автоматических устройств 6.5. ПОИСК ОШИБОК Вместо термина отладка (debug), который традиционно ассоциируется с несколь ко небрежным и не слишком вдумчивым процессом устранения ошибок в программах, я предпочитаю использовать более солидное выражение анализ оши бок (failure analysis). Интересно, как простая замена технического термина сразу смещает акценты: не поиск «жучков», а структурированный анализ проблемы, по зволяющий локализовать и устранить источник неправильной работы устройства!

Вместо того чтобы вслепую заменять все элементы подряд, надеясь, что очередной замены устройство вдруг начнет работать правильно, примите к сведе нию следующий алгоритм:

• четко сформулируйте, в чем заключается проблема;

• рассмотрите возможные варианты причин неправильной работы;

• разработайте план истинной причины и ее устранения.

Разработчик должен уметь провести подобный анализ в разнообразных ситу ациях, в том числе и в самых крайних случаях, когда кажется, что устройство со всем не работает или работает «практически правильно».

Когда еще нет никаких идей по поводу того, что именно вызывает проблему, следует проверить логические уровни на всех элементах схемы. На данном этапе я обычно использую простой логический пробник. Если такое исследование не прояснило ситуацию, то, возможно, придется взять в руки авометр и проверить уровни напряжений на аналоговых и цифровых входах и выходах. Следует запи сывать все результаты измерений.

Проверяя работу встроенного тактового генератора, надо помнить, что допол нительная емкость, вносимая логическим пробником, может нарушить процесс генерации и вызовет зависание программы. Чтобы убедиться в том, что програм ма все еще выполняется, следует инициализировать выполнение какой-нибудь простой процедуры с четко видимым внешним эффектом (например, миганием светодиода).

От вас требуется предельное внимание. Мне стыдно признаться, сколько раз я готов был воскликнуть «Эврика!» и тут же обнаруживал, что проверяю не ту ножку микросхемы. После того как все замеры сделаны, отложите устройство в сторону и проанализируйте, значения каких сигналов оказались вне ожидаемо го диапазона.

Любое несоответствие объясняется одой из двух причин: либо внешнее устрой ство подает на данный вывод неправильный сигнал, либо управляющая програм ма формирует на нем неправильное значение. Чтобы выяснить, с каким именно вариантом вы имеете дело, можно использовать омметр, проверяя с его помощью сопротивление между данным выводом и массой до и после его отключения от остальной схемы. К сожалению, для отключения вывода может потребоваться паяльник.

Следует соблюдать максимальную объективность, стараясь не делать слишком поспешных предположений относительно того, что привело к возникновению 364 Устройства управления роботами ошибки. Неверно определив причину, люди начинают искать только подтвержде ния своей догадки, пропуская все остальные возможные варианты.

После проверки схемы можно приступать к тестированию программного обес печения. Прежде всего я рекомендую вынуть микроконтроллер из схемы и прове рить прошивку РПЗУ с помощью программатора. Обратите внимание на правиль ность слова конфигурации, проверив, корректно ли установлен тип тактового генератора, не разрешена ли случайно работа сторожевого таймера и т.п.

Если все в порядке, переходите к самой программе. При этом не следует забы вать о необходимости подробно записывать все действия - как ни удивительно, это сэкономит много времени.

Например, если проблемы возникли с последовательным интерфейсом пере дачи данных, выясните, связана ли проблема с временными задержками, значе ниями отдельных битов или их количеством. После того как ситуация стала более определенной, можно выполнить моделирование работы программы с помощью симулятора, чтобы в еще большей степени локализовать источник неправильного поведения робота.

Теперь требуется выяснить, что стало причиной ошибки. Для этого может по требоваться мысленный эксперимент, в ходе которого вы должны представить себе во всех подробностях, как и что происходит в управляющей программе и са мой схеме в тот или иной момент.

Следует понимать, что причин неисправности может быть сразу несколько.

Работая над своими конструкциями, я не раз сталкивался со случаями, когда на считывалось до пяти различных источников проблем, которые мешали правиль ной работе устройства.

Поэтому не следует быть слишком ленивым. Поверьте, во многих случаях вы только сэкономите время, если сделаете шаг немного в сторону и начнете с отлад ки более простого приложения, где должна будет проявиться одна из имеющихся проблем. Тогда можно будет без помех изучить ситуацию и опробовать различ ные варианты решения, после чего опять вернуться к сложному проекту.

6.6. МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВ После того как ваша схема, наконец, заработает, вы захотите добавить к ней но вые периферийные устройства и разнообразные функции. При этом у вас, скорее всего, не возникнет особых проблем с электроникой или механическими частями.

Самым сложным, как правило, оказывается перераспределение аппаратных ресур сов, встроенных в микроконтроллер. Речь идет о памяти программ и данных, тай мерах, обработчиках прерываний, блоках формирования Другая проблема возникает, когда вы хотите заимствовать для своего проек та программный код из какого-либо источника (например, Internet). В таком случае оказывается, что различные участки кода написаны с использованием Проектирование автоматических устройств разных стилей и методик, поэтому может потребоваться кардинально перерабо тать программу, чтобы заставить все это работать вместе. ' Если приложение спроектировано правильно, то внесение необходимых изме нений - не слишком сложная задача, но в противном случае проще написать все заново, чем пытаться как-то исправить отдельные фрагменты.

Уже в самом начале работы над проектом желательно закладывать в него воз можность модификации. Своего рода образцом правильной разработки приложе ний могут служить примеры, приведенные в главе 4, где для реализации механи ческих и электронных интерфейсов мы использовали прерывания от таймера, срабатывающего каждую миллисекунду.

При проектировании биологического кода надо помнить, что для его правиль ной работы в промежутке между запросами на прерывание следует оставлять по крайней мере 25% всех командных циклов, таким образом, отводя для выполне ния обработчика прерываний не более 75% времени. Сложные вычисления нельзя реализовывать в процедуре обработки прерываний - их надо выносить в основ ную программу.

В идеале различные интерфейсные функции должны использовать разные аппаратные средства. Мы нарушили это правило лишь однажды, когда рассмат ривали приемник команд дистанционного управления, который использовал тот же инфракрасный детектор, что и обнаружитель объектов.

Применяя чужие разработки, не следует пытаться использовать в своем про екте программный код, для которого не имеется исходного текста. Дело в том, что в новом окружении даже самая правильная программа может потребовать некото рых переделок, а это невозможно, если имеется только объектный код.

Все описанные в данной книге устройства мы реализовали с использованием только одного микроконтроллера, но при модернизации уже имеющихся схем наилучшее решение иногда заключается в добавлении еще одного контроллера.

Поэтому никогда не помешает оставить свободными какие-нибудь два вывода, которые затем пригодятся для обеспечения их взаимосвязи. Две линии нужны для реализации синхронного обмена, так как в этом случае не требуется загружать таймеры обоих микроконтроллеров.

Даже если в схеме использовано несколько микроконтроллеров, желательно, чтобы только один из них выполнял биологический код. В противном случае про граммное обеспечение заметно усложняется, поскольку требуется обеспечить вза имодействие отдельных частей биологического кода, выполняемого на разных процессорах. Кроме того, отладить такое распределенное приложение будет не очень-то просто.

И последнее замечание: не забывайте, что следует отключать двигатели на то время, пока микроконтроллер работает с периферийными устройствами. В тече ние опроса инфракрасных, световых и звуковых датчиков надо стремиться к тому, чтобы уровень помех был минимальным.

ПРИЛОЖЕНИЕ Глоссарий Здесь приведен список всех использованных в книге терминов и расшифровка аббревиатур.

Адрес — порядковый номер регистра, ячейки памяти команд или данных в пределах пространства памяти процессора.

Адресное пространство - диапазон возможных адресов ячеек памяти или пор тов ввода-вывода, с которыми может работать процессор.

Активные элементы - интегральные микросхемы, транзисторы и другие эле менты электронных схем, для функционирования которых требуется внешний источник энергии.

Ампер - величина силы тока: 1 А = 1 Кл / 1 с. См. Кулон.

Аналоговый сигнал - сигнал, который может принимать любые значения в некотором диапазоне.

Анод - положительный электрод. См. Катод.

Асинхронная последовательная передача - метод обмена данными, в кото ром передача сообщений происходит побитно (по одной линии) и не использует ся дополнительная линия для передачи импульсов синхронизации.

Ассемблер - инструментальное программное средство, с помощью которого исходный текст программы, написанной на языке низкого уровня, преобразуется в объектный файл.

АЦП, аналого-цифровой преобразователь (ADC, Con verter) - микросхема, предназначенная для преобразования входного аналогово го напряжения в цифровое представление. См. ЦАП.

Биполярные логические схемы - логические схемы, выполненные на базе биполярных транзисторов (единичные устройства или интегрированные сборки).

См. n-p-п транзистор, p-n-р транзистор.

Битовая маска - набор битов, используемый для установки/сброса отдельных разрядов некоторого двоичного числа.

Внутрисхемное программирование Programming) - загрузка программы в микроконтроллер без его извлечения из целевой схемы.

Восьмеричное число - число, представленное в позиционной системе счисле ния по основанию 8.

Гарвардская архитектура - архитектура процессора, имеющего раздельные шины для подключения памяти команд и памяти данных.

Герц - единица измерения частоты: 1 Гц = Приложение 1 Гистерезис - зависимость передаточной характеристики от направления менения входного сигнала. Обычно используется для фильтрации шумов в циф ровых схемах.

Графический интерфейс пользователя (GUI, Graphic User Interface) - про стой, ориентированный на непрофессионального пользователя интерфейс ввода вывода информации, который задействует экран, клавиатуру и мышь.

Двоичные числа - числа, представленные в позиционной системе счисления по основанию 2. Например, десятичное число 37 = 32 + 4 + 1 = + + 2° = 10101.

- логическая микросхема, используемая для передачи вход ного сигнала на одну из нескольких выходных линий. См. Мультиплексор.

Десятичное число - число, представленное в позиционной системе счисления по основанию 10.

Дребезг механических контактов - эффект, заключающийся в появлении многочисленных ложных всплесков сигнала при коммутации механических пере ключателей.

ЖКИ (LCD, Liquid Crystal Display) - жидкокристаллический индикатор, используемый для отображения информации (обычно символьной).

Защита от дребезга - устранение ложных всплесков возникающих при коммутации механических переключателей.

Интерпретатор - программа, предназначенная для непосредственного вы полнения исходного текста приложения (без его предварительной компиля ции).

Инфракрасный свет infrared) - свет, имеющий длину волны 760 нм и бо лее, невидимый для человеческого глаза.

Катод — отрицательный электрод. См. Анод.

Катушка индуктивности - проволочная обмотка, предназначенная для хране ния энергии магнитного поля. Часто используется для генерации или фильтра ции электрических сигналов.

Кварцевый резонатор - устройство, используемое для генерации тактовых импульсов с точно заданной частотой.

Керамический резонатор - устройство, используемое для генерации тактовых импульсов определенной частоты (обычно с меньшей точностью, чем у кварцево го резонатора).

КМОП логика (CMOS) - тип логических микросхем, основанных на исполь зовании п- и униполярных транзисторов.

Командный цикл - период времени (всегда кратный длительности тактового цикла), в течение которого выполняется одна машинная команда процессора.

Компаратор - электронное устройство с двумя входами, которое использует ся для сравнения напряжений.

Компилятор - инструментальное программное средство, предназначенное для преобразования исходного текста программы в объектный код.

Компоновщик (linker) - инструментальное программное средство, предназна ченное для объединения нескольких объектных модулей и/или библиотек и фор мирования исполняемого файла.

368 Устройства управления роботами Конденсатор - устройство для сохранения электрического заряда. Часто исполь зуется в электронных схемах для фильтрации сигналов. Существуют керамические, электролитические и др. конденсаторы;

и электролитические являются поляризованными, то есть при их подключении необходимо соблюдать полярность. Короткий вывод поляризованного конденсатора — это катод (отрица тельный электрод).

Конечный автомат — аппаратное устройство или логическая модель системы с конечным набором возможных состояний. Переходы между состояниями осу ществляются при выполнении заданных условий и отображаются с помощью гра фа переходов (состояний).

Конкатенация - объединение двух битовых или строковых последовательно стей.

Константа - числовое значение, которое не может быть изменено в программе.

Кросс-ассемблер - инструментальное программное средство, позволяющее производить ассемблирование исходного текста программы, написанной для дру гой аппаратной платформы. См. Ассемблер.

Кросс-компилятор - инструментальное программное средство, позволяющее производить компиляцию исходного текста программы, написанной для другой аппаратной платформы. См. Компилятор.

Кулон - единица электрического заряда: = См. Ампер.

Логический анализатор - инструмент для проверки работы логических схем.

Логический вентиль (логический элемент) - электронная схема, используе мая для выполнения логических операций.

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 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 = 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 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 СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ Физические константы В табл. П2.1 приведены значения часто используемых физических констант.

Таблица Физические константы Обозначение константы Астрономическая (расстояние от Солнца до Земли) с 2,99792458x1 Скорость света в вакууме е 2,7182818285 Основание натуральных логарифмов ж 3,1415926535898 Число (отношение длины окружности к ее Электрическая постоянная Магнитная постоянная Ускорение свободного падения Постоянная Планка k Постоянная кг Масса покоя электрона кг Масса покоя нейтрона кг Масса покоя протона к Универсальная газовая постоянная V Скорость звука в сухом воздухе на уровне моря при 20 °С s 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 Обозначение Частота, Гц Соль Соль-диез G# Приложение 2 Таблица П2.2. Музыкальный звукоряд (окончание) Нота Частота, Гц А В 493, До С 523, До-диез с# 554, Ре D 587, Ре-диез D# 622, Ми Е 659, Фа F Фа-диез F# 740, Соль G 784, Соль-диез G# 830, Ля А 880, Ля-диез А# 932, В 987, 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 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 / R (условие баланса моста) ток через измерительный прибор не течет.

= Рис. П2. Т. Уитстона управления роботами Мощность VI.

t - RC.

Последовательное соединение I сопротивлений t - RC.

- + R2 +...

П Параллельное соединение сопротивлений t - L / R.

резистора, включенные параллельно (Rl x R2) / (Rl + R2).

Последовательное соединение емкостей Разря V(t) Параллельное соединение емкостей 1 + С2 + k Мост Уитстона где и число коэффициент условия : R3 / R а ток вторичной моста) ток через измерительный прибор не течет.

Частота = R1xR3/R Частота Скорость / Д Рис. Мост Уитстона PV Приложение 2 Резонанс в t = RC.

Постоянная времени RC-цепочки t = RC.

Постоянная времени t = L / R.

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 Булева алгебра A AND 1 = А A OR 0 = А A AND 0 = 0;

= 1;

NOT (NOT = А A AND 0;

A OR NOT (A) = 1;

A AND A = А = 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 2 000 000 000 ангстрем 1м 1 ч = 3600 с 1 год = 8760 ч Кратные и дольные приставки Тера = 1000 гига = мега Мега = кило кило 1 = 100 санти 1 = 1000 милли Кодовая таблица ASCII В табл. П2.4 приведены ASCII-коды символов.

Таблица Кодовая ASCII Биты 6—4 Управляющие символы Печатные символы Биты 3-0 000 010 P 0000 NUL Пробел P SOH DC/ 1 A 0 о • DC2 2 В R b г # ООП DC3 3 С S с S DC4 4 D Т d t $ 0101 ENO % 5 E e u SYN & 6 F V f V • BEL ETB 7 G w CAN 8 X X НТ EM 9 Y У LF SUB ' * J z z i + ;

1011 ESC К k [ { • < 1100 FF FS \ 1101 CR CS - M ] ;

> SO RS SI US ? О о DEL / ПРИЛОЖЕНИЕ Сравнительная характеристика микроконтроллеров В табл. П3.1 приведены основные сведения о микроконтроллерах, чаще всего используемых в автоматических устройствах.

Таблица ПЗ. Основные параметры микроконтроллеров Микро- Кол-во Объем памяти Размер Среда Программатор Комментарии контроллер выводов программ, памяти разработки инструкций данных, байт Microchip 6 512 1 Кб 25-41 Microchip Последовательный Используется для периферийных (может быть встроенным) контроллеров. Имеет встроенный генератор 4 МГц PIC16C505 12 байт 72 Microchip ICSP Для периферийных контроллеров или небольших автоматических устройств.

Имеет встроенный генератор 4 МГц PIC16HV540 12 байт 25 Microchip Имеет встроенный регулятор напряжения MPLAB 13 512 Кб 80-96 Microchip ICSP Имеет встроенный компаратор напряжения MPLAB PICI6F628 16 2 Кб 224 Microchip ICSP Имеет встроенный генератор 4 МГц MPLAB PIC16F84(AI 13 1 Кб 68 Microchip ICSP Имеет Flash-память MPLAB PIC16C71x 13 512 Кб 36-128 Microchip ICSP Содержит четыре АЦП MPLAB PICJ6F87x 8 Кб 368 Microchip ICSP Имеет встроенный АЦП, Flash-память, MPLAB отладчик 33 8 Кб 232-454 Microchip Параллельный Может работать с внешней MPLAB шиной 23-68 768-3840 Microchip ICSP Встроенный АЦП, Flash-память, MPLAB и внутренний аппаратный отладчик Parallax 8 256 байт 14 Parallax Параллельный порт Flash-память программ, PBASIC BASIC Stamp BASIC I/O 2 Кб 26 Parallax RS-232 Flash-память программ, PBASIC Stamp 2 stampw BASIC I/O 26 + 63 Parallax RS-232 Расширенный PBASIC Stamp 2e stampw BASIC I/O 26 + 63 Parallax RS-232 Расширенный Stamp 2sx stampw микроконтроллер Приложени е Таблица ПЗ. параметры микроконтроллеров Микро- памяти Размер Среда Программатор Комментарии контроллер ВЫВОДОВ программ, памяти разработки инструкций данных, байт BASIC 16/30 Parallax RS-232 Расширенный Stamp 2p + I/O Множество дополнительных функций.

0-32 Кб Необязательная внешняя программная 68НС память Много дополнительных функций.

Motorola 0-32 Кб Кб Необязательная внешняя программная память Handy 20 RS-232 Специально для разработки роботов (на основе OOPIC2 40 95 I2C Имеет различные интерфейсы 15 1 Кб 64 Studio Последовательный Для подсистем ввода-вывода или параллельный AT90S8515 32 8 Кб 12 Studio Параллельный Имеет компараторы и Flash-память 32 8 Кб 512 AYR Studio Параллельный Имеет АЦП и Flash-память IAVRI Intel 87C51 32 4 Кб Микроконтроллер с СППЗУ, и др. последовательный порт, возможность доступа к внешней 8-разрядной памяти 87C52 32 8 Кб 256 Микроконтроллер с СППЗУ, последовательный порт, возможность доступа к внешней 8-разрядной памяти Atmel 15 1-4 Кб 128 Микроконтроллер с встроенным AT89Cx051 компаратором напряжения и USART Kg Systems 38 В Аналоговый ввод-вывод, I2C, последовательный интерфейс, Поддержка многозадачности PC/104 Шина ввода-вывода, совместимая с ПЭВМ Flash, СППЗУ Устройства управлени я роботами ПРИЛОЖЕНИЕ Справочное руководство по языку Lite констант В табл. приведены обозначения констант, представленных в различных сис темах счисления.

Таблица П4. /. Представление констант в различных системах счисления Основание Формат PICC Формат 2 или ОВчисло 8 Очисло или \число 10 число число или или 16 Охчисло или ОХчисло или Охчисло Комментарии Два способа выделения комментариев:

Двойной слэш:

// Все символы до конца строки считаются комментарием.

2. Слэш со звездочкой:

/* Все символы здесь считаются комментарием. »/ Объявления переменных и констант Объявление переменной или константы представлено в следующем формате:

[* метка [= В квадратных скобках, как обычно, приведены необязательные элементы.

В табл. П4.2 перечислены допустимые типы данных.

382 Устройства управления роботами Таблица Типы данных в Тип Разрядность, бит Комментарии bit 1 Логическое значение char 8 Целое со знаком char 8 Целое без знака 16 Целое со знаком unsigned short 16 Целое без знака int 16 Целое со знаком unsigned int 16 Целое без знака long 32 Целое со знаком unsigned long 32 Целое без знака float 24 Вещественное с плавающей double 24 (по Вещественное с плавающей точкой можно увеличить до с помощью опции компилятора -D32J Для явного приведения типа используется конструкция вида (unsigned long) = 0x012345678;

Описание массива переменных:

[= значение2, Строковые переменные объявляются как массивы символов и хранятся в фор мате ASCIIZ:

char = "Это строка";

Последний символ NUL с кодом при объявлении строки вставляется ав томатически, но программисту приходится помнить о нем, если создание и обра ботка строк происходят в самой программе.

Для обращения к отдельному символу строковой переменной предусмотрена та же нотация, что и для элементов массива:

b = // Выбрали символ строки.

Для объявления указателя используется символ * (звездочка):

char » String = "Это строка";

В микроконтроллере PIC16F84 переменные могут располагаться в первом бан ке памяти по адресам с ОхОС до Ox4F, что соответствует абсолютным адресам с до OxOCF;

они могут быть отображены в нулевой банк памяти. В мик роконтроллере переменные хранятся как в нулевом, так и в первом банке памяти;

отображение адресов между банками невозможно.

В языке Lite, в отличие от стандартного С, нельзя использовать символ & для того, чтобы присвоить указателю адрес другой переменной.

Обращение к конкретным адресам регистров в языке PICC Lite представлено в следующем формате:

static unsigned char @ Приложение 4 Для обращения к отдельным битам регистра служит запись вида static bit • 8 + Если подключить к программе заголовочный файл pic.h, то можно использо вать стандартные имена регистров и битов.

Чтобы сообщить компилятору, что другая программа (скажем, процедура об работки прерываний) может в любой момент изменить значение некоторой пере менной, при ее описании надо указать volatile, например:

volatile unsigned @ Для описания констант используется квалификатор const, например:

const int Label = В результате переменная 1 будет размещена компилятором в ПЗУ, и ее значение нельзя будет изменить.

Объявление вида const char ptr;

создает указатель ptr на символ. Значение указателя может быть изменено, но сам символ - нет.

Наоборот, если записать char » const ptr;

то можно будет изменить значение символьной переменной, но не указателя.

При использовании микроконтроллера все объявленные в про грамме переменные размещаются в нулевом банке памяти, но можно использо вать квалификатор если требуется хранить переменную в первом банке.

Эта возможность недоступна для микроконтроллера PIC16F84.

Структуры и объединения Формат описания структуры или объединения:

struct | union { type type ' } Для доступа к полям структуры используется оператор ->. Для примера рас смотрим следующее определение:

struct < int dividend;

' // Частное.

int remainder;

// Остаток.

} result;

, // Результат деления.

Тогда можно записать:

result -> dividend = x / у;

result -> remainder = x % у;

Устройства управления роботами Приведем пример описания битовой структуры:

struct { unsigned : 3;

// Старшие три бита не будут использоваться.

PageSel : 2;

// Выбор номера страницы.

: 3;

// Смещение внутри страницы.

} PCLATH Функции Главная программа оформляется следующим образом:

void { // Текст программы.

> // Конец программы.

Формат описания функции:

ТипРезультата ( [ ] ) // Текст функции.

return value;

// значение.

} // Конец функции.

Для описания обработчика прерываний в заголовке функции надо указать модификатор interrupt:

void interrupt ИмяФункции (void) { Операторы виде формат оператора языка Lite выглядит следующим обра зом:

Переменная \ Константа [ Операция [ ] Переменная \ Константа ] ] Оператор присваивания значения переменной:

Переменная К управляющим конструкциям относятся следующие: if, while, do, for, switch.

Формат оператора if:

if ( ) [ Оператор ];

| { Оператор;

[ else [ Оператор ];

| { } ] Формат цикла while:

while ( Выражение ) [ Оператор ];

| { Оператор;

... } Приложение 4 Цикл описывается так:

for ( [ // Инициализация параметра цикла.

[ Условие Условие ]];

// Условие продолжения цикла.

[ Выражение // Изменение параметра цикла.

Оператор \ { Оператор;

} // Тело цикла.

Для немедленного выхода из цикла можно использовать оператор break.

Команда пропускает ту часть тела цикла, которая расположена пос ле нее, и переходит к следующему шагу. Эту команду можно указывать в циклах while и do/while.

Формат цикла с постусловием (он выполняется, пока условие истинно):

do Оператор;

[ { Оператор;

} while ( Условие );

Оператор выбора:

Выражение ) { case Оператор;

] [ break;

] case [ Оператор;

] [ break;

] [ Оператор;

] > Инструкция goto используется для перехода на указанный оператор (метка не может быть распо ложена вне тела функции). Формат описания метки:

Метка: Оператор;

Для возвращения результата выполнения функции используется оператор return Выражение;

Операции В табл. П4.3 приведены одноместные (унарные), в табл. П4.4 - двуместные (би нарные), а в табл. П4.5 - составные операции.

Таблица П4.3. Унарные операции Обозначение Операция Поразрядная инверсия Инкремент (увеличение на 1) Изменение знака числа Декремент (уменьшение на 1) 13- 386 Устройства управления роботами Таблица операции Обозначение Операция Логическое отрицание Логическое И & Поразрядное И (AND) или Логическое ИЛИ (OR) Поразрядное ИЛИ (OR) Л Исключающее ИЛИ (XOR) + Сложение - Вычитание Умножение * / Деление % от деления == Сравнение на равенство ! = Сравнение на неравенство < Меньше > Больше < = Меньше или равно > = или равно Сдвиг влево Сдвиг вправо Таблица операции Код ASCII Описание Возврат (CR) 0x0 ОА Перевод строки \f ОхООС Перевод страницы \Ь 0x008 Забой \t 0x009 Горизонтальная табуляция \v ОхООВ Вертикальная табуляция \а 0x007 Звонок (BEL) 0x027 Апостроф (') 0x022 Двойная кавычка \\ Обратный слэш (\/ Восьмеричный код \xddd OxOdd код Приложение 4 слова Ниже приведен список зарезервированных слов, которые не могут быть исполь зованы в качестве имен переменных, констант или меток:

auto if int break interrupt case persistent char return const signed continue static default struct do switch else union extern unsigned fastcall void for volatile goto while Управляющие символы В табл. П4.6 приведены специальные символы для управления экраном и по ложением курсора.

Таблица Управляющие символы Символ Код ASCII OxOOD Возврат каретки \п ОхООА Перевод строки (LF) \f ОхООС Перевод страницы \Ь 0x008 Забой \t 0x009 Горизонтальная табуляция \v ОхООВ Вертикальная табуляция \а 0x007 Звонок (BEL) V 0x 0x022 Двойная кавычка \\ Ох05С Обратный слэш \ddd - Восьмеричный код \xddd OxOdd код 388 Устройства управления роботами Директивы компилятора В табл. П4.7 приведены директивы управления компиляцией. Все директивы начинаются с символа # и выполняются при компиляции программы.

Таблица Директивы компилятора Функция Пустая директива Ассемблерная вставка Условие Генерация ошибки, если условие ложно Имя Определение идентификатора каждое вхождение Текст которого в текст программы компилятор заменит указанным текстом "Файл" Включение в текст программы содержимого указанного файла.

Если имя файла приведено в кавычках, то он ищется в текущем каталоге и во всех каталогах, которые указаны в переменной окружения о если в угловых скобках, то файл ищется в каталогах, указанных в переменной окружения INCLUDE Сообщение Генерация ошибки времени компиляции с выводом на экран указанного сообщения условие истинно, компилируется следующий до директивы или #endif. Если условие ложно, до #else или игнорируется Имя Если указанное имя определено в программе с помощью директивы ine, то следующий до директивы или Имя Если указанное имя не определено в программе с помощью директивы следующий до директивы или компилируется Условие Эта директива работает как #else и позволяет избежать вложенных директив Используется совместно с директивами Используется для завершения директив #ifdef или Номер ИмяФайла Определяет номер строки и имя файла листинга Определяет строки файла листинга «pragma Следующая функция обработки прерываний будет вызывать другую функцию. Позволяет подавить сообщение об ошибке, которое в этом случае генерируется по умолчанию Разрешает строки JIS национальный набор символов) #pragma Запрещает строки тип Определяет, что следующая должна принимать строковые данные в формате f psect Определяет, что данные будут помещены в определенный = Имя сегмент памяти regused Регистр Определяет регистры, которые будут сохранены в процедуре обработки прерывания Имя Отменяет определение указанного имени Сообщение Выводит предупреждающее сообщение во время компиляции Приложение 4 Параметры строки В табл. П4.8 приведены параметры, которые можно указывать в командной стро ке при вызове компилятора Lite.

Таблица Параметры командной строки компилятора Параметр Значение -processor Определяет тип процессора (можно указывать только 16С84, 16F84, 16F84A или J6F627) параметр -опция ассемблеру -ААНЕХ Генерирует в символьном формате American файл -BIN Генерируется выходной файл -С Компиляция будет закончена созданием файлов Генерирует файл перекрестных ссылок -D24 Использует усеченный, 24-разрядный формат вещественных чисел -D32 Использует полный (стандарт IEEE 754), 32-разрядный формат вещественных чисел Определяет макрокоманду препроцессора (как директива -Е Определяет расширенный формат для ошибок компилятора -Ефайл Перенаправляет сообщения об ошибках компилятора в указанный файл -Е+файл Сообщения об ошибках дописываются в конец существующего файла Задает формат для отладочной информации Разрешает использовать функции специальной библиотеки для работы с 32-разрядными вещественными числами Генерирует таблицу имен -HELP Выводит подсказку по командной строки -ICD Генерирует код для внутрисхемного отладчика Определяет путь к с подключаемыми файлами Генерирует выходной файл в формате Intel (по умолчанию) Определяет библиотеку, которая будет использоваться компоновщиком Определяет параметр который будет использоваться компоновщиком -Мфайл Запрашивает создание MAP файла -МОТ Генерирует выходной файл в шестнадцатеричном формате Motorola Определяет размер идентификаторов (по умолчанию — -NORT Запрещает компоновщику подключать к приложению стандартные модули времени выполнения -0 Разрешает оптимизацию кода -Офайл Определяет имя выходного файла -Р Запускает препроцессор для обработки исходного текста программы -PRE Создает файлы с результатом работы препроцессора -PROTO Генерирует информацию о прототипах функций После компоновки показывает карту памяти Определяет режим без вывода сообщений компиляции (данный параметр должен -Q указываться первым) 390 Устройства управления роботами Таблица Параметры командной строки компилятора (окончание) Параметр Значение Резервирует диапазон указанных адресов ОЗУ Резервирует диапазон указанных адресов ПЗУ Определяет адресный диапазон для внешнего ПЗУ -S Останавливает компиляцию после получения исходных ассемблерных файлов Определяет для символьных переменных формат «целое со знаком» (если при описании переменной явно не указан другой квалификатор) -STRICT Разрешает компилятору использовать строгие соглашения ANSI. В этом случае в программе нельзя использовать битовые переменные -ТЕК Генерирует выходной файл в формате Tektronix Отменяет определение указанного идентификатора выходной файл в формате -V Показывает в листинге параметры командной строки, заданные при вызове компилятора Устанавливает уровень предупреждающих сообщений компилятора _ V Исключает локальные символы из таблицы имен Определяет уровень оптимизации (максимум 3) Стандартные функции Lite В табл. П4.9 приведен список встроенных функций PICC Lite.

Стандартные функции PICC Lite Функция Заголовочный файл Комм int Вычисляет абсолютное значение числа double Вычисляет арккосинус (ответ в double Вычисляет арксинус (ответ в double atari (double) math.h Вычисляет арктангенс (ответ в double atan2 math.h Вычисляет арккотангенс (ответ в (double, double) double atof (const char *) math.h Преобразует строку ASCII в вещественное число int char stdlib.h Преобразует строку ASCII в целое число int char *) stdlib.h Преобразует строку ASCII в длинное целое число double math.h Округляет число с плавающей запятой до ближайшего целого (в большую char *) Получает строку из стандартного потока ввода double math.h Вычисляет косинус угла радианах) double math.h Вычисляет гиперболический косинус void *) Выводит строку символов на экран void Записывает байт в СППЗУ char, unsigned char) unsigned char Считывает байт из СППЗУ (unsigned char) Приложение 4 Таблица Стандартные функции Lite Функция Заголовочный файл Комментарии double math.h Вычисляет экспоненту double Вычисляет абсолютное значение числа double math.h Округляет число с плавающей запятой до ближайшего целого (в меньшую сторону) double int *) math.h Вычисляет целую степень вещественного числа char Получает один символ из стандарта потока ввода. Если входной поток пуст, ожидает появления символа char двухбайтовый символ из потока ввода получения старшего байта требуется повторный вызов этой функции) void conio.h Инициализирует UART Bit Возвращает если символ является буквенно-цифровым Bit ctype.h Возвращает если символ является буквой bit ctype.h Возвращает TRUE, если символ управляющий - или bit ctype.h Возвращает если символ является цифрой bit ctype.h Возвращает TRUE, если символ является печатным, но не пробелом (то есть его код лежит в диапазоне 0x bit ctype.h Возвращает TRUE, если символ — буква нижнего регистра bit ctype.h Возвращает если символ является знаком пунктуации bit ctype.h Возвращает TRUE, если символ является печатным bit ctype.h Возвращает TRUE, если код символа лежит в диапазоне 0x09 или является пробелом bit ctype.h Возвращает TRUE, если символ — буква верхнего регистра bit ctype.h Возвращает если символ цифра char conio.h Возвращает код нажатой клавиши double int) math.h Вычисляет целую степень целого числа double math.h Вычисляет натуральный логарифм double math.h Вычисляет десятичный логарифм const void* Ищет первое вхождение символа void unsigned int) int Сравнивает две строки const void *, unsigned int) void *, Копирует заданное число байтов const void unsigned int) void (void *, const h Копирует заданное число байтов void unsigned int) адресов источника и адресата могут перекрываться) void *, Заполняет заданное число ячеек памяти одним int, unsigned int) и тем же символом 392 Устройства управления роботами Таблица Стандартные функции Lite (продолжение) Функция Заголовочный файл Комментарии double Разбивает число с плавающей точкой на целую (double, double *) и дробную части double pow math.h Возводит число в степень (double, double) int printf stdio.h Выводит текстовые строки на экран.

стандартные символы форматирования: %i (const char (восьмеричное число);

%х, %Х число в нижнем или ' верхнем %и (целое число без знака);

(текстовый символ в коде ASCII);

(число с плавающей точкой);

(число с плавающей точкой, вместо символа указывается точность);

%G (число с плавающей точкой, формат выбирается SB зависимости от %р (указатель);

(символ void conio.h Выводит один символ в стандартный поток вывода int stdlib.h Возвращает случайное число - см.

double math.h Вычисляет синус угла (в радианах) double math.h Вычисляет гиперболический синус double math.h Вычисляет квадратный корень числа void stdlib.h Инициализирует генератор чисел • см. rand char* strcat Конкатенация строк ASCIIZ (char *, const char const char* strchr string.h Находит заданный символ в строке ASCIIZ (const char *, int) int char *, string.h Сравнивает две строки ASCIIZ const char char *strcpy string.h Копирует строку ASCIIZ (char char *) unsigned int strcspn string.h Возвращает число символов, которые входят (const char const char *) вторую строку, но отсутствуют в первой char (const char *) string.h Дублирует строку int char string.h Сравнивает строки (без учета регистра символов) const char *) const char *stristr string.h Возвращает указатель на вхождение второй (const char const строки в первую (без учета регистра символов) char *strncat (char *, string.h Добавляет в конец первой строки const char *, unsigned int) ASCIIZ заданное количество символов второй int char string.h Сравнивает заданное количество символов двух const char unsigned int) строк ASCIIZ int char *, string.h Сравнивает заданное количество символов двух const char *, unsigned int) строк ASCIIZ учета регистра символов) unsigned int strlen string.h Возвращает длину строки (const char *) char *, string.h Копирует заданное число символов из второй const char *, unsigned int) строки в первую const char* strpbrk string.h Возвращает первое вхождение в первую строку (const char *, const char * любого символа второй строки Приложение 4 Таблица Стандартные функции Lite (окончание) Функция Заголовочный файл const char* strrchr Возвращает позицию символа ( const char int) в строке ASCIIZ unsigned int strspn Сравнивает две строки и возвращает номер (const char char *) позиции первого несовпадающего символа const char *strstr string.h Возвращает указатель на вхождение второй const char char строки в первую const char *) double Вычисляет тангенс угла (в double Вычисляет гиперболический тангенс char Преобразует символ к нижнему регистру char Преобразует символ к верхнему регистру unsigned int xtoi Преобразует строку ASCII в (const char *) число ПРИЛОЖЕНИЕ Информация об авторе Свои пожелания отправляйте по электронному адресу myke@passport.ca Вы так же можете посетить сайт автора в сети Internet (www.myke.com).

Microchip Microchip Technology, Inc.

www.microchip.com На сайте находится полная документация в формате PDF и последние версии MPLAB.

Hi-Tech Hi-Tech Software www.htsoft.com На сайте представлена информация о последних версиях компиляторов для различных микроконтроллеров и микропроцессоров (в том числе и о компилято ре Lite).

Компиляторы для микроконтроллеров PICmicro Custom Computer Services, Inc.

ccs@ccsinfo.com PicBasic и PicBasic Pro MicroEngineering Labs, Inc.

www.melabs.com info@melabs.com Приложение 5 СС5Х В Data www.bknd.com sales@bknd.com ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ Seattle Robotics Society www.seattlerobotics.org Один из наиболее известных сайтов в Internet.

Silicon Valley HomeBrew Robotics Club www.wildrice.com/HBRobotics/HBRCBuildersBook.html Превосходное введение в робототехнику. Представлено большое количество инструкций по проектированию роботов и ссылок на соответствующие ресурсы.

robots.net http://robots.net Хороший сайт. Имеются на литературу, список разработок.

The Robot Menu www.robotics.com/robomenu/index.html Сайт посвящен человекоподобным роботам.

Robotics FAQ List www.frc.ri.cmu.edu/robotics-faq Охватывает практически все, чем занимается робототехника.

Innovatus www.innovatus.com Полезное программное обеспечение для разработчика автоматических устройств.

396 Устройства управления роботами RoboClub www.roboclub.ru Практическая робототехника (на русском языке). Роботы домашние, военные, боевые, мобильные;

автономные устройства, конструкции, компоненты, схемы, датчики, сенсоры, детекторы, исполнительные устройства, проекты, поведение, обучение, искусственный интеллект, алгоритмы, программирование, руководства, документация, покупка и продажа комплектующих, вопросы, советы, обзоры, со ревнования. Каталог ссылок на ресурсы Internet по робототехнике можно найти на страничке http://links.roboclub.ru.

Internet-робототехника www.applmat.ru/pages/i-robotics/rus/rhome.html Исследования по Internet-робототехнике были начаты в секторе робототехни ки ИПМ им. М. В. Келдыша РАН и в Группе компьютерной графики университе та Де Монтфорт (Милтон Кейнс, Англия) как продолжение совместного проекта INTAS по космической робототехнике. Практическую цель представляла разра ботка системы управления через Internet роботом-манипулятором (PUMA 560).

Периодические издания Circuit Cellar Ink: www.circellar.com Microcontroller Journal: www.mcjournal.com Nuts and Volts: www.nutsvolts.com Everyday Practical Electronics: www.epemag.wimborne.CQuk комплектующих OOO «МИКРО-ЧИП» sales@microchip.ru www.microchip.ru.

Тел./факс: (095) 963-96- На сайте имеется документация по микроконтроллерам PICmicro в формате PDF на русском языке.

Консультационно-технический центр по микроконтроллерам (КТЦ-МК) www.gaw.ru (095) 973-18-55, 942-34- Факс: (095) 973-18- Магазин «ЧИП и Приложение 5 sales@chip-dip.ru www.chip-dip.ru Москва, ул. Гиляровского, д. (095) 284-56-78, 281-99- НПО «СИММЕТРОН» npo@symmetron.ru www.symmetron.ru Москва, ул. 8 Марта, д. (095) 214-25-55, 212-33- Санкт-Петербург, ул. Таллинская, д. (812) 444-02- Сведения о других поставщиках вы можете найти в Internet по адресам www.catalog.gaw.ru. www.efind.ru. www.chipinfo.ru.

398 Устройства управления роботами СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Предко М. Руководство по микроконтроллерам. В 2-х тт. - М.: Постмар кет, 2001.

2. Предко М. Справочник по — ДМК Пресс, 2002.

3. Тавернье К. Практика применения. - ДМК Пресс, 2002.

4. Миль Г. Модели с дистанционным управлением. - Судостроение, 1984.

5. Мацкевич В. В. Занимательная анатомия роботов. Серия «Научно-попу лярная библиотека школьника». - Радио и связь, 1988.

6. Хейзерман Д. Как самому сделать робота. - Мир, 1979.

7. Янг Дж. Ф. Робототехника. - Машиностроение, 1979.., 8. Красковский Е. Дружинин Ю. Филатов Е. М. Расчет и конструиро вание механизмов приборов и вычислительных систем. Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. — Высшая школа, 1991.

9. Механика промышленных роботов. Учебное пособие для вузов: в 3 кн. / Под ред. К. В. Фролова, Е. И. Воробьева. - Высшая школа, 1988.

10. Смольников Б. А. Проблемы механики и оптимизации роботов. - На ука, 1991.

Попов Е. П., Ющенко А. С. Роботы и человек. - Наука, 1984.

12. Юревич Е. И. Основы робототехники. — Машиностроение, 1985.

13. Новиков Ю. В., Калашников О. Гуляев С. Э. Разработка устройств со пряжения для персонального компьютера типа IBM PC. Практ. пособие. ЭКОМ, 1997.

14. Белоусов И. Р. Управление роботами через сеть Интернет / Новое в управ лении и автоматике. - Наука, 2002.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Автомат конечный Дальномер ультразвуковой 252, Алгоритм генетический 352 Датчик Анализ ошибок 363 звуковой Арбитраж целевых установок 344 световой Архитектура Декодирование команд гарвардская 57 дистанционного управления Декремент принстонская Делитель напряжения Ассемблер балансировка АЦП 20, 46, Детерминированное АЧХ поведение Децибел Дисплей Банк памяти жидкокристаллический 34, Бит четности Дифференциальное включение Булева алгебра фоторезисторов В Ввод аналогового сигнала Задание входных воздействий Внутреннее сопротивление (стимулов) источника Закон Внутрисхемное ассоциативный программирование 57, дистрибутивный Выбор периферийных устройств коммутативный Выражение Ома Выход И с открытым коллектором с открытым стоком Излучатель пьезоэлектрический Измерение Гармоника расстояния Гармонический анализ сигналов сопротивления Гидролокатор Индикатор Гистерезис жидкокристаллический Глобальная переменная звуковой 400 Устройства управления роботами Инкремент Н Интерпретатор 37, Нейрон Искусственный интеллект НЗК Испытания роботов Низковольтное К программирование Номеронабиратель Квитирование КМОП 26, Код Manchester Обратная польская нотация NRZ Обучение нейронной сети Компаратор Объектный файл аналоговый Одометр Компилятор 37, Октава Компиляция Операционная система Компоновщик 38, многозадачная Конечный автомат реального времени Контакт ОС нормально замкнутый ОСРВ Контроллер Отладка жидкокристаллического Отладчик внутрисхемный дисплея нечеткий П Контроллер прерываний Конфигурационный регистр Память динамическая М статическая ПЗУ 26, Меандр Методы принятия решений ПО Микроконтроллер Поведенческое МК программирование Tamiya Порт ввода-вывода Модернизация устройств Постскалер Модификатор Прерывание Модуляция Прерывания по изменении уровня широтно-импульсная Монтаж входного сигнала накруткой 13 Прерыватель оптический печатный 13 Прескалер Мост Приемник команд 289 дистанционного управления Уитстона 374 Приоритет задачи Музыкальный звукоряд 372 Программатор Мысленный эксперимент 364 El Cheapo Предметный указатель Программирование нелинейное 324 с механическими источниками Программная модель входных сигналов Протокол синхронный с одометром с управляемыми двигателями 289, Радиоуправление 310 со световой индикацией Разрешение коллизий на шине таракан Распознавание звуковых команд 283 РОН Регенерация памяти Ряд Фурье Регистр CCP1CON EECON Сброс микроконтроллера INTCON 90, Светодиодный индикатор OPTION с общим анодом STATUS с общим катодом общего назначения Семафор флагов Серводвигатель Регистровые стимулы градуировка Регистровый файл Сервопривод Резонанс Сеть нейронная Резонатор Симулятор кварцевый Система навигации INS керамический 25, Системный ресурс Рекурсия Скорость звука Релаксационный генератор Слово Рефлексы идентификации Робот конфигурации мигалка Совмещение функций периферийных мышь 295, устройств пищалка Сокет радиоуправляемый 310, Сонар реагирующий Стабилизация траектории на звук Стартовый бит на присутствие человека Стек на свет 263, 269, Стимул ребенок бит с дальномером 252, с дистанционным управлением 238, 242, Таймер с жидкокристаллическим PWRT индикатором сторожевой с инфракрасным детектором Тактирование столкновений 402 Устройства управления роботами Теорема Моргана Ц Терминатор строки ЦАП Тестирование Цепочка Техническое задание RC 272, Токен RL Трансмиссия Трансформатор Триггер Частота среза фильтра Червяк в лабиринте Ш УВВ 32, Управление 44, 107-109, 168, 178, дистанционное 238, Уровень биологический Эмулятор механический внутрисхемный электронный терминала Уровни программирования Усилитель операционный 281, Ф ANSI ANSI С Файл стимулов 67, API ФАПЧ 56, 60, ASCII 37, 196, ФВЧ ASCIIZ 159, Физические константы Фильтр активный 281, BOD верхних частот BRG нижних частот Brown-out detection полосовой Фильтрация сигнала CAN ФНЧ CCP Формат Clock Stimulus INXM8 CMOS PDF CP 38 CPP 101, 108.

Функция повторно входимая 62 CTS Предметный указатель Debugger D Multimastering DCD DCE N DIP NRZ 34, 114, DRAM NTSC DSR DTE DTR E P EPROM PBasic F PC PDF Flash PIC G Lite GPR 87 PICmicro GPS 213 PIE1 GUI 162 PIR1 PROM Handshaking PROMATE HI-TECH PWM 107, 109, R I2C 33, 34, RAM 26, ICE 64, Register Stimulus 57, IDE 10, 28, ROM Interrupt handler RPN RS-232 34, L RS-485 RTOS 10, 130, 325 • LCD RTS Linker LVP s M SCL SDA Microwire 34..

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.