Микропроцессорные устройства РТС и их программное обеспечение (1088972), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В целомсистема работает следующим образом. На основе информации, поступающей в текущий момент времени отсенсорного датчика (сканирующего лазерного дальномера или TV_камеры), соответствующийпроцессорный модуль строит модель проходимости видимой в текущий момент времени области среды,каждому участку которой ставится в соответствие интегральный признак, определяющий трудность егопрохождения для робота. После того как данная модель сформирована, процессорный модуль формируетзапрос в центральный процессор, по которомупоследний переходит на подпрограмму считывания построенной модели.
С помощью специальногоалгоритма центральный процессор «накладывает» модель осмотренного участка на созданную ранееиерархическую модель среды движения ИМР, привязанную к координатам текущего положения ИМР исоставляющую его базу знаний о среде.После этого ЦП переходит к основной программе обработки, суть которой заключается в следующем.Модель среды движения, хранящаяся в базе знаний, отображается в ОНС, где параллельно разыгрываютсявсевозможные варианты траекторий движения ИМР кцели и выбирается оптимальный, информация о котором передается обратно в ЦП.
Последний, наосновании хранимой динамической модели шасси ИМР, рассчитывает параметры текущего движения ИМР(радиус поворота и скорость) для движения по оптимальной траектории. Эти параметры передаются далеена исполнительные приводы ИМР с помощью специального блока сопряжения с приводами. Выработкауправ_ляющих воздействий на приводы осуществляется через каждые 0,2 с, что обеспечивает предельнуюскорость движения ИМР в 10_15 км/ч.–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––=Вычислительная система современного робота часто представляется в виде иерархическойдвухуровневой системы (структуры): верхний уровень – контроллер, решающий траекторные задачи(прямую, обратную задачи кинематики, задачу интерполяции), нижний – контроллер(ы), управляющиеприводом.Вычислительная система робота должна решать задачи:1.2.3.4.5.расчет управляющих воздействийобработка сигналов с датчиков обратных связейавтодиагностика состояния приводаанализ аварийных ситуацийреализация различных законов управления (в частности ПИД–закона).Модуль управления приводом – он же устройство сопряжения с объектом (УСО).Подсистемы импульсного ввода применяется в робототехнических комплексах импульсных датчиков, навыходе которых информация представляется в форме обычных однополярных прямоугольных импульсов.Назначение УСО импульсного ввода – обработка этой информации, преобразование ее в цифровой вид, вводее на магистраль микроЭВМ.
Рекомендуется использовать, например, таймеры–счетчики микропроцессоровMCS–51.4. Области применения, функциональный состав и основные техническиехарактеристики микроконтроллеров семейства MCS-51(или по выбору студента).Intel 8051 — это однокристальный микроконтроллер (не путать с процессором) гарвардскойархитектуры, который был впервые произведен Intel в 1980 году, для использования во встраиваемыхсистемах.
В течение 1980-ых и начале 1990-ых годов был чрезвычайно популярен. Однако, в настоящеевремя устарел и вытеснен более современными устройствами, с 8051-совместимыми ядрами,производимыми более чем 20 независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняякомпания Dallas Semiconductor), NXP (ранее Philips Semiconductor), Winbond, Silicon Laboratories, TexasInstruments и Cypress Semiconductor. Существует также российский клон данной микросхемы, КР1816ВЕ51.Официальное название 8051-семейства микроконтроллеров Intel — MCS 51.Состоит из процессорного ядра (CPU), ОЗУ, ПЗУ, последовательного порта, параллельного порта,логики управления прерываниями, таймер и т. д.Шина данных — 8-ми битная шина данных.
Возможность обработки 8 бит данных за однуоперацию. Обуславливает название 8-битный микропроцессор.Шина адреса — 16 битная адресная шина. Возможность доступа к 216 адресам памяти, то есть 64 кБадресное пространство в ОЗУ и ПЗУ.Встроенное ОЗУ — 128 байт (Памяти данных).Встроенное ПЗУ — 4 КБ (Памяти программ).Четыре порта ввода/вывода: один двунаправленный и три квазидвунаправленных.Последовательный интерфейс UART (Универсальный асинхронный приёмопередатчик).Два 16-битных таймера.Два уровня приоритета прерываний.Энергосберегающий режим.Чрезвычайно полезной особенностью 8051 ядра является обработка булевых данных, что позволило ввестибинарную логику, оперирующую напрямую с битами внутренней ОЗУ (области из 128 прямо-адресуемыхбитов) и регистров. Данная особенность была востребована в приложениях промышленной автоматики.
Ещеодна ценная особенность состояла в 4 независимых наборах регистров, которые значительно уменьшализадержки при обработке прерываний, в сравнении с классическим использованием стека, применявшимсяранее.Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП,UART) может быть настроен для использования врежиме 9-бит данных, что делает возможным адресную приемо-передачу в многоточечном подключении наоснове RS-485 аппаратного протокола.8051-совместимые микроконтроллеры обычно имеют один или два УАПП (UART), два или три таймера, 128или 256 байт встроенной ОЗУ (16 байт которой имеют побитовую адресацию), от 512 байт до 128 Кбайтвстроенной памяти программ (ПЗУ), и иногда встречается использование EEPROM, адресуемой через«регистры специального назначения» (SFR = special function register).
Один машинный цикл оригинального8051 ядра занимает 12 временных тактов, а большинство инструкций выполняется за один или двамашинных цикла. При частоте тактового генератора, равной 12 МГц, 8051 ядро может выполнять 1 миллионопераций в секунду, выполняемых за один цикл, или 500 тысяч операций в секунду, выполняемых за двацикла. Улучшенное 8051-совместимое ядро, которое в настоящее время распространено, выполняетмашинный цикл за шесть, четыре, два, или даже за один временной такт, и позволяет использовать тактовыегенераторы с частотой до 100 МГц, что позволило увеличить количество выполняемых операций в секунду.Все 8051 совместимые устройства, производимые SILabs, некоторые из производимых Dallas и немногие изпроизводимых Atmel имеют ядро с 1 тактом на машинный цикл.Еще более быстрые 8051 ядра, с 1 тактом на машинный цикл, организуются использованием ПЛИС, такихкак FPGA (скорость в диапазоне 130—150 МГц) или ASIC (скорость в диапазоне нескольких сотен МГц),при помощи специальной прошивки.
Примеры можно увидеть на e8051.com.Общей особенностью в современных 8051-совместимых микроконтроллерах стало встраивание улучшенныхи дополнительных схем, таких как: автоматический сброс по падению питающего напряжения; встроенныетактовые генераторы; внутрисхемное программирование памяти программ; автозагрузчики долговременнойпамяти данных на основе EEPROM; I²C (стандарт 3-х проводной последовательной шины); SPI; USB хостинтерфейс; ШИМ-генераторы; аналоговых компараторов; АЦП и ЦАП преобразователей; часов реальноговремени; дополнительных таймеров и счетчиков; внутрисхемных отладчиков, дополнительных источниковпрерываний; расширенных энергосберегающих режимов.Для 8051 доступно несколько компиляторов с языка программирования Си, большинство изкоторых поддерживает расширения языка для более эффективного использования особенностей 8051.Например, программист может указать, в каком из шести типов памяти 8051 необходимо хранитьпеременную; компилятору можно указать, каким образом использовать переключаемые регистровые блокии инструкции для манипулирования отдельными разрядами регистров.
Для программирования 8051используются и другие языки высокого уровня: Форт, Бейсик, Паскаль, PL/M и Modula-2, однако они неполучили такого широкого распространения как Си и ассемблер.5. Структура вычислительных средств системы управления современногопромышленного робота.Рассказать о микроЭВМ, устройстве микроЭВМ, связи микроЭВМ с датчиками. Возможно стоит рассказатьоб интерфейсах.Подключение устройств ввода/вывода к микро-ЭВМ.
Порты ввода/вывода, параллельная шина. Внешняяшина микро-ЭВМ семейства MCS51.Intel 8051 — это однокристальный микроконтроллер (не путать с процессором) гарвардской архитектуры,который был впервые произведен Intel в 1980 году, для использования во встраиваемых системах. В течение1980-ых и начале 1990-ых годов был чрезвычайно популярен. Однако, в настоящее время устарел ивытеснен более современными устройствами, с 8051-совместимыми ядрами, производимыми более чем 20независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания Dallas Semiconductor),NXP (ранее Philips Semiconductor), Winbond, Silicon Laboratories, Texas Instruments и Cypress Semiconductor.Существует также российский клон данной микросхемы, КР1816ВЕ51. Официальное название 8051семейства микроконтроллеров Intel — MCS 51.Первые из 8051-семейства Intel производились с использованием n-МОП технологии, но следующие версии,содержащие символ «C» в названии, такие как 80C51, использовали КМОП-технологию и потреблялименьшую мощность, чем n-МОП предшественники (это облегчало их применение для устройств с питаниемот батарей).Важные особенности и применениеСостоит из процессорного ядра (CPU), ОЗУ, ПЗУ, последовательного порта, параллельного порта,логики управления прерываниями, таймер и т.
д.Шина данных — 8-ми битная шина данных. Возможность обработки 8 бит данных за однуоперацию. Обуславливает название 8-битный микропроцессор.Шина адреса — 16 битная адресная шина. Возможность доступа к 216 адресам памяти, то есть 64 кБадресное пространство в ОЗУ и ПЗУ.Встроенное ОЗУ — 128 байт (Памяти данных).Встроенное ПЗУ — 4 КБ (Памяти программ).Четыре порта ввода/вывода: один двунаправленный и три квазидвунаправленных.Последовательный интерфейс USART (Универсальный асинхронный приёмопередатчик).Два 16-битных таймера.Два уровня приоритета прерываний.Энергосберегающий режим.Чрезвычайно полезной особенностью 8051 ядра является обработка булевых данных, что позволило ввестибинарную логику, оперирующую напрямую с битами внутренней ОЗУ (области из 128 прямо-адресуемыхбитов) и регистров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
