Глава 8. Селектор команд

Подлинной сущностью современной робототехники является создание машин, способных ставить себе цели, оценивать условия окружающей среды и реагировать соответствующим образом. Бастер I еще далек от этого уровня. Он лишь немногим сложнее простого электрического автомобиля, полностью управляемого оператором. Логическая плата управления поворотом реализует некоторые автоматические действия, но в остальном Бастер I едва ли является самостоятельным созданием. Он делает то, что ему задают, и очень немного сверх того.

Эта и последующая глава значительно приближают нас к тому моменту, когда Бастер превратится в создание со своим собственным разумом. Этот переход, однако, совершается постепенно; для него необходимо изготовить 5 печатных плат, панель индикации на светоизлучающих диодах (СИД) и панель управления. Но даже после этого наблюдатель не заметит больших изменений в поведении Бастера. Время и деньги, затраченные на эти усовершенствования, не принесут значительных результатов, по крайней мере сразу.

Как видно из рис. 8.1, селектор команд подает на вход дешифратора команд движения и поворота одно 4-разрядное двоичное управляющее слово. Ранее дешифратор команд получал управляющие слова от ручной панели управления Бастера I. Теперь он получает их от селектора команд.

Рис. 8.1. Блок-схема системы выбора команд

На вход селектора управляющие слова поступают из различных блоков Бастера II. Четыре 4-разрядных канала поступают на селектор команды с высоким приоритетом, а еще 4 канала поступают на вход селектора команды с низким приоритетом. Входные данные - до восьми каналов - сортируются и подаются на выходной блок, который посылает наиболее приоритетное управляющее слово на входы дешифратора команд и на панель индикации.

Хотя селектор команд принимает до восьми управляющих слов одновременно, Бастер может выполнять лишь одну команду в каждый момент. Это означает, что необходима схема, которая бы решала, какое из восьми управляющих слов на входе - и часто противоречащих друг другу - должно попасть на вход дешифратора команд. Эта задача выбора приоритетов в значительной степени решается платой управления селектором.

Роль блока управления селектором станет ясной еще до завершения работы над системой Бастер II. Сейчас достаточно сказать, что этот блок необходим для правильной реакции Бастера на окружающую его среду, и именно эта способность делает Бастер уникальным.

Короче говоря, селектор команд представляет собой интегративную функцию, свойственную человеческому мозгу. Данные, входящие извне, сходятся в этом блоке, который оценивает их с учетом текущей обстановки. После принятия решения наиболее подходящая команда передается на исполнение.

Разумеется, действия Бастера изменяют внешнюю среду и меняют условия, в которых принимается следующее решение. В некотором смысле Бастер запрограммирован так, что он способен думать о себе, и именно этим он отличается от машин любого другого класса, существующих в мире сегодня.

Эта глава посвящена разработке, изготовлению и установке плат селекторов команд с низким и высоким приоритетом, выходного блока и панели индикации. В гл. 9 рассматриваются блок управления селектором, панель автономного ручного управления и буфер, находящийся между ними.

Выходной блок и панель индикации

Плата выходного блока и панель индикации непосредственно связаны со схемой дешифратора команд движения и поворота; как видно из рис. 8.2, выходной блок выдает управляющее слово, как в прямом, так и в инверсном коде. В системах с дешифратором команд, изготовленном по схеме первого варианта, используются все выходные сигналы, во втором варианте дешифратора используются только прямые выходы.

Рис. 8.2. Схема выходного блока. ИС1 - 6-НЕ 7404, ИС2 - 4-2ИЛИ-НЕ 7402; Q1-Q4 - 2N697

Выходной блок содержит также буферные транзисторные усилители, предназначенные для управления СИД панели индикации. СИД загораются, когда соответствующие выходные разряды устанавливаются в 1, что дает оператору возможность видеть, какая из 16 возможных команд поступает на дешифратор.

Принципы работы

На входе блока стоят двухвходовые вентили типа ИЛИ-НЕ, которые объединяют два 4-разрядных управляющих слова в одно. Инверсные состояния разрядов снимаются непосредственно с выходов вентилей ИС2. Содержащиеся в ИС1 инверторы дают неинвертированные значения разрядов.

Неинвертированные сигналы поступают также на базы четырех транзисторов (Ql-Q4). Эти транзисторы управляют СИД панели индикации, которые имеют общие аноды (рис. 8.3). Резисторы служат для задания режима работы транзисторов.

Рис. 8.3. Панель индикации на СИД. а - схема; б - печатная плата. Все СИД рассчитаны на ток 20 мА, прямое падение напряжения 1,6 В; точка указывает катод

При появлении высокого уровня на одном из входов блока выход соответствующего вентиля ИЛИ-НЕ переходит в состояние с низким потенциалом. Этот сигнал появляется на выходе О´. Инвертор меняет уровень, который затем поступает на выход О´ и одновременно открывает транзистор. Открытый транзистор дает ток, необходимый для загорания СИД в его коллекторной цепи.

Детали конструкции

Плата выходного блока обрезается до стандартного для всей системы размера 100 X 150 мм. Плата индикации, которая показана на рис. 8.3, устанавливается на задней поверхности стойки с печатными платами, поэтому она может быть меньшего размера, например 100 X 75 мм.

Замечания по установке и проверке

Задвиньте плату выходного блока в стойку непосредственно над дешифратором команд и запаяйте 4 соединения между выходами О' и соответствующими входами дешифратора. При этом может быть весьма полезной схема распайки, приведенная на рис. 8.6. Если в системе используется дешифратор в первом варианте, сделайте аналогичные соединения для инверсных сигналов. Если дешифратор выполнен во втором варианте, инверсные выходы платы выходного блока остаются свободными.

Изготовьте 5-жильный кабель для связи панели индикации с платой и распаяйте его. Руководством служит схема распайки на рис. 8.6.

Для проверки работы выходного блока и панели индикации отключите двигатели движения и поворота от источника питания и закоротите на земляную шину все входы с низким приоритетом PL. Подавая напряжение +5 В на каждый из входов с высоким приоритетом РН, следите за состоянием СИД. При подаче напряжения на вход PH, должен загораться светодиод L₁, при подаче напряжения на вход РН₂ - L₂. При проверке должны загораться СИД, соответствующие входам, на которые подано +5 В. Аналогичным образом после заземления всех входов РН проверяются входы PL: например, L₁ должен загореться при подаче напряжения на вход PL₁.

Сейчас вы снова можете запустить Бастера, подсоединив на соответствующие входы РН выходы одной из панелей управления, описанных в гл. 7. Неиспользуемые входы PL следует закоротить на землю.

Поданные на выходной блок с помощью временной панели управления управляющие слова будут управлять Бастером как обычно. А панель индикации, которая показывает заданную команду, делает это несколько более занимательным.

Селекторы команд

Селекторы команд работают подобно реле с четырьмя парами контактов, которые замыкаются при подаче управляющего сигнала. Полная система управления Бастера может иметь 8 идущих одновременно команд, но эта система "реле" пропускает лишь одну из команд на управление движением и поворотом Бастера.

Принципы работы

Схема одного селектора команд (реле) приведена на рис. 8.4. D - входы, причем D1 означает код, поступающий от источника управляющих слов номер 1. Индекс указывает номер разряда кода D1. Например, D1₁ означает бит 1 управляющего слова по каналу № 1, a D12 - бит 2 того же кода 8-4-2-1.

Рис. 8.4. Схема прохождения одной команды через плату селектора команд

Обычно управляющие слова поступают на входы все время. Пока по разрешающей шине G_D1 на каждый из вентилей И-НЕ поступает низкий потенциал, сигналы не проходят на следующий каскад. Подобно реле с четырьмя парами контактов прохождение данных между входом и последующим каскадом разрешается и блокируется одним разрешающим сигналом - в данном случае G_D1. Когда на шине G_D1 низкий потенциал, "контакты реле" разомкнуты, но при высоком потенциале на G_D1 "контакты реле" замыкаются и передают код на следующий каскад.

Два селектора команд содержат четыре 4-разрядных канала или "реле". Четыре канала на каждой плате сводятся к двум с помощью четырехвходовых вентилей И-НЕ, а последние сводятся в один в выходном блоке. На этом этапе важно осознать, что все восемь входов могут одновременно принимать управляющие слова от соответствующих схем. Однако лишь одно "реле" включено в каждый момент времени; выработка такой комбинации управляющих сигналов GD, которая пропускает наиболее приоритетный управляющий код через всю схему, обеспечивается блоком управления селектором.

Полные логические управления работы селектора команд с высоким приоритетом РН приведены в табл. 8.1. Уравнения для платы команд с низким приоритетом PL имеют тот же вид с учетом замены РН на PL и каналов 1-4 на каналы 5-8.

Таблица 8.1. Логические уравнения платы селектора команд РН

Полная схема платы селектора команд с высоким приоритетом приведена на рис. 8.5. Аналогичная плата принимает сигналы по каналам 5-8, ее выходы обозначаются PL (для окончательной ясности см. рис. 8.6).

Рис. 8.5. Полная схема одной из плат селектора команд. ИС1, 2, 4, 5 - 4-2И-НЕ 7400, ИС3, 6 - 2-4И-НЕ 7420

Рис. 8.6. Схема распайки плат селекторов команд, выходного блока и панели индикации

Детали конструкции

В системе Бастер II не используются все восемь каналов управляющих слов. Тем не менее следует сейчас изготовить и установить обе платы, заземлив все неиспользуемые входы. Необходимость иметь сейчас восемь каналов объясняется тем, что система установки приоритетов (блок управления селектором, рассматриваемый в следующей главе) присваивает приоритеты поступающим командам в соответствии с каналами, по которым они поступают. Некоторые команды Бастера II имеют высокий приоритет и должны поступать на селектор РН, а команды Бастера II с низким приоритетом должны поступать на плату PL. Изготовьте две одинаковые платы селекторов, пометив одну РН и каналы 1-4, а другую PL и каналы 5-8.

Замечания по установке и проверке

К этому моменту выходной блок и панель индикации должны быть установлены и правильно работать. В связи с тем что проверка селекторов команд может быть довольно громоздкой, я решил проверить готовые платы после их установки.

Задвиньте платы в стойку над платой выходного блока. Четко пометьте платы РН и PL таким образом, чтобы исключить возможность путаницы при добавлении в дальнейшем новых команд. Положение плат относительно выходного блока не имеет значения - при условии, что они четко помечены.

Таблица 8.2. Таблица проверки плат селектора команд

(Примечания:

3. При проведении этой проверки все неиспользуемые сигналы (GD) закорачиваются на землю.)

Распаяйте все выходы плат РН и PL на соответствующие входы платы выходного блока (см. схему распайки на рис. 8.6). Подведите к платам питание и отключите питание от двигателей движения и поворота.

Шаг за шагом проверьте логические схемы в соответствии с табл. 8.2.

Чтобы снова запустить Бастер, подайте на входы D1₁,D1₂, D1₄ и D1₈ платы РН выходы одной из временных панелей управления, описанных в гл. 7. Подайте напряжение +5 В на вывод G_D1, чтобы снять блокировку с входных вентилей канала D1. Все остальные входы селекторов команд закоротите на землю до тех пор, пока они не понадобятся. Бастер будет реагировать на команды ручного управления обычным образом.