А задумывались ли Вы, что можно сделать на ЭВМ «Берёста-4» с объемом памяти ПЗУ 256 байт? Многие из Вас скажут, что можно всего лишь поморгать светодиодом, а я скажу Вам, что можно сделать ЧПУ станок. Лично я давно хотел себе ЧПУ «рисовалку» вот её и задумал сделать.
Начнем с самого простого: подергаем шаговым двигателем. В роли шагового двигателя - шаговый двигатель 17HS08-1004S. Управление «шаговиком» доверим драйверу на микросхеме tb6600. Здесь все просто: выбрал направление кручения и подал импульс. Шаговый двигатель сделал один микрошаг. Главное - настроить драйвер по току да по количеству микрошагов в одном шаге. Настраивается это все выключателями на самом драйвере.
Ну, с этой задачей «одноплатник» справился. В принципе, я и не сомневался, потому что задача из разряда легких. А вот дальше начинается ужас- он же кошмар.) Так как памяти у «Берёсты» очень мало (256 байт), а поставленная задача не из разряда «Hello world», то нужно как-то выкручиваться. На «Берёсте» нет аппаратного UART. При реализации программного, возможно, не хватит памяти. Что же делать?
Открываю перед собой диаграмму UART и, гипнотизируя её взглядом, начинаю сворачивать извилину мозга в ленту Мебиуса: «Плюс. Все время плюс. Началась передача — это минус. Дальше пошли данные, бит четности и все сначала. Данные… Вся сложность в данных. А если я их упрощу? Но как? Компьютер выдает стандарт, и станок должен этот стандарт принять. Ставить посредника в виде микроконтроллера не хочу и не буду. В комплексе с этой проблемой идет еще одна. «Берёсте» не хватит памяти, чтобы отработать G-код. Значит, нужно придумать упрощённый стандарт: команда выбора направления вперед/назад, движение по Х шаг (согласно выбранного направления). По Y - то же самое. По Z - поднять/опустить перо. Итого 6 команд. Если первая команда будет число 1 переданный по UART, вторая команда будет число 3, третья - 7, четвертая - 15, пятая – 31. А так как это все в двоичной системе, то данные будут всегда плюс, который зажат с двух сторон минусами, а различаться будут только длительностью этого плюса. Такой своеобразный «UARTовый ШИМ». А это может сработать!»
И тут из телевизора раздается голос Пина (Смешарики): «Компрессия!!!»
Я мысленно согласился и начал писать код «ШИМового UARTA».
И так, у меня есть программа, которая передает команды. Станок их принимает и даже распознает. Шаговые двигатели в движении. Вроде бы все хорошо, но ставить шаговый двигатель с громоздким драйвером на ось Z это как стрелять из пушки по воробью. От оси Z требуется поднять перо или опустить. Более рационально установить на эту ось сервопривод.
В ходе непринуждённого диалога сервопривод сообщил мне, что он любит ШИМ, но у меня нет аппаратного ШИМ. Придется писать программный. Но у меня нет таймера и прерываний. Можно, конечно, и без этой роскоши (таймер/прерывание), но возникает другая проблема: большую часть времени «Берёста» занята обработкой UART. От того очень сложно рассчитать интервалы. Как же мне быть? Решение возникло, само собой. Оказывается, моему сервоприводу SG90-9G (за другие модели ничего не скажу) не обязательно в определенное время выдавать сигнал угла поворота. То есть достаточно выдать импульс продолжительностью 500-24000 мкс. , что соответствует углу поворота 0-180 градусов, а потом безгранично долго можно ничего не подавать, до возникновения необходимости в этом.
код для "Берёсты":
//начинаем опрашивать UART start: mov buf,0 mov r2,buf mov buf,8 mov adr,buf mov buf,1 mov ram,buf mov buf,10 mov r1,buf mov a,p2 mov roma1, rx mov roma2, rx jbz0 //если - то переход на прием // если + mov roma1, start mov roma2, start jmp rx: mov a,p2 mov roma1, rx mov roma2, rx jbz0 //если - то ждем // если + start2: mov a,p2 mov roma1, rx2 mov roma2, rx2 jbz0 //если - то переход на закончить // если + mov a,r1 add r1 mov roma1, up mov roma2, up jc //если переполнение mov roma1, start2 mov roma2, start2 jmp up: mov a,r2 add r2 mov r1,buf mov roma1, start2 mov roma2, start2 jmp rx2: mov a,p2 mov roma1, rx2 mov roma2, rx2 jbz0 //если - то ждем // если + mov buf,1 mov ram,buf mov a,r2 mov ROMa1, Xclk mov ROMa2, Xclk je //если равны то переход mov buf,3 mov ram,buf mov a,r2 mov ROMa1, Yclk mov ROMa2, Yclk je //если равны то переход mov buf,2 mov ram,buf mov a,r2 mov ROMa1, DIRup mov ROMa2, DIRup je //если равны то переход mov buf,4 mov ram,buf mov a,r2 mov ROMa1, DIRdown mov ROMa2, DIRdown je //если равны то переход mov buf,5 mov ram,buf mov a,r2 mov ROMa1, Zdown mov ROMa2, Zdown je //если равны то переход mov buf,6 mov ram,buf mov a,r2 mov ROMa1, Zup mov ROMa2, Zup je //если равны то переход //иначе ждем следующий байт mov roma1, loop //указываем координаты для переходов на метку start mov roma2, loop //указываем координаты для переходов на метку start jmp //повторим Zup: mov buf,8 //1 в буфер mov p1, buf //отправить в порт 1 mov buf,0 mov r1,buf delay270: mov buf,8 mov adr,buf mov buf,1 mov ram,buf mov buf,1 mov a,buf delay27: add a mov roma1, vse27 mov roma2, vse27 jc //если регистр а переполнился то закончить задержку mov roma1, delay27 mov roma2, delay27 jmp vse27: mov a,r1 add r1 mov roma1, vse270 mov roma2, vse270 jc //если регистр а переполнился то закончить задержку mov roma1, delay270 mov roma2, delay270 jmp vse270: mov buf,0 //0 в буфер mov p1, buf //отправить в порт 0 mov roma1, loop //указываем координаты для переходов на метку start mov roma2, loop //указываем координаты для переходов на метку start jmp //повторим Zdown: mov buf,8 //1 в буфер mov p1, buf //отправить в порт 1 mov buf,1 mov r1,buf delay2701: mov buf,8 mov adr,buf mov buf,1 mov ram,buf mov buf,1 mov a,buf delay271: add a mov roma1, vse271 mov roma2, vse271 jc //если регистр а переполнился то закончить задержку mov roma1, delay271 mov roma2, delay271 jmp vse271: mov a,r1 add r1 mov roma1, vse2701 mov roma2, vse2701 jc //если регистр а переполнился то закончить задержку mov roma1, delay2701 mov roma2, delay2701 jmp vse2701: mov buf,0 //0 в буфер mov p1, buf //отправить в порт 0 mov roma1, loop //указываем координаты для переходов на метку start mov roma2, loop //указываем координаты для переходов на метку start jmp //повторим DIRup: mov buf,2 //выбор направления вращения DIR mov p1,buf mov buf,10 //сохраняем выбор направления вращения DIR mov adr,buf mov buf,1 mov ram,buf mov roma1, loop //указываем координаты для переходов на метку start mov roma2, loop //указываем координаты для переходов на метку start jmp //повторим DIRdown: mov buf,10 //сохраняем выбор направления вращения DIR mov adr,buf mov buf,0 //выбор направления вращения DIR mov p1,buf mov ram,buf mov roma1, loop //указываем координаты для переходов на метку start mov roma2, loop //указываем координаты для переходов на метку start jmp //повторим Yclk: mov buf,10 mov adr,buf mov a,ram mov roma1, lab2 mov roma2, lab2 jbz0 //если 0 то переход mov buf,6 mov p1,buf mov roma1, delay mov roma2, delay jmp lab2: mov a,p2 mov roma1, stepY //указываем координаты для переходов на метку mov roma2, stepY //указываем координаты для переходов на метку jbz2 //если - то переход (концевик не сработал, Y>0) // теперь Y=0 mov roma1, delay mov roma2, delay jmp stepY: mov buf,4 mov p1,buf mov roma1, delay mov roma2, delay jmp Xclk: mov buf,10 mov adr,buf mov a,ram mov roma1, lab1 mov roma2, lab1 jbz0 //если 0 то переход mov buf,3 mov p1,buf mov roma1, delay mov roma2, delay jmp lab1: mov a,p2 mov roma1, stepx //указываем координаты для переходов на метку mov roma2, stepx //указываем координаты для переходов на метку jbz1 //если - то переход (концевик не сработал, Х>0) // если X=0 mov roma1, delay mov roma2, delay jmp stepx: mov buf,1 mov p1,buf //вместо delay ------------ delay: //- mov buf,8 //- mov adr,buf //- mov buf,0 //- mov r1,buf //- delay_lab: //- mov a,r1 //- add r1 //- //- mov roma1, delay_out //- mov roma2, delay_out //- jc //если переполнение mov roma1, delay_lab //- mov roma2, delay_lab //- jmp //- //------------------------ delay_out: mov buf,10 mov adr,buf mov a,ram mov roma1, label3 mov roma2, label3 jbz0 //если 0 то переход mov buf,2 mov p1,buf mov ROMa1, loop mov ROMa2, loop jmp label3: mov buf,0 mov p1,buf loop: mov roma1, start //указываем координаты для переходов на метку start mov roma2, start //указываем координаты для переходов на метку start jmp //повторим
Готовые решения управления «рисовалкой» мне не подойдут, так как они отправляют G-коды. Значит, надо писать свою. Она должна уметь: устанавливать соединение с ЧПУ и преобразовывать G-код в нужную мне систему команд. Если с установкой соединения все просто, то с преобразованием G-кода чуть-чуть интересней.
Описание команд ЧПУ «рисовалки»:
мнемоника | описание команды |
U | Выбор направления вперед для осей Х, Y |
D | Выбор направления назад для осей Х, Y |
X | Двинуть Х на 1 микрошаг |
Y | Двинуть Y на 1 микрошаг |
+ | поднять перо |
- | опустить перо |
Пример G-кода (предположим, что исполнительное устройство находится в координатах X=0, Y=0):
G0 X2 Y2
В данном примере ЧПУ-станок построит вектор с координатами (X=0, Y=0)-(X=2, Y=2) и начнет двигать исполнительное устройство по этому вектору до координаты X=2, Y=2
Моя же «рисовалка» вектор строить не может, поэтому за нее это сделает программа на компьютере. И тут я в очередной раз освежил в памяти алгоритм Брезенхема. Вот он как раз и превратит координаты начала и конца линии в координаты каждой точки этой линии.
Мой код (предположим, что исполнительное устройство находится в координатах X=0, Y=0):
UXYXY
После выполнения этой последовательности исполнительное устройство будет находиться по координатам X=2, Y=2
Ну и пару слов о компьютерной программе. Подключаемся к ЧПУ на скорости 9600 бод. Открываем файл G-кода. Программа преобразует его в упрощённый формат, используя алгоритм Брезенхема. Жмем «отправить» и ЧПУ начинает рисовать. Также есть возможность управлять ЧПУ по всем осям в ручную.
Максимальный размер рисуемой картинки - 75х85 мм. В роли пера используется карандаш с диаметром графита 0.7 мм. В роли посредника между компьютером и ЧПУ выступает любой преобразователь USB-UART. Я пробовал как основанный на микросхеме CP2102, так и на микросхеме CH240.
Подведем итог: программа драйвера для «Берёсты» получилась объёмом 228 байт, что прекрасно вписывается в максимальный объем 256 байт. На её плечи ложится контроль двух концевых выключателей по оси Х и Y, два шаговых двигателя, один сервопривод, прием и обработку 6 команд по UART. И остается еще аж целых 28 байт на развитие.)
Вот такая «Берёста» у нас получилась: поморгает, порисует, а может и еще какие скрытые таланты имеет. Ну, это уже совсем другая история. ;)
исходные файлы проекта: Яндекс Диск
немного видео:
