Урок 1. Серво: угол числом

После этого урока на холсте серво — моторчик с рычагом, который встаёт на заданный угол и держит его. Угол ты задаёшь числом на четырёх тумблерах: 0 — рычаг на 0°, 8 — на 90°, 15 — почти на 170°. Из таких серво в следующем уроке соберём руку.

1.1. Идея: угол — это длина импульса

Серво слушает одну ногу PWM. На неё приходят короткие импульсы, один за другим. Серво меряет, сколько длится каждый импульс, и поворачивает рычаг:

• импульс 0,5 мс — 0°;
• импульс 1,5 мс — 90°;
• импульс 2,5 мс — 180°.

Между импульсами — пауза; её длина не важна, лишь бы импульсы шли постоянно. Так управляют серво в авиамоделях, роботах и 3D-принтерах: один провод, а угол — любой.

1.2. Идея: нарезать время на окошки

Длину импульса будем мерить окошками. Генератор 8 кГц тикает каждые 0,125 мс — это одно окошко. Два счётчика CD4029 цепочкой считают окошки от 0 до 255 и начинают снова. 256 окошек — это кадр длиной 32 мс: в каждом кадре — один импульс.

Что хотим. Импульс горит в начале кадра, пока счёт ещё маленький, и гаснет на нужном окошке:

• PWM1 = 1, пока счёт меньше, чем длина импульса в окошках.

Сравнивать два числа «меньше — больше» умеет CD4585 — компаратор на 4 бита. Счёт у нас 8-битный, поэтому компараторов два, цепочкой: младший сравнивает младшие 4 бита и передаёт старшему «меньше» и «равно», а старший решает по своим битам, а если они равны — по ответу младшего. Так сравнивают многозначные числа и на бумаге: сначала старшие разряды, при равенстве — младшие.

1.3. Идея: «число + 4»

Число на тумблерах — от 0 до 15, а импульс нужен от 4 окошек (0,5 мс = 0°). Значит, длина импульса — число + 4 окошка:

• 0 → 4 окошка = 0,5 мс = 0°;
• каждая следующая единица — ещё одно окошко, 0,125 мс, а это 11,25°;
• 15 → 19 окошек = 2,375 мс ≈ 169°.

Прибавить 4 — значит прибавить единицу к биту 2. Биты 0 и 1 не меняются, а бит 2 и перенос дальше считаются как в столбик:

• W2 = НЕ A2 — бит 2 переворачивается: инвертор CD4069.
• W3 = A3 ИСКЛ-ИЛИ A2 — бит 3 меняется, если из бита 2 пришёл перенос: CD4070.
• W4 = A3 И A2 — перенос дальше, в бит 4: CD4081.

Получилось число W4 W3 W2 A1 A0 — оно и идёт на компараторы. Три вентиля вместо целого сумматора: прибавляем всегда одно и то же, поэтому от сумматора остаётся только то, что нужно для четвёрки.

1.4. Сборка

Новый проект. Микросхемы — готовые, из файла набора arm-chips.json; на ногах у них — метки (двойной клик по ноге). Собирать и запускать в Fast (кнопка движка вверху).

Шаг 0. Микросхемы в библиотеку

Если в библиотеке ещё нет папки Arm: в библиотеке кнопка импорта → файл arm-chips.json. Встанет папка Arm — десять микросхем на весь набор (и детали, из которых они собраны внутри).

Шаг 1. Источники

Шаг 2. Счётчик окошек: два CD4029

Clock — щелчок по корпусу до 8kHz. Ноги PE обоих счётчиков — на RESET: по кнопке они встают в 0.

Шаг 3. Число + 4: три вентиля

Из каждой микросхемы занят один вентиль; входы остальных вентилей — на GND (в уроке 2 их займёт локоть).

Шаг 4. Сравнение: два CD4585 → импульс PWM1

Шаг 5. Серво

Меню Mechanics → Servo.

Россыпью, в чип не сворачивать: в уроке 2 у второго серво генератор, счётчик и RESET будут общие с первым.

1.5. Проверка

1. Включи питание и один раз нажми RESET — счётчики встают в 0, серво начинает получать импульсы.
2. Тумблеры A3 A2 A1 A0 = 0000 — рычаг серво на 0°.
3. Набирай числа по таблице — рычаг поворачивается: на каждую единицу числа — 11,25°.

Вставка урока 1 (Cmd+I)

Вставлять в новый проект. Нужны микросхемы из arm-chips.json.

# Lesson 1 - a servo turned by a number: switches A3..A0, the servo goes to number x 11.25 degrees.# Paste into a new project. Chips: arm-chips.json. After power on press RESET once.# ---------- power ----------power(VCC)ground(GND)# ---------- clock 8 kHz, RESET ----------clock{hz=1}(CK)button(RESET)# ---------- shoulder number ----------input(A0)input(A1)input(A2)input(A3)# ---------- window counter: two CD4029, 0..255 ----------"TI CD4029B"(CLOCK=CK, CI=GND, BD=VCC, UD=VCC, PE=RESET, J1=GND, J2=GND, J3=GND, J4=GND, Q1=C0, Q2=C1, Q3=C2, Q4=C3, CO=CY)"TI CD4029B"(CLOCK=CK, CI=CY, BD=VCC, UD=VCC, PE=RESET, J1=GND, J2=GND, J3=GND, J4=GND, Q1=C4, Q2=C5, Q3=C6, Q4=C7)# ---------- +4 for the shoulder: one gate of CD4069, CD4070, CD4081 ----------"TI CD4069UB"(A=A2, G=W2, B=GND, C=GND, D=GND, E=GND, F=GND)"TI CD4070B"(A=A3, B=A2, J=W3, C=GND, D=GND, E=GND, F=GND, G=GND, H=GND)"TI CD4081B"(A=A3, B=A2, J=W4, C=GND, D=GND, E=GND, F=GND, G=GND, H=GND)# ---------- shoulder pulse: two CD4585, count < number + 4 -> PWM1 ----------"TI CD4585B"(A0=C0, A1=C1, A2=C2, A3=C3, B0=A0, B1=A1, B2=W2, B3=W3, LTIN=GND, EQIN=VCC, GTIN=VCC, LT=LL, EQ=LE)"TI CD4585B"(A0=C4, A1=C5, A2=C6, A3=C7, B0=W4, B1=GND, B2=GND, B3=GND, LTIN=LL, EQIN=LE, GTIN=VCC, LT=PWM1)# ---------- servo ----------mservo sh{rot=90}(PWM=PWM1)