Sterowanie prac plotera w układach logiki programowalnej

Transkrypt

1 LABORATORIUM TECHNIKI CYFROWEJ Sterowanie prac plotera w układach logiki programowalnej Opracowali: mgr in. Rafał Sokół dr in. Krystyna Maria Noga Akademia Morska Wydział Elektryczny Katedra Automatyki Okrtowej Gdynia, lipiec 2009

2 Celem wiczenia jest poznanie zasad sterowania prac plotera z wykorzystaniem układów logiki programowalnej. Stanowisko ma na celu przedstawienie zasad działania urzdze pracujcych w płaszczynie ruchu XY. Przykładami takich urzdze s plotery oraz frezarki cnc. Do sterowania ploterem zostan wykorzystane układy sekwencyjne zaimplementowane w układach logiki reprogramowalnej. Omawiane stanowisko zostało przystosowane do pracy z układem programowalnym CPLD EPM7128S firmy ALTERA. Schemat blokowy stanowiska laboratoryjnego został przedstawiony na rysunku 1. Rys. 1. Schemat blokowy stanowiska laboratoryjnego Urzdzenie posiada wejcia sterujce X0-X3, Y0-Y3 i PEN oraz wyjcie CLK. Wej- cie PEN jest wyprowadzone na oddzielnym przewodzie (na złczce jest napis PEN). Po podaniu na niego logicznej jedynki, czyli 5V, nastpuje opuszczenie pisaka, a poprzez podanie logicznego zera nastpuje podniesienie pisaka. Na panelu znajduje si równie rczny zadajnik sygnału PEN. Wcinicie odpowiada logicznej 1. Sygnały z panelu i z przewodu sumuj si logicznie. Po ustawieniu wej X0-X3 i Y0-Y3 nastpuje przesunicie pisaka w połoenie zgodne ze współrzdnymi przedstawiony na rysunku 2. Pisak przesuwa si do danego punktu po linii prostej. W celu rysowania linii naley pisak najpierw opuci (ustawi PEN=1), a potem okreli współrzdne nowego połoenia Jeeli natomiast chcemy tylko ustawi pisak w danym punkcie to trzeba najpierw pisak podnie.

3 Rys. 2. Współrzdne okrelajce połoenie pisaka Impuls zegarowy na wyjciu CLK jest generowany do układu programowalnego, np. CPLD EPM7128S firmy Altery, dopiero wówczas, gdy pisak osignie zadane połoenie. Wykorzystanie we własnych projektach wewntrznego sygnału zegarowego CLK zapewnia płynne ruchy pisaka bez koniecznoci oczekiwania na zewntrzne impulsy sterujce licznikiem. Dodatkowy własny zegar plotera generuje impulsy w momencie, gdy pisak osignie okrelony punkt w układzie współrzdnych. Przyjto takie rozwizanie, gdy dla okrelonej stałej czstotliwoci generowania impulsów, np. przy rysowaniu krótkich linii, pisak stałby w miejscu i długo czekałby na nastpn sekwencj. Natomiast podczas rysowania długich linii, w czasie trwania ustalonej sekwencji na wyjciu licznika, pisak nie zdyłby osign celu. Dlatego ploter sam taktuje układ sekwencyjny (licznik) i sam wykrywa kiedy zmieni si sekwencja. Gdy w projekcie sekwencja zostanie zablokowana, np. dodatkowym przełcznikiem ustawiajcym, to ploter bdzie podawał impulsy zegarowe do układu CPLD tak długo, a w kocu sekwencja zostanie zwolniona i si zmieni. Wówczas cykl si powtarza, pisak si porusza, a impuls zegarowy zostanie wygenerowany po osigniciu okrelonego punktu. Przykład - Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił liter P. Przykładowy kształt litery P został przedstawiony na rysunku 3. Do budowy układu naley wykorzysta multipleksery, liczniki i dowolne bramki.

4 Rys. 3. Przykładowy kształt litery P W tabeli 1 przedstawiono wartoci współrzdnych X i Y okrelajcych kształt litery P. Pisak bdzie krelił wybran liter P w takt impulsów prostoktnych podawanych na wejcie zegarowe licznika 74193, przy czym wyjcia Qd, Qc, Qb, Qa tego licznika okrelaj biece połoenie pisaka. Z tabeli 1 wynika, e pisak w czasie realizacji zadania bdzie si znajdowa w 7 równych punktach, oczywicie o okrelonych współrzdnych. Dlatego do budowy układu sterujcego prac pisaka zostan wykorzystane multipleksery o 3 wejciach adresowych. Tabela 1 indeks Qd Qc Qb Qa Y3 Y2 Y1 Y0 X3 X2 X1 X

5 Z tabeli 1 wynika, e współrzdne Y3, X3 oraz X2 przyjmuj zawsze wartoci odpowiadajce zeru logicznemu. Dlatego te w celu realizacji danego zadania niezbdne jest okrelenie pozostałych współrzdnych, tj. Y2, Y1, Y0, X1 i X0. W celu realizacji tych sygnałów na wejcia Di multiplekserów, przy czym i= 0, 1,..., 7, podajemy sygnały zgodnie z wartociami przedstawionymi w tabeli 2. Oczywicie obowizuje zaleno D f ( Q, Q, Q ) i =. Tabela 2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y X Y X Y X X X X X d b a Przykład zrealizowanego układu sterujcego prac pisaka, z wykorzystaniem multiplekserów, został przedstawiony na rysunku 4. W celu zaprogramowania układu CPLD i uruchomieniu plotera naley sygnały sterujce X0-X3, Y0-Y3 przyporzdkowa odpowiednio do pinów (kocówek) Y3-16, Y2-17. Y1-18, Y0-21, X3-20, X2-22, X1-24, X0-28 zestawu uruchomieniowego dostpnego w laboratorium TC. Sygnały zegarowe sterujce licznikiem podajemy na pin 83 zestawu uruchomieniowego, natomiast sygnał start na pin 34. Wykorzystany licznik zlicza do 15, a poniewa do sterowania wykorzystano tylko trzy bity najmłodsze, wic zaprojektowany układ bdzie cyklicznie rysowa liter P. W omawianym przykładzie nie trzeba podnosi pisaka, gdy rysowanie zaczyna si od punktu zerowego i pisak chodzi po swoich ladach.

6 Rys. 4. Schemat układu sterujcego prac pisaka z wykorzystaniem multipleksera Podobne zadanie mona równie zrealizowa wykorzystujc demultiplekser o aktywnych zerach na wyjciu oraz dowolne bramki. Zakładamy, e na wejcia adresowe demultipleksera o wagach 2 2, 2 1, 2 0 podajemy odpowiednio wyjcia licznika Qc, Qb, Qa. Wówczas współrzdne okrelajce połoenie pisaka mona zapisa przy pomocy nastpujcych równa logicznych Y Y ( Q, Q, Q ) = ( 0, 5, 6) 2 d b a ( Q, Q, Q ) = ( 0, 3, 4) 1 d b a

7 Y ( Q Q, Q ) = ( 3, 5, 6) o X X, d b a ( Q, Q, Q ) = ( 0, 1, 6) 1 d b a ( Q, Q, Q ) = ( 3, 4) 0 d b a Schemat pozostawiamy do samodzielnego wykonania przez studentów. W celu zatrzymania pisaka po narysowaniu litery P naley schemat przestawiony na rysunku 4 rozbudowa o bramk AND i NOT, schemat taki został przedstawiony na rysunku 5. Rys. 5. Rozbudowany schemat układu sterujcego prac pisaka W samodzielnie opracowywanych prze studentów projektach mona uy wejcia sygnału PEN, który słuy do podnoszenia (PEN=0) i opuszczania pisaka (PEN=1). Przy korzystaniu z tego wejcia naley zamocowa pisak ok. 2mm nad kartk i przyciskiem PEN umieszczonym na panelu urzdzenia naley sprawdzi, czy pisak zostaje prawidłowo opuszczany na kartk. Przykład - Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby krelił lini z podnoszeniem pisaka. Przykładowy kształt krelonych linii został przedstawiony na rysunku 6.

8 Rys. 6. Przykładowy kształt krelonych linii W tabeli 3 przedstawiono wartoci współrzdnych X i Y okrelajcych kolejne połoenia pisaka. Tabela 3 indeks Qd Qc Qb Qa PEN Y3 Y2 Y1 Y0 X3 X2 X1 X Schemat układu sterujcego prac pisaka z wykorzystaniem demultipleksera został przedstawiony na rysunku 7. Prawidłowo schematu naley wykaza samodzielnie, przykładowo poprzez zapis wartoci logicznych podawanych na poszczególne wejcia demultipleksera.

9 Rys. 7. Schemat układu sterujcego prac pisaka z wykorzystaniem demultipleksera Przygotowanie do wiczenia Kady ze studentów samodzielnie przygotowuje wybrany projekt. Zadania do samodzielnego przygotowania w domu (kady student wybiera jeden projekt) 1. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił liter A 2. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił tekst AM Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił tekst TC Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił tekst Gdynia 5. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił rysunek złoony z 3 prostoktów 6. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił dowolny tekst zło- ony z minimum 4 liter 7. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił dowolny rysunek złoony minimum z 2 elementów 8. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił dowolny rysunek złoony minimum z 3 elementów 9. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił tekst przedstawiajcy inicjały studenta 10. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił tekst przedstawiajcy biec dat

10 11. Naley zaprojektowa sekwencj ruchów pisaka tak, aby wykrelił tekst przedstawiajcy własn maksym Przebieg wiczenia W czasie zaj laboratoryjnych naley uruchomi przygotowany w domu projekt. Do sprawozdania naley dołczy wykrelony przez ploter rysunek.