逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)原理的實(shí)現(xiàn)

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題 目：系 名：專業(yè)班級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：2011 年 6 月 14 日摘要本文主要討論利用逐點(diǎn)比較法實(shí)現(xiàn)第一象限的直線插補(bǔ)。所謂逐點(diǎn)比較插補(bǔ)，就是刀 具或繪圖筆每走一步都要和給點(diǎn)軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點(diǎn)在給點(diǎn)軌跡的上方還是 下方，從而決定下一步的進(jìn)給方向。對(duì)于本設(shè)計(jì)所要求的直線軌跡，如果該點(diǎn)在直線的上 方，則控制步進(jìn)電機(jī)向+X方向進(jìn)給一步，如果該點(diǎn)在直線的下方，那么控制步進(jìn)電機(jī)向 +Y軸方向進(jìn)給一步。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步的走向，以便逼近 給定軌跡，即形成逐點(diǎn)比較插補(bǔ)。插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，每走一步，都要進(jìn)行以下四個(gè)步驟的計(jì)算過程，

2、 即偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、 偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷。設(shè)計(jì)具體算法時(shí)，首先根據(jù)直線軌跡參數(shù)，計(jì)算出偏差計(jì)算公式及 遞推公式。由程序判斷出偏差的正負(fù)號(hào)，從而決定坐標(biāo)的進(jìn)給方向，再根據(jù)遞推公式計(jì)算 出坐標(biāo)進(jìn)給后的偏差，若未到達(dá)終點(diǎn)，則返回偏差判別，如此循環(huán)?？梢愿鶕?jù)起點(diǎn)和終點(diǎn) 的坐標(biāo)位置，計(jì)算出總的進(jìn)給步數(shù) Nxy，X或丫的坐標(biāo)每進(jìn)給一步，這個(gè)值就減一，若 Nxy=O，就到達(dá)了終點(diǎn)，這就是終點(diǎn)判別的方法。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)利用PC機(jī)的并口輸出控制信號(hào)，其信號(hào)驅(qū) 動(dòng)后控制X、丫兩個(gè)方向的三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)繪制出各種曲線。1）設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫出電路原理框圖

3、；2）定義步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制字；3）推導(dǎo)出用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)繪制出下面曲線的算法；4）編寫算法控制程序線；5）撰寫設(shè)計(jì)說明書。每人選一個(gè)曲線，曲線均為第一象限，屏幕左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，箭頭表示曲線繪制的方向，直線參數(shù)為：起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)。圓弧參數(shù)為：起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)和半徑直線四目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 4.2設(shè)計(jì)步驟4.2.1硬件設(shè)計(jì)4.接口示意圖4.方案論證5.單片機(jī)與8255的接口 6.硬件接線原理圖 6.元件清單7.2.2軟件設(shè)計(jì)8.軟件設(shè)計(jì)原理 8.2.2.2 8255的初始化編程9.步進(jìn)電機(jī)走步控制程序 10主程序1.12.3運(yùn)行調(diào)試12系統(tǒng)安裝調(diào)試1.2結(jié)果驗(yàn)證1.23課程設(shè)計(jì)體會(huì)1.3參考文

4、獻(xiàn)14附錄一 芯片資料.15附錄二源程序.16逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理的實(shí)現(xiàn)1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)微型計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用微型機(jī)的并口輸出控制信號(hào)，其 信號(hào)驅(qū)動(dòng)后控制X、丫兩個(gè)方向的三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理繪制出如下圖所示的目標(biāo)曲線2設(shè)計(jì)步驟本設(shè)計(jì)大致可分為三個(gè)步驟：硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試2.1硬件設(shè)計(jì)接口示意圖兩臺(tái)三相步進(jìn)電機(jī)控制接口如圖2所示1KPB0 FBIPB2_1i8051J:8255PC0PC1PC211圖2系統(tǒng)接口示意圖x軸壽HE電機(jī)規(guī)步進(jìn)電機(jī)電路方案論證單片機(jī)的接口電路可以是鎖存器，也可以是專門的接口芯片，本設(shè)計(jì)采用可編程接口 芯片8255。

5、由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電流比較大， 所以單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的連接還要有驅(qū) 動(dòng)電路，如何設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路成了問題的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)方案一如圖3所示，當(dāng)某相上驅(qū)動(dòng)信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，達(dá)林頓管導(dǎo)通，從而使得該相通電。圖3驅(qū)動(dòng)電路方案一設(shè)計(jì)方案二如圖4所示，在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間增加一級(jí)光電隔離，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高 電平時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，從而使達(dá)林頓管截止，該相不通電；當(dāng)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)為低電平時(shí)，則步進(jìn)電機(jī)的該相通電。R1驅(qū)11丄務(wù)C動(dòng)R51信J-護(hù)C號(hào)護(hù)CR4哪圖4驅(qū)動(dòng)電路方案二綜合比較兩種設(shè)計(jì)方案可知，方案二有抗干擾能力，且可避免一旦驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障, 造成高電平信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)而燒毀器件。所以，本設(shè)計(jì)選

6、擇方案二。單片機(jī)與8255的接口MCS-51單片機(jī)可以和8255直接連接而不需要任何外加邏輯器件，接口示意圖如圖 5 所示。因?yàn)?255的B 口和C 口具有驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管的能力，所以將采用 B 口和C 口輸出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)。805174LS3739255圖5單片機(jī)與8255的接口硬件接線原理圖圖6系統(tǒng)硬件接線原理圖單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的硬件接線如圖 6所示。因?yàn)?255的片選信號(hào)CS接單片機(jī)的地址線P2.7,A1、A0通過地址鎖存器接到了 8051 單片機(jī)的地址線P0.1和P0.0,由硬件接線圖可以清楚地知道，8255的各口地址為：A 口地址：7FFCHB 口地址：7FFDHC 口地址：7FFEH控制

7、口地址：7FFFH同時(shí)，B 口和C 口都作為輸出口，8255工作在方式0。下面以8255的B 口輸出端PB0為例說明控制的工作原理。若 PB0輸出0,經(jīng)反相器 74LS04后變?yōu)楦唠娖剑l(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光。在光線的驅(qū)動(dòng)下，光敏三極管導(dǎo)通， +5V的電壓經(jīng)三極管引入地線而不驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管。因而，達(dá)林頓管截止，X軸上步進(jìn)電機(jī)的C相不通電。若PB0輸出1,反相后變?yōu)榈碗娖剑l(fā)光二極管不導(dǎo)通。從而光敏三極管截止，+5V電 壓直接驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管導(dǎo)通，X軸上步進(jìn)電機(jī)的C相有從電源流向地線的電流回路，即C相 得電。元件清單表1兀件清單表名稱位號(hào)型號(hào)數(shù)量單片機(jī)80511地址鎖存器74LS3731并行接口芯片8

8、255A1反相器74LS046電阻R1 R241K24光電三極管U1 U34N253達(dá)林頓管Q1Q6NPN DAR6二極管D1 D6IN400162.2軟件設(shè)計(jì) 221軟件設(shè)計(jì)原理2.2.1.1直線插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法的基本原理是，在刀具按要求軌跡運(yùn)動(dòng)加工零件輪廓的過程中，不斷比較 刀具與被加工零件輪廓之間的相對(duì)位置，并根據(jù)比較結(jié)果決定下一步的進(jìn)給方向，使刀具圖7第一象限直線如圖7所示，設(shè)直線的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)為 A（ xe,ye），點(diǎn)m （xm,ym）為加 工點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)）。定義偏差公式為 Fm ymxe xmye。若Fm=0，表明點(diǎn)m在0A直線段上；若Fm 0，表明點(diǎn)m在0A直線段上方，

9、即點(diǎn)m 處；若Fm0,表明點(diǎn)m在0A直線段下方，即點(diǎn)m處。由此可得第一象限直線逐點(diǎn)比較 法插補(bǔ)的原理是：從直線的起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng) Fm 0時(shí)，沿+x軸方向走一步；當(dāng)Fm0時(shí)，沿 +y軸方向走一步；當(dāng)兩方向所走的步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)（Xe,ye ）相等時(shí)，發(fā)出終點(diǎn)到信號(hào)， 停止插補(bǔ)?？梢詫⑸厦嫠x的偏差公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化，推導(dǎo)出偏差的遞推公式。當(dāng)Fm 0時(shí)，沿+x軸方向進(jìn)給一步，ymMeXmeymxe (xm 1) ye Fm ye(1)當(dāng)Fm Pl. 1c2 JBQoPL 2匸338PL 3匸437PL 4匚536PL 5c635PL 6匸734PL 7c833RST/Vpicg3213 O/RXDc10

10、31l3, 1/ 1XD匚113U=1P3. 2/fNi7）匸1229P3. 3/1N11c.1328P3. 4/TOc:14271 嘆 5.IlE15261h % R匚1625P3. 7/1717u1724XTALJ匸1823LI 1u1977Vssc2021圖11 8051單片機(jī)引腳圖VccM丄0nt 1I IL 2IU 3III 1I譏56PO, 7EA/Vrr_FTxP2. 21乜1乜0D 10 7(540 AACCCCCCCCBBB s ppppppppppp三三三三三三二_3 4o 1 IL IL7 8 9 011 11 11 OAAs5284 Eii三三三三一三二RESETDo6

11、必05%DrVCC（ + 5V）PB7p片pb5 p比圖12可編程芯片8255A引腳圖L00P1: MOV A, 49H;取偏差的高8位JB ACC.7, YCONTROL；若 FM0,轉(zhuǎn)至U YCONTROLACALL XCONTROL;否則，調(diào) XCONTROLCLR CMOV A, 4AHSUBB A, 4CHMOV 4AH, A;進(jìn)位寄存器清零;FM與YE的低8位相減；結(jié)果存入FM低8位MOV A, 49H附錄二源程序ORG0100HMOVDPTR, #7FFFH;控制口地址送 DPTRMOVA, #90H；控制字送寄存器 AMOVXDPTR, A；將控制字寫入控制口，初始化8255M

12、OV4EH, ?;XE的低8位存入4EHMOV4DH, ?;XE的高8位存入4DHMOV4CH, ?;YE的低8位存入4CHMOV4BH, ?;YE的高8位存入4BHMOVA, 4EHADDA, 4CH;XE與YE低8位相加MOV50H, A;低位之和存入 NXY低8位MOVA, 4DHADDCA, 4BH;XE與YE的高8位帶進(jìn)位相加MOV4FH, A;和存入NXY高8位MOV4AH, #00H;將FM置零MOV49H,#00HCLRR2;表ADX偏移量清零CLRR3;表ADY偏移量清零SUBB A, 4BH；FM與YE的高8位相減MOV 49H, A；結(jié)果存入FM高8位LOOP2: CLR

13、CMOVA, 50HSUBBA, #01H;NXY低位值減1MOV50H, A；結(jié)果存入NXY的低位MOVA, 4FHSUBBA, #00H;考慮低位字節(jié)借位MOV4FH, A;減去借位后存入 NXY的高位ORLA, 50H;判斷NXY是否為零JNZLOOP1；不為零則轉(zhuǎn)到 LOOP1LJMP8000HXCOTROL: MOVDPTR, #ADXMOVA, R2MOVCA, A+DPTRMOVDPTR, #7FFDHMOVXDPTR, ACJNEA, #05H, LOOP3INCR2SJMPDELAY1PB 口LOOP3: MOV R2, #00HSJMP DELAY1DELAY1: MOV

14、RO, #FFHDJNZ DELAY1RET;將控制字表地址賦給 DPTH；表首偏移量送A；讀取當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的控制字；PB 口地址送DPTR;將步進(jìn)電機(jī)的控制字傳送到;若到表尾，轉(zhuǎn) LOOP3;未到表尾，表首偏移量加1;表首偏移量清零;延時(shí);返回YCOTROL: MOVDPTR, #ADYMOVA, R3MOVCA, A+DPTRMOVDPTR, #7FFEHMOVXDPTR, ACJNEA, #05H, LOOP4INCR3SJMPDELAY2L00P4: MOV R3, #00HSJMP DELAY2DELAY2: MOV RO, #FFHDJNZ DELAY2CLR CMOVA, 4AHADDA, 4EHMOV4AH, AMOVA, 49HADDC A, 4DHMOV 49H, ASJMP LOOP2ORG 8000HENDADX:DB 01H;將控制字表地址賦給 DPTH；ADY表首偏移量送 A；讀取當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的控制字；PC 口地址送 DPTR;將步進(jìn)電機(jī)的控制字傳送到PC 口;若到表尾，轉(zhuǎn) LOOP4;未到表尾，表首偏移量加1；表首偏移量清零；延時(shí);進(jìn)位寄存器清零；FM與XE低8位相加；結(jié)果存入FM低位;FM與XE高8位帶進(jìn)位相加；結(jié)果存入FM高8位；無條件轉(zhuǎn)到 LOOP2;程序結(jié)束;X軸步進(jìn)電機(jī)控制字表DB 02HDB 06HDB 04HDB