畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機數(shù)控系統(tǒng)插補控制設(shè)計

1、 廣州汽車學(xué)院課程設(shè)計說明書 基于單片機數(shù)控系統(tǒng)插補控制設(shè)計 院（系） 機電工程系 專 業(yè) 機械工程及其自動化 班 級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 李冬冬 2010年 12 月 18 日 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書茲發(fā)給 班學(xué)生 課程設(shè)計任務(wù)書，內(nèi)容如下：1 設(shè)計題目： 基于單片機數(shù)控系統(tǒng)插補控制設(shè)計 2 應(yīng)完成的項目：（1）調(diào)研、搜集整理課題的相關(guān)資料，確定設(shè)計整體方案。 （2）理解并熟悉數(shù)控系統(tǒng)插補原理。 （3） 根據(jù)插補原理，用visual c+實現(xiàn)其模擬仿真。 （4） 單片機開發(fā)環(huán)境（vision ）下，編程實現(xiàn)插補。（5） 完成設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯。 3 參考資料以及說明：（1） 數(shù)控技術(shù)。

2、 （2） 單片機原理及應(yīng)用。 （3） visual c+編程相關(guān)資料。 （4） 4 本設(shè)計任務(wù)書于2010 年11月29日發(fā)出，應(yīng)于2010 年 12月22 日前完成，然后進行答辯。指導(dǎo)教師 簽發(fā) 2010 年 11 月 29 日課程設(shè)計評語：課程設(shè)計總評成績：指導(dǎo)教師簽字：年 月 日目 錄摘 要4第一章 概 述51插補的基本概念52對插補器的基本要求53. 插補器的的分類54. 基準(zhǔn)脈沖插補5第二章 逐點比較法71逐點比較法直線插補72逐點比較法圓弧插補83象限處理10第三章 數(shù)字積分分析法（dda）111dda直線插補112dda圓弧插補12第四章 visual c+插補仿真141. mf

3、c應(yīng)用軟件的建立142. 設(shè)置工具欄153. 利用gdi繪圖仿真插補16第5章 利用vision單片機編程23參考文獻25附 件25 摘 要 本書是對“基于單片機數(shù)控系統(tǒng)插補控制設(shè)計”的課程設(shè)計進行說明，基準(zhǔn)脈沖插補方法有：逐點比較法；最小偏差法；數(shù)字積分法；目標(biāo)點跟蹤法；單步追綜法等。本次設(shè)計主要設(shè)計逐點比較和dda法的直線和圓弧編程。在設(shè)計的過程中首先要對數(shù)控機床的插補有所了解，然后寫出流程圖，接著在vc的mfc工程中，進行仿真插補運動，最后完成單片機編程。 本書深入淺出的介紹了設(shè)計的過程，簡單的講解了逐點比較和dda法的直線和圓弧算法。還介紹了vc+軟件的mfc工程的新建方法，和一些簡單

4、的使用方法。最后還介紹了vision軟件進行單片機編程。關(guān)鍵詞：插補，逐點比較法，dda，vc+，應(yīng)用程序，vision軟件，單片機第一章 概 述 1插補的基本概念 “插補”(interpolation):根據(jù)給定進給速度和給定輪廓線形的要求，在運動軌跡的起始點坐標(biāo)和輪廓軌跡之間，由數(shù)控系統(tǒng)計算出各個中間點的坐標(biāo)，“插入”、“補上”運動軌跡中間點的坐標(biāo)值。 無論是普通數(shù)控(nc)系統(tǒng)，還是計算機數(shù)控(cnc)系統(tǒng)，都必須有完成“插補”功能的部分，它是輪廓控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征。能完成插補工作的裝置叫插補器。nc系統(tǒng)中插補器由數(shù)字電路組成，稱為硬件插補，而在cnc系統(tǒng)中，插補器功能由軟件來實現(xiàn)，稱為

5、軟件插補。2對插補器的基本要求 插補是數(shù)控系統(tǒng)的主要功能，它直接影響數(shù)控機床加工的質(zhì)量和效率。對插補器的基本要求是：插補所需的原始數(shù)據(jù)較少；有較高的插補精度，插補結(jié)果沒有累計誤差，局部偏差不能超過允許的誤差(一般應(yīng)保證小于規(guī)定的分辨率)；沿進給路線的進給速度恒定且符合加工要求；硬件線路簡單可靠，軟件插補算法簡潔，計算速度快。3. 插補器的的分類l 插補工作可以由硬件電路或軟件程序完成，從而分為硬件插補器和軟件插補器。l 從產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型來分有一次（直線）插補器，二次（圓，拋物線等）插補器及高次曲線插補器等。l 目前應(yīng)用的插補方法分為基準(zhǔn)脈沖插補和數(shù)據(jù)采樣插補兩大類。4. 基準(zhǔn)脈沖插補基準(zhǔn)脈沖插

6、補又稱為行程標(biāo)量插補或脈沖增量插補。此算法的特點是每次插補結(jié)束時數(shù)控裝置向每個運動坐標(biāo)輸出基準(zhǔn)脈沖序列，每個脈沖代表了最小位移，脈沖序列的頻率代表了坐標(biāo)運動速度，而脈沖的數(shù)量表示位移量。其特點有：l 每次插補的結(jié)果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量。以一個一個脈沖的方式輸出給步進電機。其基本思想是：用折線來逼近曲線（包括直線）。l 插補速度與進給速度密切相關(guān)。因而進給速度指標(biāo)難以提高，當(dāng)脈沖當(dāng)量為10m時，采用該插補算法所能獲得的最高進給速度是34m/min。l 脈沖增量插補的實現(xiàn)方法比較簡單?；鶞?zhǔn)脈沖插補方法有：逐點比較法；最小偏差法；數(shù)字積分法；目標(biāo)點跟蹤法；單步追綜法等。它們主要用早期的采用步進電

7、機驅(qū)動的數(shù)控系統(tǒng)。由于此算法難以滿足零件加工的要求，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)已很少采用這類算法了。（1）逐點比較法控制工件與刀具之間每相對走一步完成四個工作節(jié)拍：l 第一，偏差判別。判別加工點對規(guī)定幾何軌跡的偏離位置，然后決定運動的走向。l 第二，進給?？刂颇匙鴺?biāo)軸進給一步，向規(guī)定的軌跡逼近，縮小偏差。l 第三，偏差計算。計算新的加工點對規(guī)定軌跡的偏差，作為下一步判別走向的依據(jù)。l 第四，終點判斷。判斷是否到達程序規(guī)定的加工終點？若到達終點，則停止插補，否則再回到第一拍。如此不斷地重復(fù)上述循環(huán)過程，直到終點，就能加工出所要求的輪廓形狀。（2）數(shù)字積分插補法 數(shù)字積分插補法又稱為數(shù)字積分分析法（dda），

8、是利用數(shù)字積分的方法，計算刀具沿各坐標(biāo)軸的位移，使刀具沿著所加工的軌跡運動。第二章 逐點比較法1逐點比較法直線插補 直線插補時，以直線起點為原點，給出終點坐（xe,ye）,直線方程為： ； 直線插補時插補偏差可能有三種情況 ：以第一象限為例，插補點位于直線上方，下方和直線上。對位于直線上方的點a，則有：；對位于直線上的點b，則有：；對位于直線下方的點c，則有：因此，可以取判別函數(shù)為： f0時，應(yīng)向+x方向走一步，才能接近直線;f0的情況。整個插補工作，從原點開始，走一步算一步，判別一次f，再趨向直線，步步前進。設(shè)第一象限中的點（xi , yi）的f值為fi,j。若沿+x方向走一步，即若沿+y方

9、向走一步，即直線插補的終點判別方法：l 每走一步判斷最大坐標(biāo)的終點坐標(biāo)值（絕對值）與該坐標(biāo)累計步數(shù)坐標(biāo)值之差是否為零，若等于零，插補結(jié)束。l 把每個程序段中的總步數(shù)求出來，即n=xe+ye ,每走一步，進行n-1，直到n=0時為止。當(dāng)f0時，沿+x方向走一步，然后計算新的偏差和終點判別計算當(dāng)f0時，動點在圓弧外;f0和f=0的情況合并在一起考慮，就可以實現(xiàn)第一象限逆時針方向的圓弧插補。當(dāng)f0時，向-x走一步；當(dāng)f0時，向+y走一步。每走一步后，計算一次判別函數(shù)，作為下一步進給的判別標(biāo)準(zhǔn)，同時進行一次終點判斷。f值可用遞推計算方法由加、減運算逐點得到。設(shè)已知動點的f值為fi,j ，則：動點在-x

10、方向走一步后：動點在+ y方向走一步后：終點判斷可采用與直線插補相同的方法。 歸納起來，f0時，向-x 方向走一步。其偏差計算，坐標(biāo)值計算和終點判別計算用下面公式：f(y-y)/判斷直線傾斜角度是否小于45度 i=0; else i=1; do /以下是進行插補運算 cclientdc dc(this); cpen pen(ps_solid,1,rgb(0,0,255); dc.selectobject(&pen);/定義畫筆 if(i=0) if(f=0) x+;/進給 point.x=x; point.y=y; dc.lineto(point); else x+; y+;/同時進給 poi

11、nt.x=x; point.y=y; dc.lineto(point); if(i=1) if(f=0) x+; y+;/同時進給 point.x=x; point.y=y; dc.lineto(point); else y+;/進給 point.x=x; point.y=y; dc.lineto(point); f=x*y-y*x; dc.moveto(point); for(long int w=0;w0) x-;/進給 f=(x-c)*(x-c)+(y-d)*(y-d)-(a-c)*(a-c)+(b-d)*(b-d); else y+;/進給 f=(x-c)*(x-c)+(y-d)*(y

12、-d)-(a-c)*(a-c)+(b-d)*(b-d); for(long int w=0;w=99999;w+) ; /延時語句 dc.lineto(x,y); /圓弧逐點第1象限 if(idm=1)&(idn=2)/dda直線 cclientdc dc(this); dc.lineto(point); cpen pen(ps_solid,1,rgb(255,0,0); dc.selectobject(&pen); double m,n; double x,y; double e,f; double x,y; x=0;y=0;/起點 m=pow(2,16);/運算總次數(shù) n=0;x=0;y=

13、0; e=point.x; f=point.y;/獲取終點坐標(biāo) while(nm)/修正 x=x-m;x+;/x方向進給 else ; if(ym)/修正 y=y-m;y+;/y方向進給 else ; dc.lineto(x,y); long int k; for(k=0;k0)|(ny0) dc.moveto(x,y);jrx=jrx+jvx;/積分運算 jry=jry+jvy;if(jrxm)jrx=jrx-m;/修正jvy-;nx-;x-;/進給else ;if(jrym)jry=jry-m;/修正jvx+;ny-; y+;/進給else ;dc.lineto(x,y);/dda圓弧第1

14、象限 / todo: add your message handler code here and/or call defaultcview:onlbuttondown(nflags, point);void ccbfzview:online() idm=1;/直線按鈕值/ todo: add your command handler code herevoid ccbfzview:oncircle() idm=2;/圓弧按鈕值/ todo: add your command handler code herevoid ccbfzview:onzhudian() idn=1;/逐點按鈕值/ t

15、odo: add your command handler code herevoid ccbfzview:ondda() idn=2;/dda按鈕值/ todo: add your command handler code herevoid ccbfzview:onclr() idn=0; idm=0;cclientdc dc(this);dc.rectangle(-1,-1,1600,1000);/矩形框,用于清屏 / todo: add your command handler code here仿真如圖，詳細(xì)請看附件cbfz文件夾的vc程序。第5章 利用vision單片機編程1. 新建

16、工程打開“keli version”軟件，在菜單欄中，選擇“工程”“新建工程”選擇“at89s51”單片機。新建一個文件夾，命名為“at89x51”。然后在菜單中選擇“文件”“新建”，命名為“text1.c”。然后在目錄框中選擇“源代碼組1”，右鍵點擊，選擇“添加文件到源代碼組1”，如圖：由于，“keli version”軟件可以用vc語言來編寫，所以與vc程序很相似。所以以直線逐點比較為例，只需把畫直線的部分改為p1.0和p2.0 i/o接口,程序如圖：#include #include #include void delay001s(unsigned int t) t=100000000;

17、 while(t-)_nop_();void main()signed int f,x,y,i;signed int x,y;x=0;y=0;x=100;y=80;f=x*y-y*x;/方向判定 if (x-x)(y-y) /判斷是否大于45度i=0;else i=1;do if(i=0)if(f=0) x+; / x正方向走一步 delay001s(100); p1_0=1; delay001s(100); p1_0=0; else x+; y+; delay001s(100); / x正方向走一步 p1_0=1; p2_0=1; delay001s(100);/ y正方向走一步 p1_0=0; p2_0=0; if(i=1)if(f=0) x+; y+; delay001s(100); / x正方向走一步 p1_0=1; p2_0=1; delay001s(100);/ y正方向走一步 p1_0=0; p2_0=0; else y+;/y正方向走一步 delay001s(100); p2_0=1; delay001s(100); p2_0=0; f=x*y-y*x; while(x!=x)|(y!=y);/終點判別詳細(xì)請看“at89x51”文件