逐點比較法直線插補原理的實現(xiàn)

1、武漢理工大學華夏學院課程設計報告書題 目：系 名：專業(yè)班級：姓 名：學 號：指導教師：2011 年 6 月 14 日摘要本文主要討論利用逐點比較法實現(xiàn)第一象限的直線插補。所謂逐點比較插補，就是刀 具或繪圖筆每走一步都要和給點軌跡上的坐標值進行比較，看這點在給點軌跡的上方還是 下方，從而決定下一步的進給方向。對于本設計所要求的直線軌跡，如果該點在直線的上 方，則控制步進電機向+X方向進給一步，如果該點在直線的下方，那么控制步進電機向 +Y軸方向進給一步。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，即形成逐點比較插補。插補計算時，每走一步，都要進行以下四個步驟的計算過程，

2、 即偏差判別、坐標進給、 偏差計算、終點判斷。設計具體算法時，首先根據(jù)直線軌跡參數(shù)，計算出偏差計算公式及 遞推公式。由程序判斷出偏差的正負號，從而決定坐標的進給方向，再根據(jù)遞推公式計算 出坐標進給后的偏差，若未到達終點，則返回偏差判別，如此循環(huán)?？梢愿鶕?jù)起點和終點 的坐標位置，計算出總的進給步數(shù) Nxy，X或丫的坐標每進給一步，這個值就減一，若 Nxy=O，就到達了終點，這就是終點判別的方法。設計任務及要求設計一個計算機控制步進電機系統(tǒng)， 該系統(tǒng)利用PC機的并口輸出控制信號，其信號驅(qū) 動后控制X、丫兩個方向的三相步進電機轉(zhuǎn)動，利用逐點比較法插補繪制出各種曲線。1）設計硬件系統(tǒng)，畫出電路原理框圖

3、；2）定義步進電機轉(zhuǎn)動的控制字；3）推導出用逐點比較法插補繪制出下面曲線的算法；4）編寫算法控制程序線；5）撰寫設計說明書。每人選一個曲線，曲線均為第一象限，屏幕左下角為坐標原點，箭頭表示曲線繪制的方向，直線參數(shù)為：起點、終點坐標。圓弧參數(shù)為：起點、終點坐標和半徑直線四目錄1設計任務和要求 4.2設計步驟4.2.1硬件設計4.接口示意圖4.方案論證5.單片機與8255的接口 6.硬件接線原理圖 6.元件清單7.2.2軟件設計8.軟件設計原理 8.2.2.2 8255的初始化編程9.步進電機走步控制程序 10主程序1.12.3運行調(diào)試12系統(tǒng)安裝調(diào)試1.2結(jié)果驗證1.23課程設計體會1.3參考文

4、獻14附錄一 芯片資料.15附錄二源程序.16逐點比較插補原理的實現(xiàn)1設計任務和要求設計一個微型計算機控制步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用微型機的并口輸出控制信號，其 信號驅(qū)動后控制X、丫兩個方向的三相步進電機轉(zhuǎn)動，利用逐點比較法插補原理繪制出如下圖所示的目標曲線2設計步驟本設計大致可分為三個步驟：硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)的運行調(diào)試2.1硬件設計接口示意圖兩臺三相步進電機控制接口如圖2所示1KPB0 FBIPB2_1i8051J:8255PC0PC1PC211圖2系統(tǒng)接口示意圖x軸壽HE電機規(guī)步進電機電路方案論證單片機的接口電路可以是鎖存器，也可以是專門的接口芯片，本設計采用可編程接口 芯片8255。

5、由于步進電機需要的驅(qū)動電流比較大， 所以單片機和步進電機的連接還要有驅(qū) 動電路，如何設計驅(qū)動電路成了問題的關鍵。設計方案一如圖3所示，當某相上驅(qū)動信號變?yōu)楦唠娖綍r，達林頓管導通，從而使得該相通電。圖3驅(qū)動電路方案一設計方案二如圖4所示，在單片機與驅(qū)動器之間增加一級光電隔離，當驅(qū)動信號為高 電平時，發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，從而使達林頓管截止，該相不通電；當驅(qū)動 信號為低電平時，則步進電機的該相通電。R1驅(qū)11丄務C動R51信J-護C號護CR4哪圖4驅(qū)動電路方案二綜合比較兩種設計方案可知，方案二有抗干擾能力，且可避免一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障, 造成高電平信號進入單片機而燒毀器件。所以，本設計選

6、擇方案二。單片機與8255的接口MCS-51單片機可以和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。因為8255的B 口和C 口具有驅(qū)動達林頓管的能力，所以將采用 B 口和C 口輸出驅(qū) 動信號。805174LS3739255圖5單片機與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控制步進電機的硬件接線如圖 6所示。因為8255的片選信號CS接單片機的地址線P2.7,A1、A0通過地址鎖存器接到了 8051 單片機的地址線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，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?，發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光。在光線的驅(qū)動下，光敏三極管導通， +5V的電壓經(jīng)三極管引入地線而不驅(qū)動達林頓管。因而，達林頓管截止，X軸上步進電機的C相不通電。若PB0輸出1,反相后變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管不導通。從而光敏三極管截止，+5V電 壓直接驅(qū)動達林頓管導通，X軸上步進電機的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型號數(shù)量單片機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達林頓管Q1Q6NPN DAR6二極管D1 D6IN400162.2軟件設計 221軟件設計原理2.2.1.1直線插補原理逐點比較法的基本原理是，在刀具按要求軌跡運動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位置，并根據(jù)比較結(jié)果決定下一步的進給方向，使刀具圖7第一象限直線如圖7所示，設直線的起點為坐標原點，終點坐標為 A（ xe,ye），點m （xm,ym）為加 工點（動點）。定義偏差公式為 Fm ymxe xmye。若Fm=0，表明點m在0A直線段上；若Fm 0，表明點m在0A直線段上方，

9、即點m 處；若Fm0,表明點m在0A直線段下方，即點m處。由此可得第一象限直線逐點比較 法插補的原理是：從直線的起點出發(fā)，當 Fm 0時，沿+x軸方向走一步；當Fm0時，沿 +y軸方向走一步；當兩方向所走的步數(shù)與終點坐標（Xe,ye ）相等時，發(fā)出終點到信號， 停止插補。可以將上面所定義的偏差公式進一步簡化，推導出偏差的遞推公式。當Fm 0時，沿+x軸方向進給一步，ymMeXmeymxe (xm 1) ye Fm ye(1)當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；讀取當前步進電機的控制字；PB 口地址送DPTR;將步進電機的控制字傳送到;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;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；讀取當前步進電機的控制字；PC 口地址送 DPTR;將步進電機的控制字傳送到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;進位寄存器清零；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軸步進電機控制字表DB 02HDB 06HDB 04HDB