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逐点比较法直线插补原理的实现.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.52M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1 设计任务和要求
    2 设计步骤
    2.1 硬件设计
    2.1.1 接口示意图
    2.1.2 方案论证
    2.1.3 单片机与8255的接口
    2.1.4 硬件接线原理图
    2.1.5 元件清单
    2.2 软件设计
    2.2.1 软件设计原理
    2.2.2 8255的初始化编程
    2.2.3 步进电机走步控制程序
    2.2.4 主程序
    2.3 运行调试
    2.3.1 系统安装调试
    2.3.2 结果验证
    3 课程设计体会
    参考文献
    附录一 芯片资料
    附录二 源程序
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 课程设计任务书 学生姓名： 石章玉 专业班级： 自动化 0602 指导教师： 周申培 工作单位： 自动化学院 题 目: 逐点比较插补原理的实现 初始条件： 设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用PC机的并口输出控制信号，其信号驱 动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出如下曲线。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求） 1．设计硬件系统，画出电路原理框图； 2．定义步进电机转动的控制字； 3．推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法； 4．编写算法控制程序，参数由键盘输入，显示器同时显示曲线； 5. 撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证； 系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调 试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。 时间安排： 6 月 22 日—6 月 23 日 查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计 6 月 24 日—6 月 25 日 完成硬件设计 6 月 26 日—6 月 27 日 编写调试程序 6 月 28 日—6 月 29 日 撰写课程设计说明书 6 月 30 日 提交课程设计说明书、图纸、电子文档 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 1
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 摘要 本文主要讨论利用逐点比较法实现第一象限的直线插补。所谓逐点比较插补，就是刀 具或绘图笔每走一步都要和给点轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给点轨迹的上方还是 下方，从而决定下一步的进给方向。对于本设计所要求的直线轨迹，如果该点在直线的上 方，则控制步进电机向+X 方向进给一步，如果该点在直线的下方，那么控制步进电机向 +Y 轴方向进给一步。如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步的走向，以便逼近 给定轨迹，即形成逐点比较插补。 插补计算时，每走一步，都要进行以下四个步骤的计算过程，即偏差判别、坐标进给、 偏差计算、终点判断。设计具体算法时，首先根据直线轨迹参数，计算出偏差计算公式及 递推公式。由程序判断出偏差的正负号，从而决定坐标的进给方向，再根据递推公式计算 出坐标进给后的偏差，若未到达终点，则返回偏差判别，如此循环。可以根据起点和终点 的坐标位置，计算出总的进给步数 Nxy，X 或 Y 的坐标每进给一步，这个值就减一，若 Nxy=0，就到达了终点，这就是终点判别的方法。 关键词：逐点比较法、直线插补、步进电机、坐标进给、源程序。 2
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 目录 1 设计任务和要求................................................................................................................... 1 2 设计步骤................................................................................................................................. 1 2.1 硬件设计..........................................................................................................................1 2.1.1 接口示意图...........................................................................................................1 2.1.2 方案论证...............................................................................................................2 2.1.3 单片机与 8255 的接口.........................................................................................3 2.1.4 硬件接线原理图...................................................................................................3 2.1.5 元件清单...............................................................................................................4 2.2 软件设计..........................................................................................................................5 2.2.1 软件设计原理.......................................................................................................5 2.2.2 8255 的初始化编程...............................................................................................6 2.2.3 步进电机走步控制程序.......................................................................................7 2.2.4 主程序...................................................................................................................8 2.3 运行调试..........................................................................................................................9 2.3.1 系统安装调试.......................................................................................................9 2.3.2 结果验证...............................................................................................................9 3 课程设计体会...................................................................................................................... 10 参考文献.................................................................................................................................... 10 附录一 芯片资料....................................................................................................................11 附录二 源程序........................................................................................................................ 12
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 逐点比较插补原理的实现 1 设计任务和要求 设计一个微型计算机控制步进电机系统，该系统利用微型机的并口输出控制信号，其 信号驱动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补原理绘制出如下 图所示的目标曲线。 图 1 目标曲线 2 设计步骤 本设计大致可分为三个步骤：硬件设计、软件设计和系统的运行调试。 2.1 硬件设计 2.1.1 接口示意图 两台三相步进电机控制接口如图 2 所示。 图 2 系统接口示意图 1
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 2.1.2 方案论证 单片机的接口电路可以是锁存器，也可以是专门的接口芯片，本设计采用可编程接口 芯片 8255。由于步进电机需要的驱动电流比较大，所以单片机和步进电机的连接还要有驱 动电路，如何设计驱动电路成了问题的关键。设计方案一如图 3 所示，当某相上驱动信号 变为高电平时，达林顿管导通，从而使得该相通电。 图 3 驱动电路方案一 设计方案二如图 4 所示，在单片机与驱动器之间增加一级光电隔离，当驱动信号为高 电平时，发光二极管发光，光敏三极管导通，从而使达林顿管截止，该相不通电；当驱动 信号为低电平时，则步进电机的该相通电。 图 4 驱动电路方案二 综合比较两种设计方案可知，方案二有抗干扰能力，且可避免一旦驱动电路发生故障， 造成高电平信号进入单片机而烧毁器件。所以，本设计选择方案二。 2
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 2.1.3 单片机与 8255 的接口 MCS-51 单片机可以和 8255 直接连接而不需要任何外加逻辑器件，接口示意图如图 5 所示。因为 8255 的 B 口和 C 口具有驱动达林顿管的能力，所以将采用 B 口和 C 口输出驱 动信号。 图 5 单片机与 8255 的接口 2.1.4 硬件接线原理图 图 6 系统硬件接线原理图 3
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 单片机控制步进电机的硬件接线如图 6 所示。 因为 8255 的片选信号CS 接单片机的地址线 P2.7，A1、A0 通过地址锁存器接到了 8051 单片机的地址线 P0.1 和 P0.0，由硬件接线图可以清楚地知道，8255 的各口地址为： A 口地址：7FFCH B 口地址：7FFDH C 口地址：7FFEH 控制口地址：7FFFH 同时，B 口和 C 口都作为输出口，8255 工作在方式 0。 下面以 8255 的 B 口输出端 PB0 为例说明控制的工作原理。若 PB0 输出 0，经反相器 74LS04 后变为高电平，发光二极管正向导通发光。在光线的驱动下，光敏三极管导通， +5V 的电压经三极管引入地线而不驱动达林顿管。因而，达林顿管截止，X 轴上步进电机 的 C 相不通电。 若 PB0 输出 1，反相后变为低电平，发光二极管不导通。从而光敏三极管截止，+5V 电 压直接驱动达林顿管导通，X 轴上步进电机的 C 相有从电源流向地线的电流回路，即 C 相 得电。 2.1.5 元件清单 名称 单片机 地址锁存器 并行接口芯片 反相器 电阻 光电三极管 达林顿管 二极管 型号 8051 74LS373 8255A 74LS04 1K 4N25 NPN DAR IN4001 数量 1 1 1 6 24 3 6 6 表 1 元件清单表 位号 —— —— —— —— R1—R24 U1—U3 Q1—Q6 D1—D6 4
    武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书 2.2 软件设计 2.2.1 软件设计原理 2.2.1.1 直线插补原理 逐点比较法的基本原理是，在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程中，不断比较 刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置，并根据比较结果决定下一步的进给方向，使刀具 向减小偏差的方向进给。 图 7 第一象限直线 如图 7 所示，设直线的起点为坐标原点，终点坐标为 A（ ex , ey ），点 m ( mx , my )为加 F 工点（动点）。定义偏差公式为 m  y x m e  x y m e 。 若 mF =0，表明点 m 在 OA 直线段上；若 mF >0，表明点 m 在 OA 直线段上方，即点 m’ 处；若 mF <0, 表明点 m 在 OA 直线段下方，即点 m’’处。由此可得第一象限直线逐点比较 法插补的原理是：从直线的起点出发，当 mF  0 时，沿+x 轴方向走一步；当 mF <0 时，沿 +y 轴方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标（ ex , ey ）相等时，发出终点到信号， 停止插补。 可以将上面所定义的偏差公式进一步简化，推导出偏差的递推公式。 1 当 mF  0 时，沿+x 轴方向进给一步， ( x m y x m e （1） F m x m 1)      y y 1  1  1  m e e e y y  x e F m  ②当 mF <0 时，沿+y 轴方向进给一步， 1) x  e F m x m x e    y y y 1  1  1  ( m e m  x y m e  F m  x e （2） 式（1）和式（2）是简化后偏差的计算公式，在公式中只有一次加法或减法运算，新 加工点的偏差都可由前一点偏差和终点坐标相加或相减得到。 5
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