計算機控制課程設計逐點比較法直線插補原理的實現(xiàn)

1、.課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 逐點比較插補原理的實現(xiàn)初始條件：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，其信號驅動后控制x、y兩個方向的三相步進電機轉動，利用逐點比較法插補繪制出如下曲線。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1設計硬件系統(tǒng)，畫出電路原理框圖；2定義步進電機轉動的控制字；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，參數(shù)由鍵盤輸入，顯示器同時顯示曲線；5. 撰寫設計說明書。課程設計說明書應包括：設計任務及要求；方案比較及認證；系統(tǒng)濾波原理、硬件原

2、理，電路圖，采用器件的功能說明；軟件思想，流程，源程序；調試記錄及結果分析；參考資料；附錄：芯片資料，程序清單；總結。時間安排：6月22日6月23日查閱和準備相關技術資料，完成整體方案設計6月24日6月25日完成硬件設計6月26日6月27日編寫調試程序6月28日6月29日撰寫課程設計說明書6月30日提交課程設計說明書、圖紙、電子文檔指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日精品.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

3、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，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y的坐標每進給一步，這個

4、值就減一，若nxy=0，就到達了終點，這就是終點判別的方法。關鍵詞：逐點比較法、直線插補、步進電機、坐標進給、源程序。精品.目錄1 設計任務和要求12 設計步驟12.1 硬件設計12.1.1 接口示意圖12.1.2 方案論證22.1.3 單片機與8255的接口32.1.4 硬件接線原理圖32.1.5 元件清單42.2 軟件設計52.2.1 軟件設計原理52.2.2 8255的初始化編程62.2.3 步進電機走步控制程序72.2.4 主程序82.3 運行調試92.3.1 系統(tǒng)安裝調試92.3.2 結果驗證93 課程設計體會10參考文獻10附錄一 芯片資料11附錄二 源程序12精品.逐點比較插補原

5、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，其信號驅動后控制x、y兩個方向的三相步進電機轉動，利用逐點比較法插補原理繪制出如下圖所示的目標曲線。圖1 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)的運行調試。2.1 硬件設計2.1.1 接口示意圖 兩臺三相步進電機控制接口如圖2所示。圖2 系統(tǒng)接口示意圖精品.2.1.2 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。由于步進電機需要的驅動電流比較大，所以單片機和步進電機的連接還要有驅動電路，如何設計驅動電路成了問題的

6、關鍵。設計方案一如圖3所示，當某相上驅動信號變?yōu)楦唠娖綍r，達林頓管導通，從而使得該相通電。圖3 驅動電路方案一設計方案二如圖4所示，在單片機與驅動器之間增加一級光電隔離，當驅動信號為高電平時，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；當驅動信號為低電平時，則步進電機的該相通電。圖4 驅動電路方案二 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，本設計選擇方案二。精品.2.1.3 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

7、的b口和c口具有驅動達林頓管的能力，所以將采用b口和c口輸出驅動信號。圖5 單片機與8255的接口2.1.4 硬件接線原理圖圖6 系統(tǒng)硬件接線原理圖精品.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?/p>

8、平，發(fā)光二極管正向導通發(fā)光。在光線的驅動下，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)榈碗娖剑l(fā)光二極管不導通。從而光敏三極管截止，+5v 電壓直接驅動達林頓管導通，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。2.1.5 元件清單表1 元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8255a1反相器74ls046電阻r1r241k24光電三極管u1u34n253達林頓管q1q6npn dar6二極管d1d6in40016精品.2.2 軟件設計2.2.

9、1 軟件設計原理 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)比較結果決定下一步的進給方向，使刀具向減小偏差的方向進給。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（,），點m (,)為加工點（動點）。定義偏差公式為 。若=0，表明點m在oa直線段上；若0，表明點m在oa直線段上方，即點m 處；若0, 表明點m在oa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0時，沿+x軸方向走一步；當0時，沿+y軸方向走一步；當兩方向所走的步數(shù)與終

10、點坐標（,）相等時，發(fā)出終點到信號，停止插補?？梢詫⑸厦嫠x的偏差公式進一步簡化，推導出偏差的遞推公式。 當0時，沿+x軸方向進給一步， （1）當0時，沿+y軸方向進給一步， （2） 式（1）和式（2）是簡化后偏差的計算公式，在公式中只有一次加法或減法運算，新加工點的偏差都可由前一點偏差和終點坐標相加或相減得到。精品. 步進電機工作原理步進電機有三相、四相、五相、六相等多種，本設計采用三相步進電機的三相六拍工作方式，其通電順序為各相通電的電壓波形如圖8所示。圖8 三相六拍工作的電壓波形當步進電機的相數(shù)和控制方式確定之后，pb0pb2和pc0pc2輸出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律就確定了，這種

11、輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律可用輸出字來描述。為了便于尋找，輸出字以表的形式存放在計算機指定的存儲區(qū)域。表2給出了三相六拍控制方式的輸出字表。表2 三相六拍控制方式輸出字表步序控制位工作狀態(tài)控制字表c相b相a相1001a01h2011ab03h3010b02h4110bc06h5100c04h6101ca05h2.2.2 8255的初始化編程由前面的分析知道，8255工作在方式0，控制口地址為 7fffh，控制字為90h。所以，8255的初始化編程如下。mov dptr, #7fffh ；控制口地址送dptrmov a, #90h ；控制字送寄存器amovx dptr, a ；將控制字寫入控制口精品.2.

12、2.3 步進電機走步控制程序 程序流程圖圖9 步進電機走步控制程序流程圖 匯編程序代碼以下為x軸上電機的步進控制算法，y軸上步進電機算法類似。xcotrol: mov dptr, #adx ；將控制字表地址賦給dpth mov a, r2 ；表首偏移量送a movc a, a+dptr ；讀取當前步進電機的控制字 mov dptr, #7ffdh ；pb口地址送dptr movx dptr, a ；將步進電機的控制字傳送到pb口 cjne a, #05h, loop3 ；若到表尾，轉loop3 inc r2 ；未到表尾，表首偏移量加1 sjmp delay1 精品.

13、loop3: mov r2, #00h ；表首偏移量清零 sjmp delay1delay1: mov r0, #ffh ；延時 djnz delay1ret ；返回2.2.4 主程序 主程序流程圖圖10 主程序流程圖 源程序代碼 首先分配各變量的地址為,nxy: 4fh, 50h; xe: 4dh, 4eh; ye: 4bh, 4ch; fm: 49h,4ah，高位存高地址，地位存進低地址。源程序代碼見附錄二。精品.2.3 運行調試2.3.1 系統(tǒng)安裝調試 按照硬件接線圖將系統(tǒng)安裝好后，裝入程序，執(zhí)行后查看步進電機的走步軌跡。2.3.2 結果驗證若終點坐標（,）為

14、（4，3），插補計算過程如表3所示。表3 直線插補計算過程步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算終點判別起點=0=71+x=0-3=-3=62+y=-3+4=1=53+x=1-3=-2=44+y=-2+4=2=35+x=2-3=-1=26+y=-1+4=3=17+x=3-3=0=0 根據(jù)上表，可作出步進電機的走步軌跡如圖11所示。若輸入的參數(shù)為xe=4，ye=3，系統(tǒng)走步軌跡與下圖比較，可判斷出設計的正確性。圖11 步進電機走步軌跡精品.3 課程設計體會通過一個多星期的課程設計，我對這門課有了進一步的了解。學習過程中在老師的耐心指導下，有意識的培養(yǎng)和建立了我的思維能力，使我真正建立數(shù)據(jù)及信息流的概念，以

15、便在控制應用中，能夠使軟件和硬件有機地結合。通過單片機對步進電機的控制系統(tǒng)設計，讓我真正的掌握了微型計算機軟件和硬件相結合的設計方法。工業(yè)控制是計算機的一個重要應用領域，計算機控制正是為了適應這一領域的需要而發(fā)展起來的一門專門技術，它主要研究如何將計算機技術和自動控制理論應用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設計出所需要的計算機控制系統(tǒng)。而當代，隨著微型計算機的高度發(fā)展。它的應用在人們的工作和日常生活中越來越普遍了。工業(yè)過程控制是計算機的一個重要應用領域。現(xiàn)在可以好不夸張的說，沒有微型計算機的儀器不能乘為先進的儀器，沒有微型計算機的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的時代已經(jīng)到來。微型計算控制技術正為了適應這一領

16、域的需要而發(fā)展起來的一門技術。絕大多數(shù)自動控制都是使用計算機來實現(xiàn)的；微型計算機控制技術的發(fā)展，使得以微型計算機為控制器核心的微機測控裝置與系統(tǒng)，滲透到了國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，已經(jīng)無時無處不在影響每個現(xiàn)代人的生活。只有態(tài)度認真的對待這門學科才能真正掌握其中的精髓，在將來的工作中或許起著至關重要的作用。參考文獻1賀亞茹.匯編語言程序設計.北京:科學出版社,20052卜艷萍、周偉.匯編語言程序設計教程.北京:清華大學出版社,20043溫玉杰.intel匯編語言程序設計（第四版）.北京:電子工業(yè)出版社,20044鄭學堅、周斌.微型計算機原理與應用.北京:清華大學出版社,20005于海生.微型計算機控制

17、技術.北京:清華大學出版社,19986沈美明、溫冬嬋.ibm-pc匯編語言程序設計.北京:清華大學出版社,2002 7何立民.單片機應用系統(tǒng)設計.北京:北京航空航天大學出版社,2003精品.附錄一 芯片資料圖11 8051單片機引腳圖 精品.圖12 可編程芯片8255a引腳圖附錄二 源程序 org 0100hmov dptr, #7fffh ；控制口地址送dptrmov a, #90h ；控制字送寄存器amovx dptr, a ；將控制字寫入控制口，初始化8255mov 4eh, ? ；xe的低8位存入4ehmov 4dh, ? ；xe的高8位存入4dhmov 4ch, ? ；ye的低8位存

18、入4chmov 4bh, ? ；ye的高8位存入4bhmov a, 4ehadd a, 4ch ；xe與ye低8位相加mov 50h, a ；低位之和存入nxy低8位mov a, 4dhaddc a, 4bh ；xe與ye的高8位帶進位相加mov 4fh, a ；和存入nxy高8位mov 4ah, #00h ；將fm置零mov 49h, #00h clr r2 ；表adx偏移量清零clr r3 ；表ady偏移量清零loop1: mov a, 49h ；取偏差的高8位 jb acc.7, ycontrol ；若fm0，轉到y(tǒng)control acall xcontrol ；否則，調xcontrol

19、 clr c ；進位寄存器清零mov a, 4ahsubb a, 4ch ；fm與ye的低8位相減精品.mov 4ah, a ；結果存入fm低8位mov a, 49hsubb a, 4bh ；fm與ye的高8位相減mov 49h, a ；結果存入fm高8位loop2: clr c mov a, 50h subb a, #01h ；nxy低位值減1 mov 50h, a ；結果存入nxy的低位 mov a, 4fh subb a, #00h ；考慮低位字節(jié)借位 mov 4fh, a ；減去借位后存入nxy的高位 orl a, 50h ；判斷nxy是否為零 jnz loop1 ；不為零則轉到loo

20、p1 ljmp 8000hxcotrol: mov dptr, #adx ；將控制字表地址賦給dpth mov a, r2 ；表首偏移量送a movc a, a+dptr ；讀取當前步進電機的控制字 mov dptr, #7ffdh ；pb口地址送dptr movx dptr, a ；將步進電機的控制字傳送到pb口 cjne a, #05h, loop3 ；若到表尾，轉loop3 inc r2 ；未到表尾，表首偏移量加1 sjmp delay1 loop3: mov r2, #00h ；表首偏移量清零 sjmp delay1delay1: mov r0, #ffh ；延時精品. djnz delay1ret ；返回ycotrol: mov dptr, #ady ；將控制字表地址賦給dpth mov a, r3 ；ady表首偏移量送a movc a, a+dptr ；讀取當前步進電機的控制字 mov dptr, #7ffeh ；pc口地址送dptr movx dptr, a ；將步進電機的控制字傳送到pc口