逐点比较插补原理的实现最新版

《微型计算机控制技术》课程设计报告

课题名称：逐点比较插补原理的实现姓名：章洪高

班级：自动化2班

学号：201320150211

指导老师：徐猛华

东华理工大学机械与电子工程学院

2016年6月

目录

1设计任务及要求 (1)

2方案设计及认证 (1)

3硬件设计原理 (2)

3.1硬件结构 (2)

3.2硬件电路图 (4)

3.3硬件原理 (5)

4软件系统 (7)

4.1软件思想 (7)

4.2流程图 (8)

4.3源程序 (10)

5调试记录及结果分析 (10)

5.1仿真界面设置 (10)

5.2调试记录 (10)

5.3结果分析 (12)

6心得体会 (13)

7参考资料 (14)

附录： (14)

1设计任务及要求

设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用单片机的I/O口输出控制信号，其信号驱动控制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。

图1-1 第一象限逆圆弧

课程设计的主要任务:

1）在显示器上显示任意四位十进制数；

a、定义键盘按键：10个为数字键0～9；6个功能键：设置SET、清零CLR、确认、开始START、暂停、停止；

b、显示器上第一位显示次数，后三位显示每次行走的角度；

c、通过键盘的按键，设置X、Y轴插补的起始值；按START键启动步进电机开始转动，按SET键进行数据设置、按CLR键清零。

2）设计硬件系统，画出电路原理框图（要求规范）；

3）定义步进电机转动的控制字；（不设计步进电机驱动电路与驱动程序）。

4）推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法；

5）编写算法控制程序线；

6）撰写设计说明书。

2方案设计及认证

本次课程设计内容为设计一个单片机控制步进电机系统，该系统利用单片机的I/O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第一象限逆圆弧。

第一象限逆弧如图2-1所示。

图2-1 第一象限逆圆弧

针对以上设计要求，采用单片机控制步进电机进行逐步逼近插补。

硬件方面，在显示器上显示任意四位数，可采用LCD1602显示，第一位显示次数，即在插补过程中每走一步步数加1在第一位显示出来10个数字键采用矩阵键盘，用矩阵键盘扫描的方式判断哪个键按下，以此来设定X,Y的初始坐标。用独立键盘做其功能键，K1用作设置初始坐标，K2坐标清零，K3插补启动，K4插补暂停，K5停止。主控制器采用STC90单片机做控制，硬件简单，控制方便。

插补算法-逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可以达到精度的要求。以下为课程设计要求插补的第一象限逆圆弧。图2-1为第一象限逆圆弧。

单片机程序软件的设计主要有矩阵键盘和独立键盘扫描程序的设计，人机交互界面采用1602液晶做菜单显示器，设计到显示菜单程序的编写。调试及其结果分析，其中包括界面设置，调试记录以及结果分析三个方面，对软件程序进行调试和完善，实现步进电机插补原理。

3硬件设计原理

3.1硬件结构

步进电机通过51单片机进行控制，进而进行数模转换，由伺服电机驱动电路驱动伺服电机，带动工作台进行逐步比较插补，逐步逼近给定轨迹。流程如图3.1所示。

图3-1 开环数字程序控制

随着集成电路技术的发展，开环数字程序控制得到了广泛的应用，如各类数控机床、线切割机低速小型数字绘图仪等，它们都是利用开环数字程序控制原理实现控制的设备。其结构亦如图3-1所示。这种结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收驱动电路发来的指令作相应的运动，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀具是否到达了指令脉冲规定的位置，它不作任何检查，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来决定。

图3-2为两台三相步进电机控制接口示意图，选定由单片机的P2.0、P2.1、P2.2通过驱动电路来控制x轴步进电机，由P2.3、P2.4、P2.5通过驱动电路来控制y轴步进电机，并假定数据输出为“1”时，相应的绕组通电；数据输出为“0”时，相应绕组断电。

图3-2 两台三相步进电机控制接口示意图

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即

可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。以下为步进电机三相六拍工作方式，其输出字

表如表3-1。

表3-1步进电机三相六拍工作方式输出字表

3.2硬件电路图

图3-3硬件电路原理图

3.3硬件原理

本次课程设计内容为设计一个51单片机控制步进电机系统，该系统利用单片机机的I/O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第一象限逆圆弧。、

逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可以达到精度的要求。以下为课程设计要求插补的第一象限逆圆弧。图3-4为第一象限逆圆弧。

图3-4 第一象限逆圆弧

以下就以第一象限为例进行分析。

（1）偏差计算公式

设要加工逆圆弧AB，圆心在原点，起点坐标A(x0,Y0),终点坐标(xe,Ye),半径R。瞬时加工点M(xm,Ym)，它距圆心Rm，则可用R与Rm来反映偏差。

由图3-2可知:

由此定义偏差公式为：

若Fm＝0，M点在圆弧上；若Fm＞0，M点在圆弧外；若Fm＜0，M点在圆弧内。

2

2

2Ym

Xm

Rm+

=

2

2

2Yo

Xo

R+

=

2

2

2

2

2R

Ym

Xm

R

Rm

Fm-

+

=

-

=