【導(dǎo)讀】本設(shè)計研究的課題主要是基于單片機控制的數(shù)控X-Y工作臺系統(tǒng)設(shè)計—插補部分設(shè)計。在系統(tǒng)程序設(shè)計上運用逐點比較法使步進電機實現(xiàn)單坐標定位、兩坐標直線插補和圓弧插補的基本功能；在此功能基礎(chǔ)上通過建立象限判別程序，使X-Y工作臺達到四象限的工作要求；并編寫了代碼處理指令，使CPU能夠根據(jù)讀入的指令信息，分別向X軸和Y軸步進電機輸出執(zhí)行指令所需的控制信號，從而完成指定的工序。該設(shè)計選用KeilμVision2軟件進行程序的編譯和調(diào)試，在Proteus環(huán)境下實現(xiàn)進一步的調(diào)試并仿真得出程序的運行結(jié)果。此次設(shè)計的程序均能在Proteus中的控制系統(tǒng)仿真電路圖中仿真通過，仿真時，只需從鍵盤輸入G代碼后，步進電機就能通過直線插補和圓弧插補，完成平面輪廓加工。通過正確的運用大學四年學到的知識完成本次畢業(yè)設(shè)計，可以更好的掌握有關(guān)機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程和單片機的編程思想。通過該設(shè)計使自身具有一定的系統(tǒng)化編程思想和能力，能夠獨立完成項目的設(shè)計。

　　

【正文】 Xm+1=Xm1，Ym+1=Ym （83） 新的加工點的偏差為 （84） 設(shè)加工點正處于m（Xm，Ym）點，當Fm0時，應(yīng)沿+Y方向進給一步至（m+1）點，其坐標值為 Xm+1=Xm，Ym+1=Ym+1 （85）新的加工點的偏差為 （86）由式（84）和式（86）可知，只要知道錢一點的偏差和坐標值，就可求出新的一點的偏差。因為加工點是從圓弧的起點開始，故起點的偏差F0=0。 圓弧插補中的終點判別機制圓弧插補的終點判別方法和直線插補相同?？蓪方向的走步步數(shù)Nx=│XeX0│和y方向的走步步數(shù)Ny=│YeY0│的總和Nxy作為一個計數(shù)器，每走一步，從Nxy中減1，當Nxy=0時發(fā)出終點到信號。 圓弧插補計算過程圓弧插補計算過程比直線插補計算過程多一個環(huán)節(jié)，即要計算加工點瞬時坐標（動點坐標）值，其計算公式為式（83）和式（85）。因此圓弧插補計算過程分為5個步驟即盤查判別、坐標進給、偏差計算、坐標計算、終點判別。 4個象限的圓弧插補其他個象限中逆、順圓弧都可以同第一象限比較而得出各自的偏差計算公式及給定方向。前面介紹了第一象限逆圓弧的插補計算，為了導(dǎo)出其他各項顯得插補計算，下面先來推導(dǎo)一下第一象限順圓弧的插補計算公式。（1） 第一象限順圓弧的插補計算設(shè)第一象限順圓弧，圓弧的圓心在坐標原點，并已知圓弧的起點為C（X0，Y0），終點D（Xe，Ye），如圖82所示。設(shè)加工點線處于m（Xm，Ym）點，若Fm≥0，則沿Y方向進給一步，到（m+1）點，新加工點坐標將是（Xm，Ym1），可求出新的偏差為 Fm+1=Fm2Ym+1 （87） 若Fm0，則沿+X方向進給一步至（m+1）點，新加工點的坐標將是（Xm+1，Ym），同樣可求出新的偏差為 Fm+1=Fm2Xm+1 （88）（2） 4個象限的圓弧插補式（84）、（86）、（87）、（88）給出了第一象限逆、順圓弧的插補計算公式，其他象限的圓弧插補可與第一象限的情況相比較而得出，因為其他象限的所有圓弧總是與第一象圖82 第一象順圓弧限中的逆圓弧或順圓弧互為對稱，如圖38所示。在圖38中，用SR和NR分別表示順圓弧和逆圓弧，所以可以用SRSRSRSRNRNRNRNR4 8種圓弧分別表示第一至第四象限的順圓弧和逆圓弧。圖83 4個象限的圓弧插補的對稱關(guān)系對于圖83，SR1與NR2對稱于+Y軸，SR3與NR4對稱于Y軸，SR4與NR1對稱于+X軸，SR2與NR3對稱于X軸，SR2與NR1對稱于+Y軸，SR4與NR3對稱于Y軸，SR1與NR4對稱于+X軸，SR3與NR2對稱于X軸。所有4個象限、8種圓弧插補時的偏差計算公式和坐標進給方向列于表81。表81 圓弧插補計算公式和進給方向偏差圓弧種類進給方向偏差計算坐標計算Fm≥0SRNR2YFm+1=Fm2Ym+1Xm+1=XmYm+1=Ym1SRNR4+YNRSR4XFm+1=Fm2Xm+1Xm+1=Xm1Ym+1=YmNRSR2+XFm0SRNR4+XFm+1=Fm+2Xm+1Xm+1=Xm+1Ym+1=YmSRNR2XNRSR2+YFm+1=Fm+2Ym+1Xm+1=XmYm+1=Ym+1NRSR4Y 順圓插補程序分析順圓插補程序流程圖見圖84。當按下start且輸入指令為G2時進入順圓插補程序，首先將起始值坐標x_start_value和y_start_value分別存入x_g2和y_g2中，將x_finish_value x_start_value的絕對值與x_finish_value x_start_value的絕對值相加后賦值給終點判別標志位flag_finish。判斷偏差判別式結(jié)果flag_3是否不小于零，若flag_3大于等于零再對象限進行判斷。如果為象限一則運行Y軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g21。如果為象限二則運行X軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g21。如果為象限三則運行Y軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g21。如果為象限四則運行X軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g21。若flag_3小于零也要對象限進行判斷。如果為象限一則運行X軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g2+1。如果為象限二則運行Y軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g2+1。如果為象限三則運行X軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g2+1。如果為象限四則運行Y軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g2+1。在進行完進給，偏差判別，坐標改變后進行終點判別，計算flag_finish= flag_finish1后，判斷flag_finish是否等于零，如果不是，回到之前的判斷flag_3的程序，如果flag_finish=0，則順圓插補程序結(jié)束。4321143Y2N YN開始x_g2= x_start_valuey_g2= y_start_valueFlag_finish= x_finish_value x_start_value+ x_finish_value x_start_valueFlag_xiangxian=?Flag_finish=0?ENDFlag_3≥0X軸正向進給程序Y軸正向進給程序X軸反向進給程序Y軸反向進給程序flag_3=flag_32*x_g2+1 ，x_g2=x_g21flag_3=flag_32*y_g2+1 ，y_g2=y_g21Flag_xiangxian=?X軸正向進給程序Y軸正向進給程序X軸反向進給程序Y軸反向進給程序flag_3=flag_3+2*x_g2+1 ，x_g2=x_g2+1flag_3=flag_3+2*y_g2+1 ，y_g2=y_g2+1Flag_finish= Flag_finish1圖84 順圓插補流程圖 逆圓插補程序分析3214214Y3N YN開始x_g2= x_start_valuey_g2= y_start_valueFlag_finish= x_finish_value x_start_value+ x_finish_value x_start_valueFlag_xiangxian=?Flag_finish=0?ENDFlag_3≥0X軸正向進給程序Y軸正向進給程序X軸反向進給程序Y軸反向進給程序flag_3=flag_32*x_g2+1 ，x_g2=x_g21flag_3=flag_32*y_g2+1 ，y_g2=y_g21Flag_xiangxian=?X軸正向進給程序Y軸正向進給程序X軸反向進給程序Y軸反向進給程序flag_3=flag_3+2*x_g2+1 ，x_g2=x_g2+1flag_3=flag_3+2*y_g2+1 ，y_g2=y_g2+1Flag_finish= Flag_finish1圖85 逆圓插補流程圖逆圓插補流程圖見圖85。當按下start且輸入指令為G3時進入逆圓插補程序，逆圓插補程序流程與順圓插補程序流程基本相同。首先將起始值坐標x_start_value和y_start_value分別存入x_g2和y_g2中，將x_finish_value x_start_value的絕對值與x_finish_value x_start_value的絕對值相加后賦值給終點判別標志位flag_finish。判斷偏差判別式結(jié)果flag_3是否不小于零，若flag_3大于等于零再對象限進行判斷。如果為象限一則運行X軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g21。如果為象限二則運行Y軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g21。如果為象限三則運行X軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g21。如果為象限四則運行Y軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_32*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g21。若flag_3小于零也要對象限進行判斷。如果為象限一則運行Y軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g2+1。如果為象限二則運行X軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g2+1。如果為象限三則運行Y軸反向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*y_g2+1，改變坐標值y_g2=y_g2+1。如果為象限四則運行X 軸正向進給程序，進行偏差判別運算flag_3=flag_3+2*x_g2+1，改變坐標值x_g2=x_g2+1。在進行完進給，偏差判別，坐標改變后進行終點判別，計算flag_finish= flag_finish1后，判斷flag_finish是否等于零，如果不是，回到之前的判斷flag_3的程序，如果flag_finish=0，則逆圓插補程序結(jié)束。9 XY數(shù)控工作臺代碼處理軟件設(shè)計 代碼處理程序分析231YNYYYYYYNNNNNNN21開始P1口電平是否發(fā)生變化?判斷鍵值程序按下鍵是否為數(shù)字鍵?Y值輸入程序按下鍵是否為X ?flag_enter=2按下鍵是否為Y ?flag_enter=1按下鍵是否為G ?flag_enter=3flag_enter=?按下鍵是否為—?Y值為負X值為負按下鍵是否為enter?按下鍵是否為start?X值賦值給X_start_valueY值賦值給Y_start_valueX值賦值給X_finish_valueY值賦值給Y_finish_value進入判斷程序開始查補ENDG值輸入程序X值輸入程序flag_enter=?圖91 鍵盤分析程序流程圖鍵盤分析程序流程圖見圖91。首先檢測是否有鍵按下，若無鍵按下，程序結(jié)束，若有鍵按下則通過鍵盤掃描程序判斷按下為什么鍵，若按下為G鍵則flag_enter=3，代表若有數(shù)字鍵按下時，直接在八位七段LED顯示板上的第三位顯示按下鍵值，并存入flag_g即指令類型存儲器中，若按下鍵為X則flag_enter=2，八位七段LED顯示板上的第一位顯示X，代表進入X值輸入狀態(tài)，若有數(shù)字鍵按下時，當前按下數(shù)字在八位七段LED顯示板上的第四位顯示，原八位七段LED顯示板上三、四位數(shù)字向左移一位，原第五位被舍棄，若有“—”鍵按下時，八位七段LED顯示板上的第一位該為顯示“—”，表示此X值用于插補應(yīng)為負值。若按下鍵為Y時，與X類似，flag_enter=1，八位七段LED顯示板上的第五位顯示Y，代表進入Y值輸入狀態(tài)，若有數(shù)字鍵按下時，當前按下數(shù)字在八位七段LED顯示板上的第八位顯示，原八位七段LED顯示板上七、八位數(shù)字向左移一位，原第六位被舍棄，若有“—”鍵按下時，八位七段LED顯示板上的第五位該為顯示“—”，表示此Y值用于插補應(yīng)為負值。當enter鍵按下時X值賦值給X_start_value，Y值賦值給Y_start_value。當start鍵按下時X值賦值給X_finish_value，Y值賦值給Y_finish_value 并調(diào)用象限判斷程序。10 XY數(shù)控工作臺象限判別軟件設(shè)計 象限判斷總程序分析432開始Flag_g=?G0與G1情況象限判斷程序G2情況象限判斷程序G3情況象限判斷程序END圖101 象限判斷總程序流程圖象限判斷總程序流程圖見圖101。在按下start鍵后，首先進入象限判斷程序，進入象限判斷程序之后，根據(jù)輸入指令標志寄存器flag_g的不同，即插補種類的不同，分別進入不同的象限判別程序。 G0與G1情況象限判斷程序分析NNNYYY開始x_finish_value ≥0?y_finish_value ≥0?Flag_xiangxian=4y_finish_value=y_finish_valueflag_xiangxian=1y_finish_value ≥0?