基于单片机控制的数控X-Y工作台系统设计

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本设计研究的课题主要是基于单片机控制的数控X-Y工作台系统设计—插补部分设计。

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2010 届毕业设计

基于单片机控制的数控 X-Y 工作台系统设计

——插补部分

摘要

本设计研究的课题主要是基于单片机控制的数控 X-Y 工作台系统设计—插补部分设计。

在系统程序设计上运用逐点比较法使步进电机实现单坐标定位、两坐标直线插补和

圆弧插补的基本功能；在此功能基础上通过建立象限判别程序，使 X-Y 工作台达到四象限

的工作要求；并编写了代码处理指令，使 CPU 能够根据读入的指令信息（G 代码与 X 轴

和 Y 轴坐标），分别向 X 轴和 Y 轴步进电机输出执行指令所需的控制信号，从而完成指

定的工序。

该设计选用 KeilμVision2 软件进行程序的编译和调试，在 Proteus 环境下实现进一

步的调试并仿真得出程序的运行结果。此次设计的程序均能在 Proteus 中的控制系统仿

真电路图中仿真通过，仿真时，只需从键盘输入 G 代码后，步进电机就能通过直线插补

和圆弧插补，完成平面轮廓加工。

关键字：插补数控 X-Y 工作台步进电机单片机

2010 届毕业设计

Design of X-Y NC Worktable Based on Microcontroller

——Interpolation part

ABSTRACT

The subject of this design study is mainly based on MCU control system design for CNC

XY table - interpolation part of the design.

Procedures used in the system design by point by point comparison then single-coordinate

positioning, linear interpolation of the two coordinates, circular Interpolation of the two

coordinates by use the stepper motor; on the basis of this, establish quadrant identification

procedures so that XY table can work in four quadrants; and write the code handler ，so CPU

according to the information which have been read(G code and the X-axis and Y-axis

coordinates), output signals to two stepper motor separately for control the table how to move on

X-axis and Y-axis to finish the specified process.

The design of the software programs used KeilμVision2 compile and debug, debugging at

the Proteus and get the results of simulation. the results of the design of the program in the

simulation by Proteus is wonderful, when simulation the program, just need input G code by the

keyboard, stepper motor can control the table through linear interpolation and circular

interpolation to finish plane contour machining.

Key words: Interpolation X-Y NC Worktable Stepping Motor Microcontroller

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目  录
 前言 1
 X-Y 数控工作台设计简介 2
1  X-Y 数控工作台总体方案分析 2
2  仿真开发环境 Proteus 简介 2
3  程序开发环境 KeilμVision2 简介 3
 X-Y 数控工作台机械部件功能分析 4
1  步进电动机的工作原理 4
2  步进电动机的工作方式 4
X-Y 数控工作台硬件电路分析6
1  控制系统微控制器 AT89C52 6
1.1  AT89C52 单片机的主要工作特性 6
1.2  AT89C52 单片机的内部结构 6
1.3  AT89C52 单片机的各引脚功能 16
2  可编程并行接口芯片 8255A 17
2.1  8255A 的内部结构17
2.2  8255A 的引脚功能18
2.3  8255A 的工作方式19

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2.4  8255A 控制字 20
 基于 PROTEUS 仿真电路分析 21
1  X-Y 数控工作台控制系统仿真电路图 21
2  X-Y 数控工作台控制系统硬件资源及其分配 21
3  电路模块图分析 23
3.1  X-Y 向步进电机控制电路分析 23
3.2  四行四列矩阵式键盘控制电路分析 24
3.3  X-Y 数控工作台显示电路分析 26
4  程序在仿真电路图中实现的功能 26
 X-Y 数控工作台总程序软件设计 28
1  程序总流程分析 28
2  Main 函数功能解释 28
3  逐点比较法的插补原理 29
4  逐点比较法插补的优点 29
5  插补总流程分析 29
 X-Y 数控工作台快速进给软件设计 31
1  快速进给程序分析 31
 X-Y 数控工作台直线插补软件设计 33
1  逐点比较法的直线插补的数学原理 33

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1.1  逐点比较法的直线查补的偏差判别机制 33
1.2  直线插补中的终点判别机制 34
1.3  直线插补计算过程 34
1.4  直线插补中的进给判别机制 35
2  直线插补程序分析 35
 X-Y 数控工作台圆弧插补软件设计 37
1  逐点比较法的圆弧插补的数学原理 37
1.1  逐点比较法的圆弧查补的偏差判别机制 37
1.2  圆弧插补中的终点判别机制 38
1.3  圆弧插补计算过程 38
1.4  4 个象限的圆弧插补 38
2  顺圆插补程序分析 40
3  逆圆插补程序分析 43
 X-Y 数控工作台代码处理软件设计 45
1  代码处理程序分析 45
 X-Y 数控工作台象限判别软件设计47
1  象限判断总程序分析 47
2  G0 与 G1 情况象限判断程序分析 48
3  G2 情况象限判断程序分析 49