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1、学 号：xxxxxxxxxx 学院学院毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书课题名称：课题名称：双坐标十字滑台数控编程插补控制的双坐标十字滑台数控编程插补控制的实现实现学生姓名：学生姓名：xxx系系 别：别：机机械械与与电电子子工工程程系系专专 业：业：机机械械电电子子工工程程指导教师：指导教师：xxx2016 年 12 月 16 日摘 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
2、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 KeilVision2 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Design of X-Y NC Worktable Based on Microcon
3、trollerInterpolation partABSTRACTThe 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 co
4、ordinates, 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
5、 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 KeilVision2 compile and debug, debugging at the Proteus and get the results of simulation. the res
6、ults 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
7、 NC Worktable Stepping Motor Microcontroller目 录摘 要I ABSTRACT II 前言1 1 双坐标十字滑台数控编程插补控制的实现设计简介2 1.1 X-Y 数控工作台总体方案分析2 1.2 仿真开发环境 Proteus 简介 2 1.3 程序开发环境 KeilVision2 简介2 1.4 设计内容要求 2 双坐标十字滑台机械部件 42.1 双坐标十字滑台性能与技术要求2.2 机械部件选取 2.2.1 步进电动机的选型与计算42.2.1.1 步进电动机的工作原理及工作方式 2.2.1.2X 轴步进电动机选型2.2.1.3Y 轴步进电动机选型2.2
8、.2 导轨副的选型计算 2.2.3 丝杆螺母副的选型计算 2.2.4 减速装置选型计算 2.4.5 检测装置的选用 3 数控部分 6 3.1 控制系统微控制器 AT89C526 3.1.1 AT89C52 单片机的主要工作特性 6 3.1.2 AT89C52 单片机的内部结构 6 3.1.3 AT89C52 单片机的各引脚功能15 3.2 可编程并行接口芯片 8255A16 3.2.1 8255A 的内部结构16 3.2.2 8255A 的引脚功能17 3.2.3 8255A 的工作方式18 3.2.4 8255A 控制字19 4基于 PROTEUS 仿真电路分析21 4.1 双坐标十字滑台控
9、制系统仿真电路图21 4.2 双坐标十字滑台控制系统硬件资源及其分配21 4.3 单片机外围电路设计 4.3.1 程序存储器的扩展 4.3.2 i/o 接口电路设计 4.3.3 串行口电路设计 4.3.4 键盘电路设计 4.3.5 D/A 转换电路设计 4.3.6 告警电路及限位设计 5 步进电动机的控制系统设计 5.1X-Y 向步进电机控制电路分析225.2 驱动电源选取 5.3 双坐标十字滑台控制系统仿真图 5.4 程序在仿真电路图中实现的功能 25 6双坐标十字滑台总程序软件设计26 6.1 程序总流程分析26 6.2 Main 函数功能解释26 6.3 逐点比较法的插补原理27 6.4
10、 逐点比较法插补的优点27 6.5 插补总流程分析27 7 双坐标十字滑台快速进给软件设计28 6.1 快速进给程序分析28 8双坐标十字滑台直线插补软件设计30 8.1 逐点比较法的直线插补的数学原理30 8.1.1逐点比较法的直线查补的偏差判别机制30 8.1.2直线插补中的终点判别机制31 8.1.3直线插补计算过程31 8.1.4直线插补中的进给判别机制31 8.2 直线插补程序分析32 9双坐标十字滑台圆弧插补软件设计34 9.1 逐点比较法的圆弧插补的数学原理34 9.1.1逐点比较法的圆弧查补的偏差判别机制34 9.1.2圆弧插补中的终点判别机制35 9.1.3圆弧插补计算过程3
11、5 9.1.44 个象限的圆弧插补35 9.2 顺圆插补程序分析37 9.3 逆圆插补程序分析39 10双坐标十字滑台代码处理软件设计41 10.1 代码处理程序分析41 11双坐标十字滑台象限判别软件设计43 11.1 象限判断总程序分析43 11.2 G0 与 G1 情况象限判断程序分析43 11.3 G2 情况 象限判断程序分析45 11.4 G3 情况象限判断程序分析 45 12中断程序设计方法47 12.1 定时器中断程序解释47 12.2 外部中断程序解释47 结论与展望48 参考文献49 附录 A 总程序: 50 附录 B 文献翻译原文75 附录 C 文献翻译译文83 谢 辞90
12、xx 学院毕业设计（论文）1 前言前言本次毕业设计的选题为基于单片机控制的数控 X-Y 工作台系统设计插补部分。X-Y 数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，通常由导轨座、滑动模块、工作 平台、滚珠丝杠螺母副，以及步进电机的部件构成。控制系统可选用标准的工业控制计算机， 也可设计专用的微机控制系统。本设计用 AT89C52 组成专用单片机控制系统，从键盘输入 G 代码后，能通过直线插补和圆弧插补，完成平面轮廓加工。通过正确的运用大学四年学到的知识完成本次毕业设计，可以更好的掌握有关机电一 体化系统的设计过程和单片机的编程思想。通过该设计使自身具有一定的系统化编程思想和 能力，能够独立完成项
13、目的设计。研究技术路线：1.单片机输入/输出端口；2.单片机的中断系统；3.单片机的定时/计数器；4.C 语言顺序 与选择结构程序设计；5.C 语言循环结构程序设计；6.C 语言数据类型运算符、数组、函数、 指针的运用与设计；7.C 语言程序设计编译预处理；8.在 PROTEUS 中进行系统的调试与仿 真。1 双坐标十字滑台数控编程插补控制的实 现设计简介1.1 总体方案分析双坐标十字滑台是实现平面 X、Y 坐标运动的典型关键部件，能够分别沿 X 向和 Y 向移动。 本次设计的双坐标十字滑台选用的是微机控制系统（AT89C52 单片机） ，在基于 AT89C52 单片机的原理上设计了一个小型的
14、微机控制系统，运用 C51 编程将控制信号送到执行器件 （X 和 Y 向步进电动机） ，通过机械传动机构（齿轮减速和丝杆传动） ，带动机械执行机构 （工作台）做 X 向和 Y 向的运动；实现四象限单坐标快速定位，双坐标直线、圆弧插补等 功能；最终选择通过 Proteus 与 Keil 联机对设计的电路以及程序进行仿真、键 盘告警 理理显 示限位开关步进电机 理理单 片 机X 驱动Y 驱动步进电机 理理xx 学院毕业设计（论文）2 图 1-1 双坐标十字滑台数控编程插补控制的实现设计设计总体方案图1.2 仿真开发环境 Proteus 简介Proteus ISIS 是美国 Labcenter 公司
15、开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是： 实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、 单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿 真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000 系列、8051 系列、 AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各种外围芯 片。 提供软件调试功
16、能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同 时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功 能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 KeilVision2 等软件。 具有强大的原理图绘制功能1。1.3 程序开发环境 KeilVision2 简介Vision2 是一个标准的 Windows 应用程序，支持长文件名操作，其界面类似于 MS Visual C+，可以再 Windows95/98/2000/XP 平台上运行，功能十分强大。它支持所有的 KEIL8051 工具，包括 C 编译器、宏汇编器、连接/定位器、目标代码到 HEX 的转换器。采用 Keil C51 开发 8051 单片机应用程序一般需要以下步骤： 在 Vision2 集成开发环境中创建一个新项目文件（Project） ，并为该项目选定合适 的单片机 CPU 器件。 利用 Vision2 的文件编辑器编写 C 语言（或汇编语言）源程序文件，并将文件
