1、目錄1設計任務及要求 .12方案比較及認證 .23設計原理 .43.1 硬件原理 .43.2 硬件原理 .54軟件系統 .94.1 軟件思想 .94.2 流程圖 .94.3 源程序 .95調試記錄及結果分析 .105.1 界面設置 .105.2 調試記錄 .105.3 結果分析 .116心得體會 .137參考資料 .14附錄 .15武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書11 設計任務及要求設計一個計算機控制步進電機系統，該系統利用 P（機的并口輸出控制信號，其信號驅 動后控制 X、丫兩個方向的三相步進電機轉動，禾 I用逐點比較法插補繪制出如下曲線。課程設計的主要任務：1 設計硬件系統，畫出電

2、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； 系統濾波原理、硬件原理，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。武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書22 方案比較及認證本次課程設計內容為設計一個計算機控制步進電機系統，該系統利用P（機的并口輸出 控制信號，其信號驅動后控制 X、丫兩個方向的三相步進電機轉動，禾用逐點比較法插補繪 制出第一象限逆圓弧。

3、數字程序控制主要應用于機床的自動控制，如用于銑床、車床、加 工中心、以及線切割等的自動控制中。采用數字程序控制的機床叫數控機床， 它能加工形狀復雜的零件、加工精度高、生產 效率高、便于改變加工零件品種等優點，是實現機床自動化的一個重要發展方向。本次課 程設計采用逐點比較法插補原理以及作為數字程序控制系統輸出裝置的步進電機控制技 術進行第一象限圓弧插補。第一象限圓弧如圖 2-1 所示。圖 2-1 第一象限逆圓弧針對以上設計要求，采用步進電機插補原理進行逐步逼近插補。硬件方面，步進電機是機電控制中一種常用的執行機構， 它的用途是將電脈沖轉化為 角位移，通俗地說：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就

4、驅動步進電機按設定的方向 轉動一個固定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數即可以控制角位移量，從而達到準 確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的 目的。逐點比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線，它與規定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當量，因此只要把脈沖當量（每走一步的距離即步長）取得足夠小, 就可以達到精度的要求。以下為課程設計要求插補的第一象限逆圓弧。圖3-3 為第一象限逆圓弧。軟件方面，運用 Visual Basic 6.0 應用軟件，首先制作相應的界面，進行參數設置，其 次，在界面中設置相應的 command1，存放相應程序，畫出 x

5、 軸和 y 軸的以及相應的箭頭作出 正方武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書3向，并且執行相應起點和終點的參數，定出圓心，畫出相應的四分之一圓弧。作出圓 弧后，通過相應的計算分析得出圓弧插補計算的五個步驟，即偏差判斷、坐標進給、偏差 計算、坐標計算、終點判斷。軟件調試及其結果分析，其中包括界面設置，調試記錄以及結果分析三個方面，對軟件程序進行調試和完善，實現步進電機插補原理。武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書43 硬件設計原理3.1 硬件原理步進電機通對計算機進行控制，進而進行數模轉換，由伺服電機驅動電路驅動伺服電 機，帶動工作臺進行逐步比較插補，逐步逼近給定軌跡。流程如圖3.1 所

6、示。隨著計算機技術的發展，開環數字程序控制得到了廣泛的應用，如各類數控機床、線切割機低速小型數字繪圖儀等，它們都是利用開環數字程序控制原理實現控制的設備。其 結構亦如圖 3-1 所示。這種結構沒有反饋檢測元件，工作臺由步進電機驅動。步進電機接收 驅動電路發來的指令作相應的運動，把刀具移動到與指令脈沖相當的位置，至于刀具是否 到達了指令脈沖規定的位置，它不作任何檢查，因此這種控制的可靠性和精度基本上由步 進電機和傳動裝置來決定。圖 3-2 為兩臺三相步進電機控制接口示意圖，選定由 PAO、PA1、PA2 通過驅動電路來 控制x 軸步進電機，由 PBO、PB1、PB2 通過驅動電路來控制 y 軸步

7、進電機，并假定數據輸出 為“ 1”時，相應的繞組通電；數據輸出為“ 0”時，相應繞組斷電。步進電機是機電控制中一種常用的執行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移， 通圖 3-1 開環數字程序控制圖 3-2 兩臺三相步進電機控制接口示意圖武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書5俗地說：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固 定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目 的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。以下 為步進電機三相六拍工作方式，其輸出字表如表 3-1o表 3-1 步進電機三相六拍工

8、作方式輸出字表x 軸步進電機輸出字表丫軸步進電機輸出字表存儲地址標號PA 口輸出字存儲地址標號PB 口輸出字ADX10000000 仁 01HADY100000001 = 01HADX20000001 仁 03HADY200000011= 03HADX300000010= 02HADY300000011= 03HADX400000110= 06HADY400000110= 06HADX500000100= 04HADY500000100= 04HADX600000101= 05HADY600000101 = 05H3.2 硬件原理本次課程設計內容為設計一個計算機控制步進電機系統，該系統利用 P

9、（M 的并口輸出 控制信號，其信號驅動后控制 X、丫兩個方向的三相步進電機轉動，禾用逐點比較法插補繪 制出第一象限逆圓弧。、逐點比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線，它與規定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當量，因此只要把脈沖當量（每走一步的距離即步長）取得足夠小, 就可以達到精度的要求。以下為課程設計要求插補的第一象限逆圓弧。圖3-3 為第一象限逆圓弧。武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書6以下就以第一象限為例進行分析。(1) 偏差計算公式設要加工逆圓弧 AB,圓心在原點，起點坐標 A(xO,YO),終點坐標(xe,Ye),半徑 R。瞬時 加工點M(xm,Ym)它距圓心 Rm

10、 則可用 R 與 Rn 來反映偏差。由圖 3-2 可知：Rm2= Xm2Ym2R2=Xo2Yo2由此定義偏差公式為：Fm = Rm2- R2= Xm2+ Ym2- R2若 Fm= 0, M 點在圓弧上；若 Fm0, M 點在圓弧外；若 Fmc0, M 點在圓弧內。第一象限逆圓弧的插補原理是：從圓弧起點出發，若 Fmz0,沿-X 方向走一步，并計 算新偏差；當 Fm 0 時，Xm+牡 Xm-1Ym+牡 YmFm+仁 Fm-2Xm+1武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書7當 FmK0 時，Xm+牡 XmYm+牡 Ym+1Fm+仁 Fm+2Ym+1(2)終點判斷方法1設置 Nx,NY 兩個計數器

11、，初值設為|Xe-Xo|,|Ye-Yo|在不同的坐標軸進給時對應的 計數器減一，兩個計數器均減到零時，到達終點。2用一個計數器 NxY，初值設為 Nx+N丫無論在哪個坐標軸進給，Nxy 計數器減一， 計數器減到零時，到達終點。(3)插補計算過程圓弧插補計算比直線插補計算過程要多一個環節，即要計算加工瞬時坐標。故圓弧插 補計算為五個步驟即偏差判斷、坐標進給、偏差計算、坐標計算、終點判斷。通過以上的分析計算，可以得出以下四個象限的順圓弧(SR 和逆圓弧(NF)的圓弧插補計算公式和進給方向。其插補進算公式及其進給方向如表3-1 所示。表 3-2 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

12、坐標計算Fm 0SR1、NR2-YFm+1 Fm-2Ym+1Xm+1 XmYm+1 Ym-1SR3、NR4+YNR1、SR4-xFm+1 Fm-2Xm+1Xm+1 Xm-1Ym+1 YmNR3、SR2+xFm 0 時，Xm+牡 Xm-1Ym+牡 YmFm+仁 Fm-2Xm+12. 當 FmK0 時，Xm+牡 XmYm+牡 Ym+1Fm+仁 Fm+2Ym+1由起點及其終點，可得終點判斷 Nxy=10，另外令圓心（1 , 1）為新建坐標系原點,可得一下圓弧插補過程，如表 5-1 所示。表 5-1 圓弧插補計算過程步數偏差判別坐標進給坐標計算偏差計算終點判斷起點X0=5,Y0=0F0=0Nxy=10

13、1Fo=0-xX1=x0-1=4,Y1=0F1=F0-2X0+1=-9Nxy=92F1=-9v0+yX2=4,Y2=Y1+1=1F2=F1+2Y1 + 1=-6Nxy=83F2=-6v0+yX3=4,Y3=Y2+1=2F3=F2+2Y2+1=-3Nxy=74F3=-3v0+yX4=4,Y4=Y3+1=3F4=F3+2Y3+1=0Nxy=65F4=0-xX5=x4-1=3,Y5=3F5=F4-2X4+1=-7Nxy=56F5=-7v0+yX6=3,Y6=Y5+1=4F6=F5+2Y5+1=0Nxy=47F6=0-xX7=X6-1=2,Y7=4F7=F6-2X6+1=-5Nxy=38F7=-5v0

14、+yX8=2,Y8=Y7+1=5F8=F7+2Y7+1=4Nxy=29F8=20-xX9=X8-1=1,Y9=5F9=F8-2X8+1=1Nxy=11 0F9=10-xX10=X7-1=0,Y10=5F10=F9-2X9+1=0Nxy=0根據以上圓弧插補過程，實現完整的圓弧插補過程武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書146 心得體會微機控制原理技術是一門很有趣的課程，任何一個計算機系統都是一個復雜的整體，學習危機控制原理是要涉及到整體的每一部分。通過討論其控制原理時又要涉及到各部件 之間控制的工作原理，不僅較深入理解計算機控制的工作原理。所以，在循序漸進的課堂 教學過程中，我總是處于“學會

15、了一些新知識，弄清了一些原來保留的問題，又出現了一 些新問題”的循環中，直到課程結束時，才把保留的問題基本搞清楚。學習該門課程知識時，其思維方法也和其它課程不同，該課程偏重于工程思維，具體 地說，在了解了微機基本原理的同時，必須學會各種控制技術的應用，其創造性勞動在于 如何用計算機的有關技術實現計算機的控制，設計實用的電路和系統，再配上相應的應用 程序，完成各種控制應用項目。這次課程設計并不是很難，主要的困難來自對程序的處理和界面的設計。功夫不負有心人，經過宿舍想死類型題目的四個人的合作和努力，最后對實驗的原理有了更清晰的認 識。雖然設計中并的功能并不是十分完善，但是就系統功能來說，基本完成了

16、課程設計要 求。但是通過平時課程的學習，又通過本次課程設計對它的再一次認真努力學習和操作， 鞏固了該門課程的知識和應用，對我們以后的學習也會有幫助的。本次還遇到一個困難，便是對于 VB 使用的不熟悉。對于 VB 的應用，僅僅限于高中一 年的簡單學習，這次課程設計中對于步進電機的軟件仿真，VB 中的很多不懂的地方，通過看書學習和向同學請教，實現了步進電機的軟件設計。本次課程設計的過程中，對于VB的再一次重溫和理解，相信對于今后的學習也有很大的幫助?？傊?，這次課程設計對于我們有很大的幫助，通過課程設計，我更加深入地理解了，微機控制原理課程上講到的各種控制技術， 本次設計尤其深入了對步進電機插補原理

17、的 理解，熟悉了VB 程序的編寫過程和運行過程，最后還提高了自己的動手能力。感謝老師 的悉心指導。武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書157 參考資料1 鄭學堅，周斌 微型計算機原理與應用清華大學出版社2于海生 微型計算機控制技術清華大學出版社3 沈美明，溫冬嬋 IBM-PC 匯編語言程序設計清華大學出版社4 何立民 單片機應用系統設計北京航空航天大學出版社5姚燕南，薛鈞義微型計算機原理 西安電子科技大學出版社6 沙占友等 新編實用數字化測量技術國防工業出版社7 宋春榮等 通用集成電路手冊 山東科技出版社武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書16附錄:附件一程序清單Opti on Exp

18、licitPublic q As DoublePublic flag As In tegerPublic xa As In tegerPublic ya As In tegerPublic xb As In tegerPublic yb As In tegerPublic fm As In tegerPublic n As In tegerPublic x As DoublePublic y As DoublePublic sx As DoublePublic sy As DoubleDim c As In tegerPublic Fun cti on max(a, b)If a b The n max = aElsemax = bEnd IfEnd Fun cti onPrivate Sub Comma nd1_Click()Picturel.Refresh武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書17q = Val(Textl.Text) xa = Val(Text2.Text)