紀(jì)留利 中航工業(yè)飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司 燎原分公司 陜西 漢中 723200

二維坐標(biāo)儀控制器的設(shè)計(jì)

紀(jì)留利 中航工業(yè)飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司 燎原分公司 陜西 漢中 723200

二維坐標(biāo)儀控制器的硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，核心部分是軟件的實(shí)現(xiàn)。因此本文主要從軟件角度論述了二維坐標(biāo)儀控制器具體實(shí)現(xiàn)方法。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)開(kāi)發(fā)步進(jìn)電機(jī)二維運(yùn)動(dòng)方法的具體控制；介紹了部分子程序的實(shí)現(xiàn)方法。該二維運(yùn)動(dòng)控制器的樣品已經(jīng)研制出來(lái)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格實(shí)際測(cè)試，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

二維坐標(biāo)儀控制器；運(yùn)動(dòng)控制器;單片機(jī)

two-dimensional coordinate instrument controller ; motion controller;single chip microcomputer

1 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼顯示管按照要求顯示相應(yīng)的坐標(biāo)。4*4鍵盤(pán)能按照鍵盤(pán)功能表的設(shè)計(jì)單獨(dú)運(yùn)行或同時(shí)運(yùn)行控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)或同時(shí)運(yùn)行。根據(jù)逐點(diǎn)比較法直線和圓弧補(bǔ)的基本原理設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。在此控制系統(tǒng)中，要用單片機(jī)及其他外圍電路控制步進(jìn)機(jī)在平面坐標(biāo)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。例如圖1，畫(huà)一個(gè)圓，則可以用這個(gè)圓心為原點(diǎn)建立一個(gè)局部坐標(biāo)系。剛開(kāi)始工作時(shí)，使平臺(tái)從機(jī)器原點(diǎn)移動(dòng)至工件原點(diǎn)，然后以O(shè)mA為半徑畫(huà)圓。圖4-1正常工作時(shí)，平臺(tái)移動(dòng)都在工件坐標(biāo)系內(nèi)移動(dòng)。一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)，應(yīng)使平臺(tái)移回機(jī)器原點(diǎn)，以便處理下一個(gè)工件。

圖1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)二維坐標(biāo)系

2 主程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總流程中思路比較簡(jiǎn)單，但在子程序設(shè)計(jì)中卻相當(dāng)復(fù)雜。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖2所示：程序開(kāi)始后，首先要對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等進(jìn)行初始化，然后判斷設(shè)置鍵或方式鍵是否按下，以執(zhí)行設(shè)置或幾種方式。

圖2系統(tǒng)軟件主程序流程

3 各部分程序設(shè)計(jì)

3.1 直線及圓弧的程序設(shè)計(jì)

畫(huà)直線與畫(huà)圓弧經(jīng)常使用的是逐點(diǎn)比較法。逐點(diǎn)比較法是一種逐點(diǎn)計(jì)算、判別偏差并逼近理論軌跡的方法，逐點(diǎn)比較法要完成如下四個(gè)工作節(jié)拍：

1）偏差判別：判別當(dāng)前位置相對(duì)于給定輪廓的偏離情況，以此決定進(jìn)給方向。

2）進(jìn)給控制：根據(jù)偏差判別結(jié)果，控制相對(duì)于工件輪廓進(jìn)給一步，即向給定的輪廓靠攏，減小偏差。

3）新偏差計(jì)算：由于再進(jìn)給后改變了位置，因此應(yīng)計(jì)算出當(dāng)前位置的新偏差，為下一次偏差判別做準(zhǔn)備。

4）終點(diǎn)判別：判斷是否已到達(dá)被加工輪廓的終點(diǎn)，若已到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)，若還未到達(dá)終點(diǎn)，在繼續(xù)插補(bǔ)。如此不斷循環(huán)進(jìn)行這四個(gè)節(jié)拍就可以加工出所要求的輪廓。

3.2 鍵盤(pán)的程序設(shè)計(jì)

一個(gè)完善的鍵盤(pán)控制程序應(yīng)具備以下功能：檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤(pán)按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。有可靠的邏輯處理方法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號(hào)），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。

鍵盤(pán)掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：

判別有無(wú)按鍵按下。鍵盤(pán)掃描取得閉合鍵行、列值。判斷閉合鍵是否釋放，如沒(méi)釋放則繼續(xù)等待。將閉合鍵鍵號(hào)保存，一個(gè)完整的鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

圖3 鍵盤(pán)程序流程圖

3.3 顯示的程序設(shè)計(jì)

程序本身并無(wú)復(fù)雜之處，需要注意的是七段碼的取值，因?yàn)槠叨螖?shù)碼管有共陽(yáng)極及共陰極之分。共陰極是高電平時(shí)有效輸入（所以在C51單片機(jī)要使發(fā)光二極管點(diǎn)亮，數(shù)碼管是共陽(yáng)性的就要讓I/O口的電位變?yōu)榈碗娢?，如果是共陰極的就是合I/O口的電位變?yōu)楦唠娢唬?，因有些不同的器件?huì)有不同的數(shù)碼值。另外引腳信號(hào)與碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系也會(huì)影響碼值，即引腳可以由高到低排列（7-1）,也可以由低到高排列（1-7）。

3.4 步進(jìn)電機(jī)的控制程序設(shè)計(jì)

在步進(jìn)電機(jī)控制軟件中必須解決的一個(gè)重要問(wèn)題，就是及時(shí)產(chǎn)生一個(gè)如圖4所示的周期性脈沖序列。從圖中可以看出，脈沖是用周期，脈沖高度，接通與斷開(kāi)電源的時(shí)間表示。對(duì)于一個(gè)數(shù)字線來(lái)說(shuō)，在常用的接口電路中，所用電平多為0～5V。接通與斷開(kāi)時(shí)間可用延時(shí)的辦法控制。但由于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)是需要一定時(shí)間的，所以在送一高脈沖后，需要延長(zhǎng)一段時(shí)間，以使步進(jìn)電機(jī)達(dá)到指定的位置。由此可見(jiàn)，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的CP脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。延時(shí)方法是在每次換向之后調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和，就是C P脈沖的周期。

根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式，寫(xiě)出三相六拍控制方式的數(shù)學(xué)模型。

圖4 脈沖序列示意圖

以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序及數(shù)學(xué)模型。如果按上述逆順序進(jìn)行控制，則步進(jìn)電機(jī)將反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可見(jiàn)，所謂步進(jìn)電機(jī)的方向控制，實(shí)際上就是按照某一控制方式所規(guī)定的順序發(fā)送脈沖序列，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目的。

步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：判斷旋轉(zhuǎn)方向；按順序傳送控制脈沖；判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制程序如圖5。

圖5 驅(qū)動(dòng)子程序流程圖

4 結(jié)論

本系統(tǒng)主要以單片機(jī)（AT89C51）為主要控制、計(jì)算芯片。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件電路簡(jiǎn)單，我們可以看到雖然算法和程序都非常復(fù)雜，但它省了很多的硬件電路。在調(diào)試過(guò)程中，很好的驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。

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[2]孫育才.ATMEL新型AT8951系列單片機(jī)及其應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社.2 0 0 5.0 1

[3]李秉操.單片機(jī)接口技術(shù)及其在單片機(jī)的應(yīng)用[M].陜西電子編輯部.1 9 9 3

Two Dimensional Coordinate Controller Design

Ji Liu li
AVIC LANDING-GEAR LAMC Hanzhong, Shaanxi 723200

two-dimensional coordinate controller hardware structure is relatively simple, is the core part of the realization of the software. Therefore, this article mainly from the software was discussed. The two-dimensional coordinate instrument controller realization method. Application of motion control function of the realization of the development of SCM stepper motor motion method specific control. Introduces some subroutines realization method. The two-dimensional motion controller samples has been developed, to undergo a rigorous testing, has achieved the design requirements.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.079

作者簡(jiǎn)歷

紀(jì)留利 1972年出生。籍貫：安徽蒙城。本科。

單位：陜西燎原機(jī)械有限公司。