基于单片机控制的数控X-Y工作台系统设计毕业设计.doc

基于单片机控制的数控X-Y工作台系统设计毕业设计 摘 要 I ABSTRACT II 前言 1 1 X-Y数控工作台设计简介 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KeilμVision2简介 2 2 X-Y数控工作台机械部件功能分析 4 2.1 步进电动机的工作原理 4 2.2 步进电动机的工作方式 4 3 X-Y数控工作台硬件电路分析 6 3.1 控制系统微控制器AT89C52 6 3.1.1 AT89C52单片机的主要工作特性 6 3.1.2 AT89C52单片机的部结构 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8255A 16 3.2.1 8255A的部结构 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 X-Y数控工作台控制系统仿真电路图 21 4.2 X-Y数控工作台控制系统硬件资源及其分配 21 4.3 电路模块图分析 22 4.3.1 X-Y向步进电机控制电路分析 22 4.3.2 四行四列矩阵式键盘控制电路分析 23 4.3.3 X-Y数控工作台显示电路分析 24 4.4 程序在仿真电路图中实现的功能 25 5 X-Y数控工作台总程序软件设计 26 5.1 程序总流程分析 26 5.2 Main 函数功能解释 26 5.3 逐点比较法的插补原理 27 5.4 逐点比较法插补的优点 27 5.5 插补总流程分析 27 6 X-Y数控工作台快速进给软件设计 28 6.1 快速进给程序分析 28 7 X-Y数控工作台直线插补软件设计 30 7.1 逐点比较法的直线插补的数学原理 30 7.1.1 逐点比较法的直线查补的偏差判别机制 30 7.1.2 直线插补中的终点判别机制 31 7.1.3 直线插补计算过程 31 7.1.4 直线插补中的进给判别机制 31 7.2 直线插补程序分析 32 8 X-Y数控工作台圆弧插补软件设计 34 8.1 逐点比较法的圆弧插补的数学原理 34 8.1.1 逐点比较法的圆弧查补的偏差判别机制 34 8.1.2 圆弧插补中的终点判别机制 35 8.1.3 圆弧插补计算过程 35 8.1.4 4个象限的圆弧插补 35 8.2 顺圆插补程序分析 37 8.3 逆圆插补程序分析 39 9 X-Y数控工作台代码处理软件设计 41 9.1 代码处理程序分析 41 10 X-Y数控工作台象限判别软件设计 43 10.1 象限判断总程序分析 43 10.2 G0与G1情况象限判断程序分析 43 10.3 G2情况象限判断程序分析 45 10.4 G3情况象限判断程序分析 45 11 中断程序设计方法 47 11.1 定时器中断程序解释 47 11.2 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 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。 X-Y数控工作台设计简介 1 X-Y数控工作台总体方案分析 总体方案图如图1-1所示： 图1-1 X-Y数控工作台总体方案图 X- Y数控工作台是实现平面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X- Y数控工作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 【基于单片机控制的数控X-Y工作台系统设计】是一种常见的机电一体化设备，它用于实现平面内的X轴和Y轴精确运动。该系统主要由单片机、步进电机、机械传动机构和控制电路组成，能够根据输入的G代码进行直线和圆弧插补，完成平面图形的加工。 涵盖了X-Y数控工作台的设计过程和所用工具。设计涉及了X-Y数控工作台的总体方案分析，包括工作台结构、微机控制系统（采用AT89C52单片机）和控制策略。开发环境包括了Proteus用于仿真和Keil μVision2用于编写程序。接着，深入讨论了机械部件，尤其是步进电机的工作原理和方式，它是驱动工作台移动的关键组件。 在【硬件电路分析】部分，详细讲解了AT89C52单片机的特性和结构，以及其在系统中的作用。此外，8255A作为可编程并行接口芯片，它的结构、功能、工作模式和控制字也被详尽解析，因为8255A常被用来扩展单片机的输入输出能力。 【仿真电路分析】通过Proteus展示了控制系统的设计，包括步进电机控制、矩阵式键盘控制和显示电路的电路图，并分析了这些模块的功能和工作原理。 【软件设计】部分包括了总程序流程、逐点比较法的插补算法以及快速进给、直线插补和圆弧插补的软件实现。逐点比较法是一种常用的插补方法，它通过对每个插补点的比较来控制电机的步进，确保运动轨迹的精确。 设计还涉及到代码处理和象限判断的软件设计，这些功能使得系统能理解并执行G代码指令，同时正确处理不同象限的坐标变换。中断程序设计，如定时器中断和外部中断，也是控制系统的重要组成部分，它们确保了实时性和响应速度。 这个毕业设计项目综合运用了单片机技术、嵌入式编程、电子电路和机械传动等多领域知识，旨在培养系统化编程思维和独立设计能力。通过这样的设计，学生可以深入理解机电一体化系统的运作机制，并为实际工程应用打下坚实基础。