基于單片機(jī)的新型逐點比較直線插補法設(shè)計

摘 要：隨著社會的發(fā)展，資源越來越緊張，建立節(jié)約型社會的要求更加迫切。提出一種插補方法，其在改進(jìn)單片機(jī)程序設(shè)計的基礎(chǔ)上利用兩軸聯(lián)動走斜線取代原來的單軸單向運動走直角，可以更好地逼近工件的加工面，提高加工精度和零件表面質(zhì)量，綜合地減少了原材料和加工成本。

關(guān)鍵詞：逐點比較；直線插補；兩軸聯(lián)動；匯編語言

中圖分類號：TN409文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004 373X(2009)02 123 03

Design of New Point by Point Comparison Straight Line

Interpolation Based on Single Chip Computer

GAO Haitao

(Luoyang Technical Institute,Luoyang,471023,China)

Abstract：Along with development of sciety,the resources are shortened,it is urgent to establish economical society.The interpolation method applies two axis linkages on the improvement of single chip computer′s circuit programming foundation to walk the oblique line substitution original single axle unidirectional movement to walk the right angle,may approach the machined surface of work piece,improve the processing precision and the components′surface quality,reduce raw material and the processing cost.

Keywords：point by point comparison;straight line interpolation;two axis linkages;assembly language

0 引 言

隨著社會的發(fā)展，資源越來越緊張，建立節(jié)約型社會的要求更加迫切。科技工作者都在盡力改進(jìn)設(shè)計、工藝，以減少原材料和人工的投入，取得更大的效益。在教學(xué)和生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)教科書與實際數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)插補的方法都是單軸單向走直角運動，這樣在工件的表面就會形成直角的加工輪廓，導(dǎo)致粗糙度大。如果能采用兩軸聯(lián)動走斜線的方法，就能更好地逼近工件的外形，提高加工精度和零件表面質(zhì)量。

1 設(shè)計原理

該設(shè)計中采用兩軸聯(lián)動插補（圖1中細(xì)實線表示的走刀路線，x和y相電機(jī)可以同時運動）與常用的單軸插補（圖1中虛線表示的走刀路線，x和y相電機(jī)在某一時刻只有1個運動）相比，可以明顯地減小零件表面的粗糙度，提高加工質(zhì)量。

兩軸聯(lián)動逐點比較法的插補分為5個步驟，以第一象限為例：

第一步:根據(jù)直線偏向判定插補方向。如圖1所示，根據(jù)要加工的直線兩端點A（x璦,y璦），B（x璪,y璪）的坐標(biāo)判定要加工的直線偏向及插補方向；當(dāng)x璭（x璪-x璦 ）≥y璭（y璪-y璦）時，加工輪廓偏向x 軸，走x和xy；當(dāng)x璭（x璪-x璦 ）＜y璭（ y璪-y璦）時,加工輪廓偏向y 軸,走y和xy。

圖1 兩軸聯(lián)動比較插補

第二步:偏差判別。判別刀具當(dāng)前位置相對于給定輪廓的偏差狀況；直線AB上任一點C(x,y) ，其坐標(biāo)滿足：x/y=x璭/y璭，若刀具加工點為P璱（x璱，y璱），則該點的偏差函數(shù)與加工直線的位置關(guān)系為：F璱= 0，表示加工點位于直線上； F璱＞ 0，表示加工點位于直線上方；F璱＜ 0，表示加工點位于直線下方。

第三步:坐標(biāo)進(jìn)給。根據(jù)偏差控制坐標(biāo)軸進(jìn)給，使加工點向被加工輪廓靠攏，見表1。

表1 坐標(biāo)進(jìn)給與加工點的關(guān)系

F＞0F=0F＜0

x璪-x璦＞y璪-y璦(偏向x軸)沿x軸進(jìn)給一步沿xy軸進(jìn)給一步沿xy軸進(jìn)給一步

x璪-x璦=y璪-y璦沿xy軸進(jìn)給一步

x璪-x璦＜y璪-y璦(偏向y軸)沿xy軸進(jìn)給一步沿xy軸進(jìn)給一步沿y軸進(jìn)給一步

第四步:計算新偏差。刀具進(jìn)給一步后，坐標(biāo)點位置發(fā)生了變化，計算新位置的偏差值；x璱，y璱為當(dāng)前插補點的動態(tài)坐標(biāo)，其原始的偏差計算公式為：

Ｆ璱＝x璭y璱-x璭y璪

沿x軸進(jìn)給一步，動態(tài)坐標(biāo)變?yōu)椋▁璱+1＝x璱＋１，y璱+1＝y(tǒng)璱），新偏差變?yōu)椋?/p>

Ｆ璱+1＝x璭y璱－（x璱＋１）y璭＝x璭y璱－x璱y璭－y璭＝

Ｆ璱－y璭

沿y進(jìn)給一步，動態(tài)坐標(biāo)變?yōu)椋▁璱+1＝x璱，y璱+1＝y(tǒng)璱＋１），新偏差變?yōu)椋?/p>

Ｆ璱+1＝x璭(y璱＋１）－x璱y璭＝x璭y璱－x璱y璭+x璭＝

Ｆ璱+ x璭

xy聯(lián)動進(jìn)給一步，動態(tài)坐標(biāo)變?yōu)椋▁璱+1＝x璱＋１，y璱+1＝y(tǒng)璱＋１），新偏差變?yōu)?

Ｆ璱+1＝x璭(y璱＋１)－（x璱＋１)y璭＝

x璭y璱－x璱y璭+x璭－y璭＝Ｆ璱+ x璭－y璭

第五步:終點判別。判別長軸坐標(biāo)x或y坐標(biāo)是否到達(dá)終點，若已經(jīng)插補到終點，則返回監(jiān)控。

兩軸聯(lián)動逐點比較法的第一象限直線插補軟件流程圖如圖2所示。

2 程序設(shè)計

2.1 存儲單元分配

存儲單元分配４ＦＨ，５０Ｈ為終判值；４ＤＨ，４ＥＨ為x璭(x璪-x璦)；４ＢＨ，４ＣＨ為y璭(y璪-y璦)；４９Ｈ，４ＡＨ為偏差值Ｆ；４７Ｈ為y電機(jī)當(dāng)前相序；４８Ｈ為x電機(jī)當(dāng)前相序；以大地址格式(低地址單元存放高位數(shù)據(jù))存放各種數(shù)據(jù)。

2.2 程序清單

ＣＨＡＢＵ ：ＭＯＶ ＳＰ，＃６０Ｈ；定義堆棧指針

ＭＯＶ ４ＡＨ，＃００Ｈ；偏差單元清零

ＭＯＶ ４９Ｈ，＃００Ｈ

ＭＯＶ ４７Ｈ，＃００Ｈ；初始化x電動機(jī)

ＭＯＶ ４８Ｈ，＃００Ｈ；初始化y電動機(jī)

ＭＯＶ Ｐ１，＃１１Ｈ ；x，y電動機(jī)Ａ相上電

ＭＯＶ Ａ，４ＥＨ；計算終點判別，x璭，y璭低位減

ＣＬＲ Ｃ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＣＨ

ＭＯＶ Ａ，４ＤＨ；x璭，y璭高位減

ＳＵＢＢ Ａ，４ＢＨ

ＪＣy；x璭≤y璭

x：ＭＯＶ ５０Ｈ，４ＥＨ ；x，xy插補，x向坐標(biāo)為判終坐標(biāo)

ＭＯＶ ４ＦＨ，４ＤＨ

ＳＪＭＰ ＸＬＰ２

Ｙ：ＭＯＶ ５０Ｈ，４ＣＨ；y,xy插補，y向坐標(biāo)為判終坐標(biāo)

ＭＯＶ ４ＦＨ，４ＢＨ

ＹＬＰ２：ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ；取偏差Ｆ的高８位

ＪB ＡＣＣ．７，ＹＪＰ；偏差Ｆ＜ 0，去y進(jìn)給

ＡＣＡＬＬ ＸＹＪＰＺ；Ｆ≥０，調(diào)xy進(jìn)給及偏差計算

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＹＬＰ２ ；終判值不為零，去ＹＬＰ２，否則插補結(jié)束

ＲＥＴ

ＹＪＰ： ＡＣＡＬ ＹＪＰＺ

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＹＬＰ２

ＲＥＴ

ＸＬＰ２：ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ；取偏差Ｆ的高８位

ＪＮB ＡＣＣ．７，ＸＪＰ；偏差Ｆ＞ 0，去x進(jìn)給

ＡＣＡＬＬ ＸＹＪＰＺ；Ｆ≤０，調(diào)xy進(jìn)給及偏差計算

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＸＬＰ２；終判值不為零，去ＸＬＰ２，否則插補結(jié)束

ＲＥＴ

ＸＪＰ： ＡＣＡＬ ＸＪＰＺ

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＸＬＰ２

ＲＥＴ

ＸＹＪＰＺ：ＡＣＡＬＬ ＸＹＪＩＮＧ ；xy進(jìn)給

ＣＬＲ Ｃ；計算新偏差Ｆ值，Ｆ璱+1＝Ｆ璱－y璭+x璭

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＣＨ；可向高位字節(jié)借位

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＢＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ

ＡＤＤ Ａ，４ＥＨ

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＡＤＤＣ Ａ，４ＤＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＲＥＴ

ＹＪＰＺ：ＡＣＡＬＬ ＹＪＩＮＧ；調(diào)y電動機(jī)正轉(zhuǎn)子程序

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ ；計算新偏差Ｆ值，Ｆ＝Ｆ＋x璭

ＡＤＤ Ａ，４ＥＨ

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＡＤＤＣ Ａ，４ＤＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＲＥＴ

ＸＪＰＺ：ＡＣＡＬＬ ＸＪＩＮＧ；x進(jìn)給

ＣＬＲ Ｃ；計算新偏差Ｆ值，Ｆ璱+1＝Ｆ璱－y璭

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＣＨ；可向高位字節(jié)借位

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＢＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＲＥＴ

ＺＺＪＹ：ＣＬＲ Ｃ；終判值減１

ＭＯＶＡ，５０Ｈ

ＳＵＢＢ Ａ，＃０１Ｈ；可向高位字節(jié)借位

ＭＯＶ ５０Ｈ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４ＦＨ

ＳＵＢＢ Ａ，＃００Ｈ；考慮低位字節(jié)借位

ＭＯＶ ４ＦＨ，Ａ ；終判值判零

ＯＲＬ Ａ，５０Ｈ

ＲＥＴ

ＸＪＩＮＧ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＸＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４８H；取下一節(jié)拍相序

ＣＪＮＥ ４８Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ１

ＭＯＶ ４８Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ１：ＭＯＶ Ａ，４８Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４６Ｈ，Ａ

ＯＲＬ Ａ，４５ＨＨ；保存y電動機(jī)原狀態(tài)不變

ＭＯＶ Ｐ１，Ａ

ＲＥＴ

ＹＪＩＮＧ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＹＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４７H;取下一節(jié)拍相序

ＣＪＮＥ ４７Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ２

ＭＯＶ ４７Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ２：ＭＯＶ Ａ，４７Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４５Ｈ，Ａ

ＯＲＬ Ａ，４６Ｈ；保存x電動機(jī)原狀態(tài)不變

ＭＯＶ Ｐ１，Ａ

ＲＥＴ

ＸＹＪＩＮＧ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＸＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４８H ；取下一節(jié)拍相序

ＣＪＮＥ ４８Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ１１

ＭＯＶ ４８Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ１１：ＭＯＶ Ａ，４８Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４６Ｈ，Ａ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＹＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４７H ；取下一節(jié)拍相序

ＣＪＮＥ ４７Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ２２

ＭＯＶ ４７Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ２２：ＭＯＶ Ａ，４７Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４５Ｈ，Ａ

ＯＲＬ Ａ，４６Ｈ

ＭＯＶ Ｐ１，Ａ

ＲＥＴ

圖2 兩軸聯(lián)動逐點比較法的第一象限直線插補軟件流程

3 結(jié) 語

在設(shè)計原系統(tǒng)中使用新的插補程序后,產(chǎn)品的表面質(zhì)量和精度都有了很大提高,并且減少了下道工序的加工時間,降低了加工成本，提高了生產(chǎn)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］李全利.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2004.

［2］潘新民.微型計算機(jī)控制技術(shù).北京:人民郵電出版社,1985.

［3］陳隆昌.控制電機(jī).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

［4］余永權(quán).功率接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1992.

［5］徐夏民.數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng).北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.

［6］喻萍.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

［7］李朝青.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

［8］萬福君.MCS－51單片機(jī)原理、系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用.北京:清華出版社,2008.

［9］姜志海.單片微型計算機(jī)原理與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

［10］斯帕索夫.微控制器原理與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2006.

作者簡介 高海濤 女，1966年出生，高級工程師。主要從事電子電氣設(shè)計方面的工作。