课程设计任务书
学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 逐点比较插补原理的实现 初始条件：
设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用PC 机的并口输出控制信号，其信号驱动后控制X 、Y 两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出如下曲线。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等
具体要求）
1．设计硬件系统，画出电路原理框图； 2．定义步进电机转动的控制字；
3．推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法；
4．编写算法控制程序，参数由键盘输入，显示器同时显示曲线；
5. 撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证；系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。
时间安排：
6月22日—6月23日 查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计 6月24日—6月25日 完成硬件设计 6月26日—6月27日 编写调试程序 6月28日—6月29日 撰写课程设计说明书 6月30日 提交课程设计说明书、图纸、电子文档
指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
X
Y
O
摘要
本文主要讨论利用逐点比较法实现第一象限的直线插补。所谓逐点比较插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给点轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给点轨迹的上方还是下方，从而决定下一步的进给方向。对于本设计所要求的直线轨迹，如果该点在直线的上方，则控制步进电机向+X方向进给一步，如果该点在直线的下方，那么控制步进电机向+Y轴方向进给一步。如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步的走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。
插补计算时，每走一步，都要进行以下四个步骤的计算过程，即偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断。设计具体算法时，首先根据直线轨迹参数，计算出偏差计算公式及递推公式。由程序判断出偏差的正负号，从而决定坐标的进给方向，再根据递推公式计算出坐标进给后的偏差，若未到达终点，则返回偏差判别，如此循环。可以根据起点和终点的坐标位置，计算出总的进给步数Nxy，X或Y的坐标每进给一步，这个值就减一，若Nxy=0，就到达了终点，这就是终点判别的方法。
关键词：逐点比较法、直线插补、步进电机、坐标进给、源程序。
武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书
目录
1 设计任务和要求 (1)
2 设计步骤 (1)
2.1 硬件设计 (1)
2.1.1 接口示意图 (1)
2.1.2 方案论证 (2)
2.1.3 单片机与8255的接口 (3)
2.1.4 硬件接线原理图 (3)
2.1.5 元件清单 (4)
2.2 软件设计 (5)
2.2.1 软件设计原理 (5)
2.2.2 8255的初始化编程 (6)
2.2.3 步进电机走步控制程序 (7)
2.2.4 主程序 (8)
2.3 运行调试 (9)
2.3.1 系统安装调试 (9)
2.3.2 结果验证 (9)
3 课程设计体会 (10)
参考文献 (10)
附录一芯片资料 (11)
附录二源程序 (12)
逐点比较插补原理的实现
1 设计任务和要求
设计一个微型计算机控制步进电机系统，该系统利用微型机的并口输出控制信号，其信号驱动后控制X 、Y 两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补原理绘制出如下图所示的目标曲线。
图1 目标曲线
2 设计步骤
本设计大致可分为三个步骤：硬件设计、软件设计和系统的运行调试。
2.1 硬件设计
2.1.1 接口示意图
两台三相步进电机控制接口如图2所示。
图2 系统接口示意图
X
Y
O
2.1.2 方案论证
单片机的接口电路可以是锁存器，也可以是专门的接口芯片，本设计采用可编程接口芯片8255。由于步进电机需要的驱动电流比较大，所以单片机和步进电机的连接还要有驱动电路，如何设计驱动电路成了问题的关键。设计方案一如图3所示，当某相上驱动信号变为高电平时，达林顿管导通，从而使得该相通电。
图3 驱动电路方案一
设计方案二如图4所示，在单片机与驱动器之间增加一级光电隔离，当驱动信号为高电平时，发光二极管发光，光敏三极管导通，从而使达林顿管截止，该相不通电；当驱动信号为低电平时，则步进电机的该相通电。
图4 驱动电路方案二
综合比较两种设计方案可知，方案二有抗干扰能力，且可避免一旦驱动电路发生故障，造成高电平信号进入单片机而烧毁器件。所以，本设计选择方案二。
2.1.3 单片机与8255的接口
MCS-51单片机可以和8255直接连接而不需要任何外加逻辑器件，接口示意图如图5所示。因为8255的B口和C口具有驱动达林顿管的能力，所以将采用B口和C口输出驱动信号。
图5 单片机与8255的接口
2.1.4 硬件接线原理图
图6 系统硬件接线原理图
单片机控制步进电机的硬件接线如图6所示。
因为8255的片选信号C S接单片机的地址线P2.7，A1、A0通过地址锁存器接到了8051单片机的地址线P0.1和P0.0，由硬件接线图可以清楚地知道，8255的各口地址为：A口地址：7FFCH
B口地址：7FFDH
C口地址：7FFEH
控制口地址：7FFFH
同时，B口和C口都作为输出口，8255工作在方式0。
下面以8255的B口输出端PB0为例说明控制的工作原理。若PB0输出0，经反相器74LS04后变为高电平，发光二极管正向导通发光。在光线的驱动下，光敏三极管导通，+5V 的电压经三极管引入地线而不驱动达林顿管。因而，达林顿管截止，X轴上步进电机的C相不通电。
若PB0输出1，反相后变为低电平，发光二极管不导通。从而光敏三极管截止，+5V 电压直接驱动达林顿管导通，X轴上步进电机的C相有从电源流向地线的电流回路，即C相得电。
2.1.5 元件清单
表1 元件清单表
