avr单片机的数控刻字机控制系统设计(附件)【字数：14118】
摘 要本文描述了步进电机驱动下的工作台插补原理及其在AVR单片机控制下的控制系统中的应用。设计的控制系统旨在实现基于AVR单片机数控刻字机的运行。数控刻字机的控制系统是刻字机的核心，其性能与刻字机的刻字质量和效率直接相关。本论文提出的设计方案运用到了单片机编程仿真环境，结合了直线、圆弧数控插补算法，来编写滑台步进电机运动控制程序。通过软硬件的结合与交互，实现控制程序对数控刻字机的控制，从而使数控刻字机能够正常工作运行。
目 录
第一章 引言 1
1.1刻字机的发展史及发展趋势 1
1.2单片机的选用 1
1.3步进电机的发展前景 2
1.4数控技术的应用 2
第二章 控制系统的总体设计方案 3
2.1数控刻字机控制系统的原理和结构 3
2.2数控刻字机控制系统的设计方法 4
2.3功能需求及功能规划 4
2.3.1功能需求 4
2.3.2功能规划 5
2.4数控刻字机控制系统设计的原则 5
第三章 控制系统的硬件设计 7
3.1电源电路模块设计 7
3.2存储器模块设计 7
3.3通信调试接口模块设计 8
3.4人机交互模块设计 9
3.4.1键盘界面设计 9
3.4.2键盘电路设计 10
3.4.3液晶显示 11
3.5电机驱动模块设计 12
3.5.1步进电机 12
3.5.2驱动接口电路 13
3.6抗干扰模块设计 14
3.6.1干扰对刻字机的影响 14
3.6.2抑制干扰的几种方法 15
第四章 控制系统的软件设计 16
4.1基本控制模块 16
4.2刻字机数据处理 16
4.3插补控制 17
4.3.1插补概念 17
4.3.2插补分类 17
4.3.3数控插补算法分析 17
4.4人机交互 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.4.1人机界面功能 21
4.4.2液晶显示 21
4.4.3键盘接口模块 24
4.5软件抗干扰.............................................................................................................25
结束语 26
致谢 27
参考文献/28
第一章 引言
1.1刻字机的发展史及发展趋势
我国有着古老而悠久的刻字历史，例如商朝后期王室贵族用来占卜记事而刻在龟壳或者一些兽骨上的甲骨文则是其较早的使用，而如今已经从原始的类似甲骨文的手工刻字发展到了通过编写的程序来控制的数控刻字机，数控刻字机技术的出现让刻字技术更上一层楼，已经被广泛运用到广告、装饰和印刷包装等等的行业中。
数控刻字机是现代社会必不可少的重要工具，所以各色的刻字机企业也应运而生，市场上的数控刻字机各式各样，面对如此激烈的市场竞争，不少投机倒把的厂商打着生产数控刻字机的幌子，却是从别的地方调货来出售，或者是找一两个工程师，购买一些刻字机的零配件，再招几个装配工人来自己粗糙地组装一下，这样“生产”出来的数控刻字机没有一点的技术含量可言，同时，它的精密度也没有保证，却被拿到市面上大肆宣扬。
面对数控刻字机的蓬勃发展，市场空间肯定是有的，但是有空间对应的就是容易出现伪劣产品导致市场鱼龙混杂。所以对于需要购买数控刻字机的客户来说，如何能选到一款质量过关、价格合适的产品是有一定难度的，为了让人们能更容易地买到合适的数控刻字机，进行技术巩固和升级是迫在眉睫的，因此本文将进行对数控刻字机的讨论与研究。
1.2单片机的选用
AVR单片机是在上个世纪90年代由ATMEL公司开发出来的精简指令集高速8位集成电路芯片，它被广泛运用于仪表仪器、家用电器等等各个行业领域，当然数控刻字机也少不了它。
因为早期的单片机因为工艺、设计水平较低、功耗高以及抗干扰能力弱等，所以一般采用用比较高的分频系数来进行时钟分频的方案，这种方案让指令周期较长以及执行的速度较慢。虽然之后的CMOS单片机采用了提高时钟频率以及减小分频系数的方案，但是效果改善并不明显。虽然期间也时常有RISC问世，但是都还是采用的对时钟进行分频的做法。
而AVR单片机的问世，彻底改善了这种有些尴尬的格局，它废弃了机器周期，丢弃了CISC对指令完整的需求，与前者不同的是，AVR单片机采用的是精简的指令集，这也是它的一个特点，这种方式的指令长度单位是字，优点是指令周期的第一个阶段时间短，可以进醒指令的预取，从而实现了流水作业，因此指令的执行当然也变得快速了，但是这种指令的高速执行是建立在高可靠性的基础上的。正因为它具有可靠性高、功能性强、速度高、功耗低以及性价比高等等的优点，而且这些点都是用来衡量一款单片机产片性能优劣的重要指标，也是单片机研发生产商们一直所追求的目标，所以本次研究选用了AVR单片机来完成在仿真环境中进行对控制程序的编写。
1.3步进电机的发展前景
步进电机又可以称为电动机或者阶跃电动机，其原理是最简单的电磁铁的作用。如今，随着电子技术和电动机的发展，传统电机类别的界定越来越不清楚，而步进电机成为机电一体化中运用的元件是大势所趋。步进电机具有小体积以及方便控制等的优点，因此在数控系统等的领域应用广泛，而单片机等的微型计算机的快速发展又使得步进电机的发展前景更为广阔，以往由硬件电路构成的复杂控制系统如今可以用软件来实现，因此之前硬件上所花的成本大大降低了，与此同时，控制系统的可靠性和灵活性也提高了。
1.4数控技术的应用
数控技术也可以称为计算机数控技术（CNC），它是一种依靠计算机来实现数字程序控制的现代化技术。它一般是控制角度、位置和速度等的机械物理量以及和机械能量流向相关的开关量。数控技术的诞生和数据载体、二进制数据计算的出现密不可分，它利用计算机按照预先存储的控制程序软件来实现对硬件的运动轨迹等的时序逻辑控制的功能，达到了软件硬件相结合、交互的效果。同时，它也是一种利用数字信号来控制机械运动和工作的技术，运用数控技术的数控产品是对传统制造业产生深远影响的机电一体化的产品，比如本文谈到的数控刻字机。
目 录
第一章 引言 1
1.1刻字机的发展史及发展趋势 1
1.2单片机的选用 1
1.3步进电机的发展前景 2
1.4数控技术的应用 2
第二章 控制系统的总体设计方案 3
2.1数控刻字机控制系统的原理和结构 3
2.2数控刻字机控制系统的设计方法 4
2.3功能需求及功能规划 4
2.3.1功能需求 4
2.3.2功能规划 5
2.4数控刻字机控制系统设计的原则 5
第三章 控制系统的硬件设计 7
3.1电源电路模块设计 7
3.2存储器模块设计 7
3.3通信调试接口模块设计 8
3.4人机交互模块设计 9
3.4.1键盘界面设计 9
3.4.2键盘电路设计 10
3.4.3液晶显示 11
3.5电机驱动模块设计 12
3.5.1步进电机 12
3.5.2驱动接口电路 13
3.6抗干扰模块设计 14
3.6.1干扰对刻字机的影响 14
3.6.2抑制干扰的几种方法 15
第四章 控制系统的软件设计 16
4.1基本控制模块 16
4.2刻字机数据处理 16
4.3插补控制 17
4.3.1插补概念 17
4.3.2插补分类 17
4.3.3数控插补算法分析 17
4.4人机交互 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.4.1人机界面功能 21
4.4.2液晶显示 21
4.4.3键盘接口模块 24
4.5软件抗干扰.............................................................................................................25
结束语 26
致谢 27
参考文献/28
第一章 引言
1.1刻字机的发展史及发展趋势
我国有着古老而悠久的刻字历史，例如商朝后期王室贵族用来占卜记事而刻在龟壳或者一些兽骨上的甲骨文则是其较早的使用，而如今已经从原始的类似甲骨文的手工刻字发展到了通过编写的程序来控制的数控刻字机，数控刻字机技术的出现让刻字技术更上一层楼，已经被广泛运用到广告、装饰和印刷包装等等的行业中。
数控刻字机是现代社会必不可少的重要工具，所以各色的刻字机企业也应运而生，市场上的数控刻字机各式各样，面对如此激烈的市场竞争，不少投机倒把的厂商打着生产数控刻字机的幌子，却是从别的地方调货来出售，或者是找一两个工程师，购买一些刻字机的零配件，再招几个装配工人来自己粗糙地组装一下，这样“生产”出来的数控刻字机没有一点的技术含量可言，同时，它的精密度也没有保证，却被拿到市面上大肆宣扬。
面对数控刻字机的蓬勃发展，市场空间肯定是有的，但是有空间对应的就是容易出现伪劣产品导致市场鱼龙混杂。所以对于需要购买数控刻字机的客户来说，如何能选到一款质量过关、价格合适的产品是有一定难度的，为了让人们能更容易地买到合适的数控刻字机，进行技术巩固和升级是迫在眉睫的，因此本文将进行对数控刻字机的讨论与研究。
1.2单片机的选用
AVR单片机是在上个世纪90年代由ATMEL公司开发出来的精简指令集高速8位集成电路芯片，它被广泛运用于仪表仪器、家用电器等等各个行业领域，当然数控刻字机也少不了它。
因为早期的单片机因为工艺、设计水平较低、功耗高以及抗干扰能力弱等，所以一般采用用比较高的分频系数来进行时钟分频的方案，这种方案让指令周期较长以及执行的速度较慢。虽然之后的CMOS单片机采用了提高时钟频率以及减小分频系数的方案，但是效果改善并不明显。虽然期间也时常有RISC问世，但是都还是采用的对时钟进行分频的做法。
而AVR单片机的问世，彻底改善了这种有些尴尬的格局，它废弃了机器周期，丢弃了CISC对指令完整的需求，与前者不同的是，AVR单片机采用的是精简的指令集，这也是它的一个特点，这种方式的指令长度单位是字，优点是指令周期的第一个阶段时间短，可以进醒指令的预取，从而实现了流水作业，因此指令的执行当然也变得快速了，但是这种指令的高速执行是建立在高可靠性的基础上的。正因为它具有可靠性高、功能性强、速度高、功耗低以及性价比高等等的优点，而且这些点都是用来衡量一款单片机产片性能优劣的重要指标，也是单片机研发生产商们一直所追求的目标，所以本次研究选用了AVR单片机来完成在仿真环境中进行对控制程序的编写。
1.3步进电机的发展前景
步进电机又可以称为电动机或者阶跃电动机，其原理是最简单的电磁铁的作用。如今，随着电子技术和电动机的发展，传统电机类别的界定越来越不清楚，而步进电机成为机电一体化中运用的元件是大势所趋。步进电机具有小体积以及方便控制等的优点，因此在数控系统等的领域应用广泛，而单片机等的微型计算机的快速发展又使得步进电机的发展前景更为广阔，以往由硬件电路构成的复杂控制系统如今可以用软件来实现，因此之前硬件上所花的成本大大降低了，与此同时，控制系统的可靠性和灵活性也提高了。
1.4数控技术的应用
数控技术也可以称为计算机数控技术（CNC），它是一种依靠计算机来实现数字程序控制的现代化技术。它一般是控制角度、位置和速度等的机械物理量以及和机械能量流向相关的开关量。数控技术的诞生和数据载体、二进制数据计算的出现密不可分，它利用计算机按照预先存储的控制程序软件来实现对硬件的运动轨迹等的时序逻辑控制的功能，达到了软件硬件相结合、交互的效果。同时，它也是一种利用数字信号来控制机械运动和工作的技术，运用数控技术的数控产品是对传统制造业产生深远影响的机电一体化的产品，比如本文谈到的数控刻字机。
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