基于avr單片機(jī)二維運(yùn)動(dòng)控制器的開發(fā)

1、1第1章緒論緒論運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括：數(shù)控機(jī)床、XYZ(或XY)控制臺(tái)、機(jī)器人、自動(dòng)化儀表、繪圖儀、打印機(jī)、雕刻機(jī)、印刷機(jī)、包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、打標(biāo)機(jī)、繞線機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在低端市場(chǎng)有著十分廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制器的種類和功能都在不斷豐富和發(fā)展，但總的情況是，

2、國(guó)外的運(yùn)動(dòng)控制器功能較強(qiáng)，使用的技術(shù)也比較先迸，但是價(jià)格相當(dāng)昂貴，而且這種運(yùn)動(dòng)控制器的使用方法不易為普通用戶所掌握，編程復(fù)雜，即使是專業(yè)人員也很難熟練掌握，這兩大不利因素限制了它的使用范圍，國(guó)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制器性能和質(zhì)量總體來(lái)說(shuō)跟國(guó)外的產(chǎn)品有一定的差距，或性能單一，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且同樣存在著使用不便難以掌握的缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本又低，使用和維護(hù)方便的運(yùn)動(dòng)控制器成為當(dāng)今主流。研究面向低端市場(chǎng)且成本低的運(yùn)動(dòng)控制器很有實(shí)際意義，而這種運(yùn)動(dòng)

3、控制器通常就是以單片機(jī)為核心的控制器。本設(shè)計(jì)選擇AVR單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的處理芯片，AVR單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等許多優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是基于一款功能強(qiáng)大的高檔8位單片機(jī)——ATMEL公司高檔單片機(jī)ATmega16。ATmega16具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash512字節(jié)EEPROM1K字節(jié)SRAM32個(gè)通用IO口線32個(gè)通用工作寄存器用于邊界掃描的JTAG接口兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器計(jì)數(shù)器(TC)，一

4、個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器(TC)，ATmega16支持片內(nèi)調(diào)試與編程。相比51系列的單片機(jī)具有高性能、低功耗等特點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，而二維運(yùn)動(dòng)控制是一種基本的運(yùn)動(dòng)控制，選擇AVR單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的處理芯片，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成3第2章運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的概念運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的概念運(yùn)動(dòng)：指一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體或相對(duì)于一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的位置變化。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：處理機(jī)械

5、系統(tǒng)中一般稱之為軸的—個(gè)或多個(gè)坐標(biāo)上的運(yùn)動(dòng)以及這些運(yùn)動(dòng)之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作，涉及各軸上運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)，以一定的加減速度曲線來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，以及形成準(zhǔn)確的定位或遵循特定的軌跡運(yùn)動(dòng)等諸如此類。這些精確的位置、速度、加減速乃至力矩的控制主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、反饋裝置、運(yùn)動(dòng)控制器、主控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在位置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，按機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡分類，可分為點(diǎn)位、直線、輪廓控制等。點(diǎn)位控制又稱為點(diǎn)到點(diǎn)控制是一種從某一位置向另一位置移動(dòng)對(duì)，不管中間的移動(dòng)軌跡如何，

6、要最后能正確達(dá)到目標(biāo)位置的控制方式。這類控制在移動(dòng)過(guò)程中，對(duì)兩點(diǎn)問(wèn)的移動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求，可以先沿一個(gè)坐標(biāo)移動(dòng)完畢，再沿另一個(gè)坐標(biāo)移動(dòng)，也可以沿多個(gè)坐標(biāo)同時(shí)移動(dòng)。直線控制又稱為平行控制，這類運(yùn)動(dòng)除了控制點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線，而且對(duì)移動(dòng)速度也要進(jìn)行控制。輪廓控制又稱為連續(xù)軌跡控，這類運(yùn)動(dòng)能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可以進(jìn)行曲線或曲面的運(yùn)動(dòng)。2.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的