基于avr单片机的数控刻字机控制系统设计(附件)【字数：7526】
摘 要数控刻字机实质上就是一种数控机床，它集合了雕刻技艺和先进的数控技术进行整体的控制，主要用于识别程序代码，并将程序代码转换成能驱动步进电机运行的功率信号，再由步进电机驱动刻字机沿x、y、z轴方向移动，最终实现雕刻的自动化。本文基于AVR单片机的数控刻字机控制系统的设计选用了ATMEL328单片机作为中央处理控制单元。它主要通过一些控制单元的模块来完成对数控机床的控制。它包含了MCU控制单元，步进电机驱动控制单元和USB转接端口单元等操作功能。PC机接收图片，通过USB串口与单片机建立通信连接，通过使用Delphi7操作软件，实现对钻头的位移控制，实现对文字的自动雕刻等操作。对于钻头的走刀路径，选择线性脉冲增量插补作为核心的插补算法，大大提高了雕刻精度，从而也改善了刻字机的运作性能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景 1
1.2研究的现状 1
1.3研究的意义 2
第二章 总体方案设计 3
2.1刻字机的工作原理 3
2.2控制方法的设计 3
2.2.1系统整体模块化设计 3
2.2.2核心插补算法设计 4
第三章 系统硬件设计 6
3.1中央处理器模块 6
3.2电机驱动模块 7
3.3步进电机模块 9
第四章 系统软件设计 10
4.1 Arduino IDE简介 10
4.2 Delphi7软件简介 10
4.3控制系统设计 10
4.3.1步进电机控制 10
4.3.2 USB数控系统控制? 11
4.4系统主程序设计 11
4.5其他软件部分设计 12
4.5.1系统初始化模块 12
4.5.2控制协议分析模块 12
4.5.3指令任务执行模块 13
4.6 PC机软件设计 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录 18
附录A 系统初始化模块的核心代码 18
附录B 控制协议分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
模块的核心代码 18
附录C 任务执行模块的核心代码 19
第一章 绪论
1.1研究的背景
雕刻是一种流传在民间的手艺，而雕刻技术则是对这种手艺的艺术加工，由于可以做出精湛的艺术品，使得雕刻技术逐渐进入了工业制造领域。传统的雕刻方式是通过刀削斧凿来完成产品的加工制作制作，而生成的产品的品质主要是取决于雕刻着技术能力，这样的产品生产效率低下、生产成本高而且难以实现重复使用，所以很难适应工业化生产的需求。伴随着现代市场需求的扩大以及模具制造产业的不断发展，这无疑成为了传统雕刻向机械化生产的巨大动力。
数控刻字机其实就是一种数控机床，集合了雕刻技艺和先进的数控技术进行整体的控.制。所述控制系统用于识别程序代码，并将程序代码转换成能驱动步进电机运行的功率信号，再由步进电机驱动刻字机沿x、y、z轴方向移动，最终实现雕刻的自动化。与传统普通刻字机相比，数控刻字机生产效率大大提高，生产成本大大降低，产品的品质也有很大提高。因为有着巨大优势，数控刻字机受到众多企业的青睐，最终发展成雕刻的主流。
1.2研究的现状
近年来，与传统的手工雕刻工艺相比，我国的数控刻字机应用发展取得了质的飞跃，它不仅给人民群众带来了巨大的便利，更是给我国的工业制造的发展注入了无限的活力。
通过数控刻字机的应用，很多企业摒弃了传统的雕刻生产，大大提高了生产效率和产品品质，并且节省了大量的时间和生产成本。2004年，我国开始产生数控刻字机的萌芽，当时开始有企业逐渐由传统雕刻生产转向刻字机的行业。现如今，经过十几年的不断发展与改进，刻字机在我国已经得到了广泛的应用。
近十几年来，我国的数控刻字机行业跟随者制造业得到了空前的发展机遇，这样就推动了我国生产并且推广数控刻字机的市场。由于这十多年数控技术的不断进步与革新，我国创造了许多自主研发创造的数控刻字机产品。但是这些自主生产的刻字机机床大多结构相对简单，功能相对单一，多数的控制器以及控制系统都是借鉴并采用国外的先进技术，选择他们先进的高精度微型处理器和PC机的控制系统，伺服方面采用细分驱动模块，虽然无法获得超高精度的控制，但是可以获取中等精度控制，并且价格相对非常便宜。所以对于精度要求不高的雕刻产品，这些刻字机是很不错的选择。当然在高精度的雕刻方面，我国目前更多的是选择进口的数控刻字机产品。这些刻字机多采用伺服电机驱动模块，控制功能强大，雕刻品质极高，所以这些刻字机多用于对模具产品的雕刻加工。
1.3研究的意义
虽然我国目前已经是世界生产制造大国，机械工业制造也得到了飞速地发展，但是起步相对许多发达国家相对较晚，与他们相比我国的机械制造的技术能力，产品品质还是有着很大的差距的。我们迫切希望提高我们的技术能力和生产的水平，打破传统工业制造的束缚，改善传统工业的缺点，不断革新技术，开发创造出高质量、高技术的新产品。
数控技术简单的说是通过单片机和机械技术相结合，能够自动控制的一门技术。在世界发展的潮流下，发达国家为了提高生产制造的水平，争先恐后的发展革新数控技术，以便提高自己的生产制造水平，是生产制造向着更加智能，更加高品质的方向发展。数控技术的发展无疑是对传统生产制造业的巨大冲击，同时现代化的数控技术自身在管理体制，制造过程，产业构造也是做出了巨大的改变。数控技术是以后机械制造主要技术，同时也是我国想要成为世界制造强国必须要创造革新的必备的技术。
第二章 总体方案设计
2.1刻字机的工作原理
单片机控制的数控刻字机实际上是三维数控系统，其工作原理如图21所示
图21 数控刻字机工作原理图
微型计算机可以自动生成所需要的雕刻路径信息通过安装专门的设计排版软件。然后通过USB串口与单片机进行连接，通过PC机将需要加工的路径信息传给单片机。然后数控系统接收路径信息，并且将接收到的路径信息通过核心的插补算法转变成需要的数控信息。然后控制系统控制系统模块将转换的数控信息转换成脉冲信号，最后通过脉冲信号驱动步进电机控制刻字机的走刀路径，并且支持在PC书写文字，通过铣削，实现控制刻字机进行自动的加工生产。
2.2控制方法的设计
2.2.1系统整体模块化设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景 1
1.2研究的现状 1
1.3研究的意义 2
第二章 总体方案设计 3
2.1刻字机的工作原理 3
2.2控制方法的设计 3
2.2.1系统整体模块化设计 3
2.2.2核心插补算法设计 4
第三章 系统硬件设计 6
3.1中央处理器模块 6
3.2电机驱动模块 7
3.3步进电机模块 9
第四章 系统软件设计 10
4.1 Arduino IDE简介 10
4.2 Delphi7软件简介 10
4.3控制系统设计 10
4.3.1步进电机控制 10
4.3.2 USB数控系统控制? 11
4.4系统主程序设计 11
4.5其他软件部分设计 12
4.5.1系统初始化模块 12
4.5.2控制协议分析模块 12
4.5.3指令任务执行模块 13
4.6 PC机软件设计 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录 18
附录A 系统初始化模块的核心代码 18
附录B 控制协议分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
模块的核心代码 18
附录C 任务执行模块的核心代码 19
第一章 绪论
1.1研究的背景
雕刻是一种流传在民间的手艺，而雕刻技术则是对这种手艺的艺术加工，由于可以做出精湛的艺术品，使得雕刻技术逐渐进入了工业制造领域。传统的雕刻方式是通过刀削斧凿来完成产品的加工制作制作，而生成的产品的品质主要是取决于雕刻着技术能力，这样的产品生产效率低下、生产成本高而且难以实现重复使用，所以很难适应工业化生产的需求。伴随着现代市场需求的扩大以及模具制造产业的不断发展，这无疑成为了传统雕刻向机械化生产的巨大动力。
数控刻字机其实就是一种数控机床，集合了雕刻技艺和先进的数控技术进行整体的控.制。所述控制系统用于识别程序代码，并将程序代码转换成能驱动步进电机运行的功率信号，再由步进电机驱动刻字机沿x、y、z轴方向移动，最终实现雕刻的自动化。与传统普通刻字机相比，数控刻字机生产效率大大提高，生产成本大大降低，产品的品质也有很大提高。因为有着巨大优势，数控刻字机受到众多企业的青睐，最终发展成雕刻的主流。
1.2研究的现状
近年来，与传统的手工雕刻工艺相比，我国的数控刻字机应用发展取得了质的飞跃，它不仅给人民群众带来了巨大的便利，更是给我国的工业制造的发展注入了无限的活力。
通过数控刻字机的应用，很多企业摒弃了传统的雕刻生产，大大提高了生产效率和产品品质，并且节省了大量的时间和生产成本。2004年，我国开始产生数控刻字机的萌芽，当时开始有企业逐渐由传统雕刻生产转向刻字机的行业。现如今，经过十几年的不断发展与改进，刻字机在我国已经得到了广泛的应用。
近十几年来，我国的数控刻字机行业跟随者制造业得到了空前的发展机遇，这样就推动了我国生产并且推广数控刻字机的市场。由于这十多年数控技术的不断进步与革新，我国创造了许多自主研发创造的数控刻字机产品。但是这些自主生产的刻字机机床大多结构相对简单，功能相对单一，多数的控制器以及控制系统都是借鉴并采用国外的先进技术，选择他们先进的高精度微型处理器和PC机的控制系统，伺服方面采用细分驱动模块，虽然无法获得超高精度的控制，但是可以获取中等精度控制，并且价格相对非常便宜。所以对于精度要求不高的雕刻产品，这些刻字机是很不错的选择。当然在高精度的雕刻方面，我国目前更多的是选择进口的数控刻字机产品。这些刻字机多采用伺服电机驱动模块，控制功能强大，雕刻品质极高，所以这些刻字机多用于对模具产品的雕刻加工。
1.3研究的意义
虽然我国目前已经是世界生产制造大国，机械工业制造也得到了飞速地发展，但是起步相对许多发达国家相对较晚，与他们相比我国的机械制造的技术能力，产品品质还是有着很大的差距的。我们迫切希望提高我们的技术能力和生产的水平，打破传统工业制造的束缚，改善传统工业的缺点，不断革新技术，开发创造出高质量、高技术的新产品。
数控技术简单的说是通过单片机和机械技术相结合，能够自动控制的一门技术。在世界发展的潮流下，发达国家为了提高生产制造的水平，争先恐后的发展革新数控技术，以便提高自己的生产制造水平，是生产制造向着更加智能，更加高品质的方向发展。数控技术的发展无疑是对传统生产制造业的巨大冲击，同时现代化的数控技术自身在管理体制，制造过程，产业构造也是做出了巨大的改变。数控技术是以后机械制造主要技术，同时也是我国想要成为世界制造强国必须要创造革新的必备的技术。
第二章 总体方案设计
2.1刻字机的工作原理
单片机控制的数控刻字机实际上是三维数控系统，其工作原理如图21所示
图21 数控刻字机工作原理图
微型计算机可以自动生成所需要的雕刻路径信息通过安装专门的设计排版软件。然后通过USB串口与单片机进行连接，通过PC机将需要加工的路径信息传给单片机。然后数控系统接收路径信息，并且将接收到的路径信息通过核心的插补算法转变成需要的数控信息。然后控制系统控制系统模块将转换的数控信息转换成脉冲信号，最后通过脉冲信号驱动步进电机控制刻字机的走刀路径，并且支持在PC书写文字，通过铣削，实现控制刻字机进行自动的加工生产。
2.2控制方法的设计
2.2.1系统整体模块化设计
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