dda插补法的vhdl语言描述及应用

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1、南京工程学院自动化学院专科毕业设计（论文）题目：DDA插补法的VHDL语言描述及应用专业：数控技术应用班级：G数控Z051学号：141050303学生姓名：刘翠萍指导教师：张建华副教授起迄日期：2008.4～2008.6设计地点：实验楼_GraduationDesign(Thesis)DescriberationAndApplicationofVHDLLanguageForDDAByLIUCuipingSupervisedbyAssociateProf.ZHANGJianhuaSchoolofAutomationNanjingInstituteofTechnolo

2、gyJune,2008摘要本论文设计完成的芯片由VHDL编程设计，它能按照程序设计要求，实现利用DDA插补法对直线和圆弧各个象限的插补。本论文主要介绍了DDA插补法的插补原理、芯片设计及在Maxplus2文本编辑环境下的仿真。基于数控智能芯片的架构和软件硬化的理念，利用FPGA设计插补模块，既保留了硬件电路运算速度快（纳秒级）、插补思路清晰的特点，又克服了原有数字逻辑插补电路灵活性差的缺点。选用美国Altera公司的MaxplusΠ工具进行编译仿真，实现了脉冲增量式插补中的DDA插补法轮廓插补运算，定义出了芯片的输入/输出接口，通过VHDL语言进行编程仿真，获得了

3、输出脉冲波形，完成了直线和圆弧轮廓4个象限的插补功能。第一章绪论1.1数控系统插补数控就是数字控制（NumberControl,NC）的简称。从广义上讲，是指利用数字化信息实行控制，也就是利用数字控制技术实现自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。而这里主要从侠义上理解，也就是利用数字化信息对数控机床轨迹和状态实行控制，例如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。在数控机床加工过程中，刀具只能以折线去逼近将要加工的曲线轮廓，所以它的运动轨迹并不是光滑的曲线。为了实现轮廓控制，就必须实时计算出满足零件形状和进给速度要求的介于起点和终点之间的若干个中间

4、点的坐标，这些可以通过插补算法来获得。1.1.1插补所谓插补，就是根据零件轮廓尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，在已知刀具中心轨线转接点之间插入若干个中间点的过程。换句话说，就是“数据点的密化过程”，其对应的算法称为插补算法。中间点的获取是根据相应的算法由数控系统软件或硬件自动完成，并以此来协调空盒子各坐标轴的运动，从而获得所要求的运动轨迹。常见零件轮廓的形状有直线、圆弧、抛物线、自由曲线等。但其中直线和圆弧是构成被加工零件轮廓的基本线型，所以绝大多数数控系统都具有直线和圆弧插补功能。下面将对此进行重点介绍。数控加工程序中一般都要提供直线的起点和终点坐标、圆弧的起

5、点和终点坐标、圆弧走向（顺圆/逆圆）、圆心相对于其嗲的偏移量和圆弧半径等。具体来说，插补的任务就是根据进给速度的要求，计算出每一段零件轮廓起点与终点之间所插入中间点的坐标值。但是，为了避免坐标值计算过程中可能遇到的三角函数、乘、除以及开方等运算，一般都采用迭代算法，这样也为插补的实时处理创造了有利条件。1.1.2插补方法的分类随着相关学科特别是计算机领域的迅速发展，插补算法也在不断地完善和更新。由于插补的速度直接影响到数控系统的速度，而插补的精度又直接影响整个数控系统的精度，因此，人们一直在努力探求一直计算快并且精度又高的插补方法。但不幸的是，插补速度与插补精度之

6、间是互相制约、互相矛盾的，这是必须进行折中的选择。目前为止，已涌现出了大量的插补算法，现将它们归纳为如下两大类：（一）脉冲增量插补脉冲增量插补又称基准脉冲插补或行程标量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，以驱动工作台运动，每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，即脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。这种插补算法的特点是每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，每个脉冲插补的实现方法较简单（只有加法和移位）可以用硬件实现。目前，随着计算机技术的迅猛发展，多采用软

7、件完成这类算法。脉冲的累积值代表运动轴的位置，脉冲产生的速度与运动轴的速度成比例。由于脉冲增量插补的转轴的最大速度受插补算法执行时间限制，所以它仅适用于一些中等精度和中等速度要求的经济型计算机数控系统。基准脉冲插补方法有一下几种：1、数字脉冲乘法器插补法；2、逐点比较法；3、数字积分法；4、矢量判别法；5、比较积分法；6、最小偏差法；7、目标点跟踪法；8、直接函数法；9、单步跟踪法；10、加密判别和双判别插补法；11、Bresenham算法早期常用的脉冲增量式插补算法有逐点比较法、单步跟踪法、DDA法等。插补精度常为一个脉冲当量，DDA法还伴有运算误差。80年代后

8、期插补算法