4 6 12 điều khiển máy vẽ bằng vi xử lí

Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
----------------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN MÁY VẼ
BẰNG VI XỬ LÝ

GVHD : THẦY HỒNG MINH TRÍ
SVTH : TRẦN HỒI NAM
MSSV : 49700926

NIÊN KHĨA 1997-2002

SVTH:Trần Hồi Nam

1
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Lời cảm ơn :
Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Minh Trí đã tận tình
hướng dẫn,giúp đỡ và động viên em trong suốt thời gian thực hiện
bài luận văn tốt nghiệp .
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường ĐHBK ,đặc
biệt là các thầy cô Bộ môn ĐKTĐ bởi những kiến thức , những bài
học bổ ích mà thầy cô đã truyền dạy cho em trong 5 măm học.

MỤC LỤC
PHẦN I : GIỚI THIỆU
1/LỜI GIỚI THIỆU
2/SƠ LƯỢC VỀ LUẬN VĂN
SVTH:Trần Hồi Nam

Trang
1
1
2
2
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

PHẦN II : CÁC THIẾT BỊ ĐỒ HỌA
1/MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐỒ HỌA THÔNG DỤNG
2/GIỚI THIỆU BÀN VẼ TRONG LUẬN VĂN
PHẦN III : ĐỘC LẬP THIẾR BỊ

1/ĐỘC LẬP THIẾT BỊ
2/ỨNG DỤNG VÀO ĐỀ TÀI
PHẦN IV : GIỚI THIỆU TẬP TIN .DXF
1/GIỚI THIỆU
2/CẤU TRÚC FILE .DXF
PHẦN V : GIẢI THUẬT VẼ
1/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG THẲNG
2/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG TRÒN
3/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG SPLINE
PHẦN VI : GIỚI THIỆU VI XỬ LÝ 8951
1/GIỚI THIỆU AT89C51
2/TẬP LỆNH CỦA AT89C51
3/MỘT SỐ CHỨC NĂNG TRONG AT89C51
PHẦN VII : CỔNG COM VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP
1/GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
2/CÁC CHUẨN TRUYỀN THƠNG NỐI TIẾP
3/CHUẨN RS-232
PHẦN VIII :ĐỘNG CƠ BƯỚC
1/GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƯỚC
2/MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
3/DÒNG GIỚI HẠN CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC
PHẦN IX : TỔNG KẾT
PHẦN X : PHỤ LỤC

3
3
6
8
8
10

11
11
11
19
19
21
25
28
28
32
33
39
39
40
41
44
44
49
51
53
54

PHẦN I
GIỚI THIỆU
1/LỜI GIỚI THIỆU

Trước đây, ở các máy cắt kim loại thông thường, việc điều khiển các chuyển
động cũng như thay đổi vận tốc của các bộ phận, máy đều thực hiện bằng tay. Với cách
điều khiển này thời gian phụ khá lớn, nên không thể tăng năng suất lao động cũng như
đảm bảo độ chính xác của vật gia cơng.

SVTH:Trần Hồi Nam

3
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Do đó để giảm thời gian phụ, ta cần thiết tiến hành tự động hố q trình điều
khiển. Và phương pháp gia công tự động ra đời với các dấu tì, cam trên trục phân phối
v.v…nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản suất, vì nó rút ngắn được thời gian phụ
nhưng thời gian chuẩn bị sản suất sẽ dài. Nhược điểm này không đáng kể nếu như sản
suất được số lượng lớn, nhưng với sản suất nhỏ, mặt hàng phải thay đổi thường xuyên,
loại máy này trở nên bất tiện và khơng kinh tế.
Điều này hình thành nhu cầu tìm một phương pháp điều khiển mới, đảm bảo được
thời gian hiệu chỉnh máy để gia công từ loại chi tiết này sang loại chi tiết khác nhanh
hơn. Và phương pháp điều khiển theo chươnh trình ra đời để đáp ứng u cầu đó
Điều khiển theo chương trình là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều
khiển (tín hiệu ra) được thay đổi theo một qui luật đã được định trước. Nói cách khác,
trên máy điều khiển theo chương trình, thứ tự giá trị của chuyển động, cũng như thứ tự
của các bộ phận máy, đóng mở các hệ thống làm nguội, bôi trơn, thay dao… đều được
thực hiện đúng theo một trình tự đã được lập trình sẵn. Các cơ cấu mang chương trình
này được đặt vào thiết bị điều khiển và máy sẽ làm việc tự động theo chương trình đã
cho.
Nếu các chương trình trên được ghi lại bằng các dấu tì, bằng hệ thống cam, bằng
mẫu chép hình… ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển phi số. Nếu các
chương trình được biểu thị bằng các chữ số dưới dạng mã hiệu, ta gọi đó là hệ thống điều

khiển theo chương trình số.
Như vậy điều khiển theo chương trình số là một quá trình tự động cho phép đưa
một cơ cấu di động từ vị trí này đến vị trí khác bằng một lệnh. Sự dịch chuyển này có thể
là lượng di động thẳng hay góc quay theo các bậc tự do.
Trong nhiều trường hợp, phương pháp điều khiển theo chương trình số được thiết
kế tự động hố việc di động một cơ cấu từ vị trí này đến vị trí khác, ta gọi là “điều khiển
theo điểm”. Nhưng ta cũng thực hiện dễ dàng khi rút ngắn vô hạn khoảng cách giữa hai
điểm di động kế tiếp nhau và sẽ đạt được một quá trình điều khiển quĩ đạo gọi là “điều
khiển theo đường”.
Phương pháp điều khiển chương trình số có thể dùng để di động bất kì một cơ cấu
nào được truyền động bằng cơ. Phạm vi sử dụng của nó rất rộng, nhưng chủ yếu là tự
động hố máy cơng cụ, vì lĩnh vực này bao gồm việc điều khiển dao cắt bằng các chữ số.
Chương trình ghi bằng các chữ số được thực hiện ở ngoài máy, dưới dạng băng
xuyên lỗ, băng từ, đĩa từ, film… Các chương trình này có thể cất giữ vào kho, ngăn tủ.
Khi cần sử dụng ta chỉ cần nạp nó vào máy, để máy có thể thực hiện chương trình và
điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao và phơi.
Vì làm các chương trình số có thể tiến hành xa máy và máy có hệ thống đo lường
riêng, nên hệ thống này có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng.
Dựa trên phương pháp điều khiển vị trí theo chương trình số đã nêu, đề tài của
luận văn này là: ”Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý”. Máy vẽ được đề cập ở đây là một
máy vẽ có khả năng vẽ liên tục các đường nét của một hình cho trước (của AutoCad).

2/ SƠ LƯỢC VỀ LUẬN VĂN

* Luận văn có nhiệm vụ thiết kế một máy vẽ có khả năng đọc được các tập tin
(file) .DXF của AutoCad , sau đó định dạng lại file.DXF này (có nghĩa là tạo ra một
file.TXT chứa các thông tin về điểm, đường cần vẽ ). Việc định dạng được thực hiện trên

SVTH:Trần Hồi Nam

4
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

máy tính (PC) , cuối cùng PC sẽ truyền lần lượt những thông tin trong file.TXT xuống
vixử lý 8952 đề thực hiện thao tác vẽ.
* Những công việc cần thực hiện:
- Phần cứng : thiết kế mạch giao tiếp giữa PC và 8952 theo chuẩn RS-232.
- Phần mềm:
>Lập trình cho việc đọc và định dạng file.DXF trên PC (dùng DELPHI).
>Lập trình cho vi xử lý 8952 thực hiện thao tác vẽ.

3/ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI

Với cách điều khiển cùng một lúc sự dịch chuyền theo 2 trục X,Y của bút vẽ để
di chuyển nó đi theo một đường xác định , đề tài khẳng định được sự tối ưu và khả thi của
việc điều khiển vị trí liên tục đối với các máy công cụ , và là nền tảng cho việc thiết kế
máy khoan , máy cắt…
Để có thể ứng dụng vào trong sản suất , cụ thể là trong cắt may, địi hỏi chúng ta
phải có những mạch hồi tiếp về từ các cơ cấu chấp hành , những động cơ có cơng suất
lớn hơn với độ tin cậy cao hơn.

PHẦN II
CÁC THIẾT BỊ ĐỒ HỌA
1/ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐỒ HỌA THÔNG DỤNG

a/ Thiết bị quét Raster :
Thiết bị quét Raster (gọi tắt là Raster) cũng là một loại thiết bị thể hiện (màn
hình) chính. Thiết bị Raster thể hiện hình ảnh từ những điểm màu thay vì đường. Mỗi
điểm cịn gọi là pixel.
Giới thiệu một số thiết bị Raster :
-Màn hình (Monitor):
Màn hình hiển thị trong hệ thống đồ họa máy tính là cầu nối chính trong
việc trao đổi thông tin giữa người sử dụng và hệ thống. Có nhiều loại cơng nghệ được sử
dụng để phối hợp các loại màn hình đồ họa.
Độ phân giải liên quan đến khả năng màn hình thể hiện các chi tiết. Các
màn hình đạt đến độ phân giải 1280x1024, ở đây các con số thể hiện các điểm có thể
Màn hình
phân biệt trên màn hình.
Sơ đồ phân loại :
Quét dịng

Qt vector
Ống nhớ

CRT làm tươi

Đơn sắc

Màu

SVTH:Trần Hồi Nam

Tinh thể lỏng

CRT màu

Màn hình phẳng

5
Bảng Plasma Niên khóa
Phát 1997-2002
quang
điện tử


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Hình: Các cơng nghệ sử dụng trong cấu tạo thiết bị hiển thị đồ họa
Các ký tự văn bản được hình thành từ các mẫu điểm. Đường thẳng và cung được
hình thành từ một dãy các điểm thích hợp. Và một vùng màn hình có thể được tơ màu ;
đơn giản là tất cả các điểm trong vùng được lập cùng một màu.
Ảnh Raster được đặt trong một vùng nhớ gọi là vùng đệm khung (frame buffer).
Thuật ngữ frame để chỉ một ảnh đơn. Trong một vùng đệm khung, với trường hợp hai cấp
thì chỉ cần một bit cho một điểm, khi giá trị của bit là 0, thì điểm tương ứng của ảnh có
màu trắng, cịn nếu là 1 thì điểm tương ứng có màu đen. Với ảnh màu, để biểu diễn mỗ
điểm cần nhiều bit hơn.
Vùng đệm khung :
Vùng đệm khung chiếm rất nhiều bộ nhớ: giả sử kích thước hình là r dịng, c cột
và cần b bit cho một điểm, thì cần r*c*b bit. Một thiết bị Raster chất lượng cao có thể có
r=1024, c=1024, b=24, như thế cần 25 triệu bit (3MB). Như thế vùng đệm này nằm ở đậu
và làm sao truy cập được chúng.
Với một số hệ Raster, vùng đệm khung thực sự là một phần bộ nhớ của máy.
Chúng được gọi là thiết bit-maped : bộ xử lý có thể truy xuất từng điểm, và có một mạch

logic riêng để làm tươi màn hình. Để tạo ảnh ứng dụng sẽ ghi màu (là giá trị) trực tiếp lên
vị trí bộ nhớ thích hợp. Tại cấp thấp nhất, sẽ có những chỉ thị máy làm việc này. Tuy
nhiên để tiện lợi người ta tạo thủ tục SetPixel(row,col,A) để nạp giá trị A cho điểm tại
(row,col).
-Máy in kim:
Cơ cấu in của máy in ma trận điểm là tập hợp từ 7 đến 24 cây kim cứng sắp xếp
trên đầu in, di chuyển theo phương nằm ngang trên mặt tờ giấy. Các máy in này làm việc
như thiết bị qt dịng và cần có sự chuyển đổi cho các hình ảnh dạng quét vector. Việc
in màu thực hiện nhờ sử dụng ruyban màu. Các màu bổ sung được tạo ra bằng cách gõ
hai vùng đệm trên ruyban lên cùng một điểm trên giấy.
-Máy in, vẽ phun:
Cũng là thiết bị qt dịng (raster scan), nó là thiết bị in màu rẻ tiền. Cơ cấu của
nó gồm các đầu vòi mực gắn ở đầu in, di chuyển trên bề mắt tờ giấy và phun mực với
màu sắc khác nhau. Các vòi phun được gắn với các hốc mực bằng các rãnh rất nhỏ bao
bọc bởi các tinh thể áp điện. Một xung điện đặt vào tinh thể sẽ tạo ra một cái giật nhẹ,
làm bắn ra một giọt mực. Độ phân giải của máy in này được quy định bởi kích thước giọt
mực, hay là kích thước vịi phun tạo ra nó. Vịi phun thường rất nhỏ nên khi in thường
gặp một số vấn đề phức tạp.
-Máy in laser:
Là thiết bị qt dịng (raster scan), trong đó chùm tia lazer quét lên một cái trống
quay được tích điện dương, phủ bằng một lớp selen. Phần mặt trống bị chiếu bởi chùm tia
lazer sẽ bị mất điện tích dương. Những phần tích điện cịn lại tương ứng với những phần
đen trên giấy. Một lớp bột tĩnh điện phủ lên các phần tích điện dương và được truyền

SVTH:Trần Hồi Nam

6
Niên khóa 1997-2002

Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

sang giấy. Một bộ vi xử lý trên máy in lazer sẽ thực hiện chuyển đổi sang dạng quét
dòng.
-Máy in tĩnh điện:
Là thiết bị nạp điện tích âm cho các phần của loại giấy được chế tạo đặc biệt, sau
đó làm cơ đặc bột tĩnh điện dạng lỏng, tích điện dương lên tờ giấy. Bột tĩnh điện sẽ phủ
lên và làm tối phần giấy tích điện âm. Đây là thiết bị dạng quét dòng, chứa bộ xử lý để
thực hiện việc chuyển đổi.
b/ Thiết bị vẽ đường :
Có hai dạng thường gặp nhất của máy vẽ là dạng phẳng và dạng trống.
-Máy vẽ dạng phẳng:
Máy vẽ dạng phẳng truy cập đến các vị trí xy trên mặt phẳng bằng cách chuyển
động cần vẽ gắn trên bàn vẽ. Trên cần vẽ có gắn một cây viết vẽ có thể chuyển động dọc
theo trục x và trục y. Cây viết có thể hạ xuống hay nhấc lên, tùy theo việc đường nét hay
thay đổi vị trí cây viết. Tờ giấy được giữ trên bàn vẽ bằng tĩnh điện hoặc chân không.
-Máy vẽ dạng trống:
Máy vẽ dạng trống có một vài điểm phức tạp hơn dạng phẳng, mặc dù các chế độ
hoạt động cơ bản là tương tự nhau. Trong máy vẽ dạng trống, tờ giấy được cuốn lên trống
vẽ sao cho không có sự trượt. Trống sẽ quay tới, quay lui, trong khi đầu vẽ trượt trên một
cần vẽ cố định, truy cập đến các điểm trên tờ giấy.
Nhận xét :
Các thiết bị vẽ đường (Line Drawing) chỉ có thể vẽ đường. Thông dụng nhất là
bút vẽ Plotter. Khi plotter vẽ đường, trước hết bút được di chuyển đến điểm đầu, đặt bút
xuống, sau đó bút di chuyển theo đường thẳng tới đầu kia của đường.
Các thiết bị vẽ đường có hệ tọa độ định sẵn cho bút vẽ, như trong hình dưới đây :
y
(1023,767)

Pen
x
(0,0
Bút vẽ được chỉ đến một điểm cụ thể bằng cách gửi cho Plotter tọa độ của điểm. Thiết bị
vẽ đường có sẵn một số thủ tục cơ bản, ví dụ một số lệnh cho bút vẽ như :
 Pen_Up : nhấc bút
 Pen_Down : đặt bút
 Go_To (x,y) : di chuyển bút đến điểm (x,y)
 Get_Pen (i) : đổi bút hiện tại thành bút thứ i.
Những lệnh trên gọi là lệnh thiết lập chế độ (mode setting). Khi thiết bị nhận được
lệnh chúng sẽ thay đổi “trạng thái” máy cho đến khi có lệnh thiết lập chế độ khác.
Thiết bị phải được gửi giá trị (x,y) theo hệ tọa độ của nó, gọi là tọa độ thiết bị.

2/ GIỚI THIỆU BÀN VẼ TRONG LUẬN VĂN

SVTH:Trần Hoài Nam

7
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Máy vẽ được thiết kế trong luận văn này là máy vẽ được điều khiển theo chương

trình số.
Phần chính của máy vẽ gồm hai trục X,Y để điều khiển vị trí qua lại của bút vẽ
trong mặt phẳng bản vẽ và trục Z gắn trực tiếp với bút vẽ để điều khiển nhấc bút lên hay

hạ bút xuống.
Mỗi trục X,Y được cấu tạo gồm một động cơ bước có trục quay gắn liền với một
vitme . Vitme là một trục có răng xoắn, được mài kỹ. Nếu ta gắn một vật lên răng xoắn
của vitme thì khi động cơ quay, vitme sẽ chuyển chuyển động quay thành chuyển động
trượt của vật trên răng xoắn. Tùy theo chiều quay của động cơ là thuận hay nghịch mà vật
sẽ chuyển động tới hay lui trên răng xoắn.
Trục X được đặt lên vitme của trục Y, còn trục Z lại được đặt lên vitme của trục
X. Kết quả là khi chỉ quay một động cơ thì bút vẽ chỉ di chuyển theo một trục, cịn khi
quay đồng thời hai động cơ thì bút vẽ sẽ di chuyển theo hai trục, và việc này dẫn đến việc
ta có thể vẽ được các đường xiên và là tiền đề cho việc vẽ các đường cong.
Trục Z đơn giản chỉ là một nam châm điện có trục gắn với bút vẽ dùng để điều
khiển vị trí nhấc lên hay hạ xuống của nó. Khi có dịng điện đi qua nam châm, bút sẽ
được nhấc lên. Ngoài ra cịn một số cơng tắc hành trình để việc điều khiển được chính
xác và dễ dàng.
Tìm hiểu hai động cơ bước của hai trục X,Y :
Hai động cơ bước trong mơ hình được thiết kế như sau :
- Động cơ trục X :
o Quay thuận : đưa bút vẽ qua phải  chiều tăng x.
o Quay nghịch : đưa bút vẽ qua trái  chiều giảm x.
- Động cơ trục Y :
o Quay thuận : đưa bút vẽ lên trên  chiều tăng y.
o Quay nghịch : đưa bút vẽ xuống dưới  chiều giảm y.
Trục động cơ gắn với vitme có độ phân giải là 0.1mm ứng với một bước quay của
motor. Nghĩa là khi động cơ quay một bước thì vitme xoay làm di chuyển vật gắn trên nó
0.1mm. Với độ phân giải này, ta có thể vẽ được các đường nét khá mịn đòi hỏi độ phân
giải cao.
Khi vận hành, đầu chung của các động cơ nối lên nguồn DC 5V, các đầu còn lại
nối xuống mass hay không là do các bit điều khiển.

……Giới thiệu động cơ bước…..

Động cơ được dùng trong mơ hình này là loại động cơ bước nam châm vĩnh
cửu đơn cực 6 đầu dây, điện áp làm việc 1.8VDC và góc bước là 1.8 độ.
Trục Z và các công tắc hành trình của mơ hình :
Trục Z : Dùng nam châm điện 24VDC để điều khiển nhấc bút hay hạ bút. Nam châm này
cấu tạo chính gồm một cuộn dây quấn quanh lõi sắt có thể di chuyển tự do ở giữa. Khi có
dịng điện qua cuộn dây sẽ tạo ra một lực từ hút lõi sắt lên trên. Dựa vào tính chất này ta
gắn bút vẽ vào lõi sắt của nam châm để điều khiển vị trí nhấc lên hay hạ xuống của bút
vẽ.
Khi vận hành, một đầu dây của nam châm ln nối với nguồn 24VDC, đầu cịn lại được
nối với mass hay khơng là do 1 khóa BJT.
Để giữ cố định bút vẽ khi di chuyển hay đang vẽ, đồng thời để xác định trạng thái nhấc
lên hay hạ xuống của bút vẽ, người ta dùng một công tắc hành trình gắn liền với trục tác
SVTH:Trần Hồi Nam

8
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

động của nam châm. Công tắc này một đầu nối xuống mass, đầu kia nối với một bit điều
khiển (bit này bình thường được treo lên 5V). Khi bút vẽ nhấc lên thì bit này = 0 và
ngược lại, khi khơng nhấc thì bit = 1.
Khi muốn nhấc bút lên ta tác động vào khóa BJT  dịng điện đi qua cuộn dây  bút
được nhấc lên. Khi muốn hạ bút xuống công việc cũng tương tự như trên. Chú ý : phải
đọc cơng tắc hành trình của bút trước khi tác động vào BJT và phải ngưng kích ngay khi
bút đã đổi trạng thái vì nếu tác động lâu sẽ dẫn đến cuộn dây nam châm bị cháy (nam

châm DC làm việc ngắn hạn).
Các cơng tắc hành trình :
Trên mơ hình có 4 cơng tắc hành trình (2 trên trục X, 2 trên trục Y) để xác định đầu trục
hay cuối trục tương ứng.
Các công tắc này một đầu được nối xuống mass, đầu còn lại nối về các bit điều khiển.

Nam châm điện
Cơng tắc
hành trình

Trục Z

Hình :Bàn vẽ.

Động cơ bước

PHẦN III
ĐỘC LẬP THIẾT BỊ
1/ĐỘC LẬP THIẾT BỊ

* Chúng ta đã gặp nhiều dạng “lệnh thiết bị” tùy theo thiết bị. Các thiết bị vẽ
đường như Plotter thì có các thủ tục Pen_Up, Pen_Down, Go_To (x,y). Thiết bị Raster
thì có cá thủ tục SetPixel, Line. Trong mọi trường hợp ta phải gửi đi tọa độ thiết bị, và
mỗi thiết bị cóù riêng hệ tọa độ định sẵn.
Điều đó gây ra hai vấn đề :
- Khó để tìm hiểu các ý tưởng và phương pháp cơ bản mà không biết chi tiết về
thiết bị.
- Khó thay đổi một ứng dụng viết cho thiết bị này sang thiết bị khác.
Như vậy cần phải “che giấu” chi tiết về thiết bị trong các thủ tục “điều khiển” để
có được dạng giao tiếp thống nhất cho ứng dụng.

SVTH:Trần Hồi Nam

9
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Ví dụ : Chúng ta cần một thủ tục như Draw_Line(x1,y1,x2,y2:real) để vẽ đường
thẳng từ điểm (x1,y1) đến điểm (x2,y2).
Bên trong là những lệnh có thể phụ thuộc tọa độ thiết bị, nhưng chương trình ứng
dụng khơng cần biết chi tiết này. Vì vậy nó được xem như thủ tục độc lập thiết
bị.
* Xuất phát từ nhu cầu “Nếu ta dùng thiết bị đồ họa khác, mà không phải viết lại
chương trình điều khiển hoặc ngay cả khơng cần biên dịch lại, mà chỉ cần nối kết chương
trình điều khiển thiết bị mới”. Độc lập thiết bị sẽ giúp bạn làm được điều ấy
Để đảm bảo tính linh động, các tiêu chuẩn đồ họa đã thiết lập cho chương trình
ứng dụng các thay đổi tối thiểu, cho phép nó định địa chỉ các thiết bị nhập khác nhau.
Khởi đầu, người lập trình tạo ra một hệ thống tọa độ mơ hình, trong đó mơ tả một đối
tượng gọi là Hệ tọa độ thực (World Coordinate_WC). Tiếp theo, người lập trình sẽ mô tả
một Hệ thống tọa độ thiết bị chuẩn (Normalized Device Coordinate_NDC), bằng cách
xác định các vùng hai chiều của bề mặt quan sát mà trên đó hình ảnh sẽ xuất hiện. Sau đó
các tọa độ thiết bị chuẩn sẽ chuyển sang tọa độ thiết bị (Device Coordinate).
Hệ thống tọa độ
thực (WC)

Hệ thống tọa độ

chuẩn (NDC)

Hệ thống tọa độ
thiết bị (DC)

Thiết bị
vật lý

Chương trình ứng dụng sẽ giao tiếp với hệ thống tọa độ chuẩn theo cách thức phù
hợp, không quan tâm đến thiết bị xuất được sử dụng. Do đó tạo ra được sự độc lập thiết
bị trong việc tạo ảnh của đối tượng.
*Tọa độ thiết bị chuẩn hóa (NDC – Normalized Device Coordinate) :
KGS (Graphic Kernel System – một hệ chuẩn quốc tế) định nghĩa tọa độ thiết bị
được chuẩn hóa (NDC) là vùng hình vng với góc thấp trái là (0,0) và góc cao phải là
(1,1), như trong hình dưới đây :
y

Display

1
(x2,y2)

y1

(x1,y1)

x1

x

1

Khơng gian NDC là hệ tọa độ chuẩn cho mọi thiết bị, và một lệnh như
Draw_Line() sẽ tự mở rộng khuôn này để vừa khớp với khuôn của thiết bị.
*Ánh xạ NDC lên thiết bị :
Mỗi lần xuất thủ tục LineNDC_() lên thiết bị phải ánh xạ hình vngDevice
đơn vị của
hình vng lớn nhất tên thiết bị gọi là hình vng
thiếtSquare
bị. Nghĩa là, Coordinate
cho điểm bất
kỳ
Largest
space
NDC
P(x,y) trong NDC ta cần tính
tọa độ thiết bị tương ứng Q(dx,dy) trong hình vng thiết
1
bị, như trong
hình dưới đây :
y

P

dy

Q

SVTH:Trần Hồi Nam
x

1

dx

10
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Phép ánh xạ này phải tỉ lệ. Vì vậy dx phải ánh xạ tuyến tính theo x, sao cho :
dx=Ax+B
và dy=Cy+D
với A,B,C,D là hằng số.

2/ỨNG DỤNG VÀO ĐỀ TÀI:

- Sau đây là đoạn chương trình minh họa việc chuyển đổi tọa độ của các điểm ,
đường từ hệ tọa độ trong AutoCad sang hệ tọa độ trong PC và hệ tọa độ bàn vẽ.
- Khai báo biến:
p.x ; p.y :tọa độ trong AutoCad (Kích thước bản vẽ là Page_Width *
Page_Height )
PC_p.x ; PC_p.y :tọa độ trong PC (Bàn vẽ trong PC là phần tử Image.canvas
có kích thước 350*350).
Mv_p.x ; Mv_p.y :tọa độ trong bàn vẽ (Bàn vẽ của máy vẽ có kích thước
420*297).
- Procedure Chuyen_doi_toa_do ();

Begin
If (Page_Width div 350) > (Page_Height div 350)
then Scale:=Round(Page_Width div 350)+1
else Scale:=Round(Page_Height div 350)+1;
PC_p.x:=350 div 2 + p.x div Scale;
PC_p.y:=350 div 2 –p.y div Scale ;
Mv_p.x:=p.x*10; /* Mỗi bước của động cơ bút di chuyển được 0.1mm*/
Mv_p.y:=p.y*10;
End.

SVTH:Trần Hồi Nam

11
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

PHẦN IV
GIỚI THIỆU TẬP TIN .DXF
1/GIỚI THIỆU

Ngồi Autocad cịn có rất nhiều phần mềm máy tính phục vụ cho các mục tiêu
khác nhau và có những thế mạnh khác nhau. Do đó, thế nào cũng có lúc nảy sinh nhu cầu
sử dụng bản vẽ ACAD trong những phần mềm khác, đặc biệt là các phần mềm đồ họa.
Nếu các phần mềm máy tính khác cũng đọc được tập tin .DWG như AUTOCAD
thì khơng có vấn đề gì. Tuy nhiên, cấu trúc tinh vi của tập tin Autocad .DWG được hãng
Autodesk giữ kín, nhằm tạo cho Autocad ưu thế độc quyền khai thác bản vẽ do chính

mình tạo ra.
Nhưng để tạo tính tương thích của Autocad trên thị trường đồ họa, Autodesk đã
thực hiện chính sách “mở cửa” bằng cách trang bị cho Autocad khả năng kết xuất bản vẽ
của mình thành các dạng thức tập tin thông dụng cũng như đề ra một dạng thức tập tin
bản vẽ đơn giản hơn gọi là DXF (Drawing data eXchange Format) và cho cơng bố rộng
rãi cấu trúc của nó.
Ta có thể tìm thấy nhiều phần mềm lớn nhỏ khác nhau có khả năng đọc và ghi tập
tin bản vẽ ở dạng thức DXF. Quy cách ghi bản vẽ ở dạng thức DXF do hãng Autodesk đề
ra và được phổ biến rộng rãi.
Do ưu thế của Autocad trên thị trường các phần mềm thiết kế, DXF hiện đã trở
thành một tiêu chuẩn công nghiệp.

2/CẤU TRÚC FILE DXF :

Tập tin .DXF là một tập tin văn bản ASCII bình thường trong đó mơ tả các quy
định của bản vẽ và mô tả từng đối tượng. Nói như vậy có nghĩa là bạn có thể dùng những
chương trình soạn thảo văn bản để mở tập tin .DXF và sửa chữa nội dung của nó. Cách
thức ghi thơng tin như vậy thường lớn, do đó Autocad còn cho phép bạn ghi tập tin .DXF
theo một dạng gọn hơn, không thông qua mã ASCII để mô tả bản vẽ. Đó là trường hợp
của tập tin .DXF dạng nhị phân (Binary DXF). Trong đề tài này chỉ quan tâm đến DXF
ASCII.

SVTH:Trần Hồi Nam

12
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

Về bản chất file DXF gồm những bộ mã và giá trị tương ứng. Những đoạn mã,
được hiểu như những nhóm mã cho biết dạng của giá trị theo sau. Sử dụng những nhóm
mã và giá trị, một file DXF được chia thành nhiều phần, bao gồm nhiều bảng dữ liệu, mỗi
bảng dữ liệu bao gồm một nhóm mã và dữ liệu tương ứng. Mã và giá trị tương ứng nằm
trên cùng dòng trong file DXF.
Mỗi phần bắt đầu bằng một nhóm mã 0 theo sau bởi chuỗi SECTION. Mỗi phần
bao gồm nhiều nhóm mã và giá trị định nghĩa những phần tử của nó. Phần cuối của một
phân đoạn với ký tự 0 và theo sau bởi chuỗi ENDSEC.
Toàn thể cấu tạo của một file DXF có dạng như sau :
Phần Header :
Thông thường thông tin về bản vẽ được tìm trong phần này. Nó gồm có một bảng
dữ liệu về số của phiên bản Autocad và số lượng biến hệ thống. Mỗi thông số chứa một
tên biến và giá trị tương ứng của nó.
Phần CLASSES :
Giữ những thơng tin cho trình ứng dụng – xác định đặc điểm classes, những
trường hợp đặc biệt trong BLOCKS, ENTITIES, và dữ liệu của mục OBJECTS.
Phần TABLES :
Phần này chứa những định nghĩa của những ký hiệu sau đây :
APPID (Application Identification Table)
BLOCK_RECORD (Block Reference Table)
DIMSTYLE (Dimension Style Table)
LAYER (Layer Table)
LTYPE (Linetype Table)
STYLE (Text Style Table)
UCS (User Coordinate System Table)
VIEW (View Table)
VPORT (Viewport Configuration Table)
Phần BLOCKS :

Chứa định nghĩa của khối và bản vẽ mà gộp thành mỗi khối tham chiếu trong bản
vẽ.
Phần ENTITIES :
Phần chứa những đối tượng đồ họa trong bản vẽ, bao gồm những khối tham chiếu
(thực thể chèn vào).
Phần OBJECTS :
Chứa những đối tượng không đồ họa trong bản vẽ.
ENTITIES Section :
Phần này trình bày các nhóm mã tập trung vào đối tượng đồ họa. Các mã này xuất
hiện trong phần ENTITIES của một file DXF và được sử dụng bởi các ứng dụng
AutoLisp và ARX trong các danh sách định nghĩa thực thể.
Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng ARC :
Nhóm mã Arc :
Group
codes

Description

100

Subclass marker (AcDbCircle)

39

Thickness (optional; default = 0)

SVTH:Trần Hồi Nam

13
Niên khóa 1997-2002

Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

10

Center point (in OCS). DXF: X value; APP: 3D point

20, 30

DXF: Y and Z values of center point (in OCS)

40

Radius

100

Subclass marker (AcDbArc)

50

Start angle

51

End angle

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng CIRCLE :
Nhóm mã Circle :
Group codes

Description

100

Subclass marker (AcDbCircle)

39

Thickness (optional; default = 0)

10

Center point (in OCS). DXF: X value; APP: 3D point

20, 30

DXF: Y and Z values of center point (in OCS)

40

Radius

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng ELLIPSE :
Nhóm mã Ellipse :

Group codes

Description

100

Subclass marker (AcDbEllipse)

10

Center point (in WCS). DXF: X value; APP: 3D point

20, 30

DXF: Y and Z values of center point (in WCS)

11

Endpoint of major axis, relative to the center (in WCS).
DXF: X value; APP: 3D point.

21, 31

DXF: Y and Z values of endpoint of major axis, relative to the center (in WCS)

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

SVTH:Trần Hoài Nam

14
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

40

Ratio of minor axis to major axis

41

Start parameter (this value is 0.0 for a full ellipse)

42

End parameter (this value is 2pi for a full ellipse)

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng LINE :
Nhóm mã Line :

Group codes

Description

100

Subclass marker (AcDbLine)

39

Thickness (optional; default = 0)

10

Start point (in WCS). DXF: X value; APP: 3D point

20, 30

DXF: Y and Z values of start point (in WCS)

11

End point (in WCS). DXF: X value; APP: 3D point

21, 31

DXF: Y and Z values of end point (in WCS)

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng POINT :
Nhóm mã Point :
Group codes

Description

100

Subclass marker (AcDbPoint)

10

Point location (in WCS). DXF: X value; APP: 3D point

20, 30

DXF: Y and Z values of point location (in WCS)

39

Thickness (optional; default = 0)

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

50

Angle of the X axis for the UCS in effect when the point was drawn (optional,
default = 0); used when PDMODE is nonzero

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng POLYLINE :

Nhóm mã Polyline :
Group codes
100

Description
Subclass marker (AcDb2dPolyline or AcDb3dPolyline)

SVTH:Trần Hồi Nam

15
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

10

DXF: always 0
APP: a "dummy" point; the X and Y values are always 0, and the Z value is the
polyline's elevation (in OCS when 2D, WCS when 3D)

20

DXF: always 0

30

DXF: polyline's elevation (in OCS when 2D, WCS when 3D)

39

Thickness (optional; default = 0)

70

Polyline flag (bit-coded); default is 0:
1 = This is a closed polyline (or a polygon mesh closed in the M direction).
2 = Curve-fit vertices have been added.
4 = Spline-fit vertices have been added.
8 = This is a 3D polyline.
16 = This is a 3D polygon mesh.
32 = The polygon mesh is closed in the N direction.
64 = The polyline is a polyface mesh.
128 = The linetype pattern is generated continuously around the vertices of
this polyline.

40

Default starting width (optional; default = 0)

41

Default ending width (optional; default = 0)

71

Polygon mesh M vertex count (optional; default = 0)

72

Polygon mesh N vertex count (optional; default = 0)

73

Smooth surface M density (optional; default = 0)

74

Smooth surface N density (optional; default = 0)

75

Curves and smooth surface type (optional; default = 0); integer codes, not bitcoded:
0 = No smooth surface fitted
5 = Quadratic B-spline surface
6 = Cubic B-spline surface
8 = Bezier surface

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng SPLINE :

Nhóm mã Spline :

Group codes

Description

100

Subclass marker (AcDbSpline)

210

Normal vector (omitted if the spline is nonplanar)
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of normal vector

SVTH:Trần Hồi Nam

16
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

70

Spline flag (bit coded):
1 = Closed spline
2 = Periodic spline
4 = Rational spline
8 = Planar
16 = Linear (planar bit is also set)

71

Degree of the spline curve

72

Number of knots

73

Number of control points

74

Number of fit points (if any)

42

Knot tolerance (default = 0.0000001)

43

Control-point tolerance (default = 0.0000001)

44

Fit tolerance (default = 0.0000000001)

12

Start tangent--may be omitted (in WCS).
DXF: X value; APP: 3D point.

22, 32

DXF: Y and Z values of start tangent—may be omitted (in WCS).

13

End tangent--may be omitted (in WCS).
DXF: X value; APP: 3D point.

23, 33

DXF: Y and Z values of end tangent—may be omitted (in WCS)

40

Knot value (one entry per knot)

41

Weight (if not 1); with multiple group pairs, are present if all are not 1

10

Control points (in WCS) one entry per control point.
DXF: X value; APP: 3D point

20, 30

DXF: Y and Z values of control points (in WCS) (one entry per control point)

11

Fit points (in WCS) one entry per fit point.
DXF: X value; APP: 3D point

21, 31

DXF: Y and Z values of fit points (in WCS) (one entry per fit point)

Nhóm mã sau ứng dụng cho các đối tượng TEXT :

Nhóm mã Text :
Group codes

Description

100

Subclass marker (AcDbText)

39

Thickness (optional; default = 0)

10

First alignment point (in OCS)
DXF: X value; APP: 3D point

SVTH:Trần Hồi Nam

17
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

20, 30

DXF: Y and Z values of first alignment point (in OCS)

40

Text height

1

Default value (the string itself)

50

Text rotation (optional; default = 0)

41

Relative X scale factor—width (optional; default = 1).
This value is also adjusted when fit-type text is used.

51

Oblique angle (optional; default = 0)

7

Text style name (optional, default = STANDARD)

71

Text generation flags (optional, default = 0):
2 = Text is backward (mirrored in X),
4 = Text is upside down (mirrored in Y)

72

Horizontal text justification type (optional, default = 0) integer codes (not bit-coded)
0 = Left;1= Center; 2 = Right
3 = Aligned (if vertical alignment = 0)

4 = Middle (if vertical alignment = 0)
5 = Fit (if vertical alignment = 0)
See the following table for clarification

11

Second alignment point (in OCS).
DXF: X value; APP: 3D point.
This value is meaningful only if the value of a 72 or 73 group is nonzero (if the
justification is anything other than baseline/left)

21, 31

DXF: Y and Z values of second alignment point (in OCS)

210

Extrusion direction. (optional; default = 0, 0, 1).
DXF: X value; APP: 3D vector

220, 230

DXF: Y and Z values of extrusion direction

100

Subclass marker (AcDbText)

73

Vertical text justification type (optional, default = 0): integer codes (not bit- coded)
0 = Baseline; 1 = Bottom; 2 = Middle; 3 = Top
See the following table for clarification.

Dưới đây là 1 đoạn nhỏ của 1file .DXF với các thông tin về 1đoạn thẳng (LINE) đi
từ (X0,Y0,Z0) đến (X1,Y1,Z1) :
AcDbLine /* Bắt đầu đoạn LINE*/
10
/* Detect tọa độ X0*/
0.0
/* X0=0*/
20
/* Detect tọa độ Y0*/
0.0
/*Y0=0*/
30
/* Detect tọa độ Z0*/
0.0
/*Z0=0*/

SVTH:Trần Hồi Nam

18
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp
11
100.0
21

50.0
31
0.0
0

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

/* Detect tọa độ X1*/
/*X1=100*/
/* Detect tọa độ Y1*/
/* Y1=50*/
/* Detect tọa độ X1*/
/*Z1=0*/

PHẦN V
GIẢI THUẬT VẼ
1/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG THẲNG
a/ Nguyên lý chung :
Trên mặt phẳng bất kỳ, một điểm được xác định bởi cặp 2 giá trị tọa độ : một theo
trục x và một theo trục y mơ tả khoảng cách từ điểm đó đến các trục. Điểm sẽ nằm
trên đường thẳng khi giá trị tọa độ điểm thỏa mãn phương trình biểu diễn đường
thẳng đó. Việc biểu diễn đường thẳng có rất nhiều phương pháp khác nhau.
Nếu 2 điểm với tọa độ (x 1,y1) và (x2,y2) được sử dụng để xác định nên một đường
thẳng thì phương trình của đường thẳng qua hai điểm được viết lại như sau :

Từ phương trình này chúng ta có thể xây dựng quá trình vẽ các đường thẳng khi
cho x biến thiên theo các khoảng x và kết quả ta có thể thu được giá trị của biến y
thay đổi với các khoảng y tương ứng (y=kx).
Do các đường thẳng được mô tả trong hệ tọa độ thực khi hiển thị trong máy tính,
hệ tọa độ chính là lưới nguyên nên bản chất của quá trình vẽ các đường thẳng chính là

sự ngun hóa các tọa độ các điểm thuộc đường thẳng và vẽ các pixel tương ứng.
Nguyên lý chung là cho một thành phần tọa độ x hay y biến đổi theo từng đơn vị
và tính tọa độ nguyên còn lại sao cho gần với tọa độ thực nhất. Việc quyết định chọn
x hay y biến đổi phụ thuộc vào độ rộng của đường thẳng.

SVTH:Trần Hồi Nam

19
Niên khóa 1997-2002


Luận văn tốt nghiệp

Điều khiển máy vẽ bằng vi xử lý

b/ Giải thuật trung điểm sinh đường thẳng (MidPoint) :
Giải thuật điểm giữa (Midpoint) được Pitteway đưa ra những năm 1967 và được
VanAken áp dụng cho việc sinh các đường thẳng và đường trịn năm 1985 cho ra các
cơng thức đơn giản và tạo được các điểm tương tự với giải thuật Bresenham.
Giả sử điểm (xi,yi) là điểm hiện thời và với giải thuật Bresenham, việc quyết định
điểm A hay điểm B là điểm kế tiếp là việc lựa chọn giá trị y i+1 hay yi dựa vào khoảng
cách từ AS hay từ BS. Và như vậy giải thuật đã bỏ qua yếu tố đánh giá đơn giản
là : điểm M, trung điểm của đoạn AB, mà qua đó việc so sánh chỉ đơn giản là quá
trình xét xem M nằm trên hay dưới đường thẳng cần sinh.

A
M
B
Nếu M nằm dưới thì điểm A được chọn, nếu ngược lại M nằm trên thì điểm B
được chọn. Giả sử như ta có phương trình đoạn thẳng được biểu diễn dưới dạng

khơng tường minh cùng với các hệ số a,b như sau :
F(x,y) = ax+by+c = 0
Nếu đặt dx = x2-x1 và dy = y2-y1
Phương trình chuyển về dạng :
y = (dx/dy).x + B
Hay F(x,y) = dx.x-dy.y+B.dx = 0
Như vậy a=dx; b=-dy; c=B.dx
Với phương trình trên thì F(x,y) = 0 với mọi điểm (x,y) nằm trên đường thẳng,
F(x,y)>0 với các điểm nằm dưới đường và <0 với các điểm nằm phía trên đường
thẳng.
Đặt d = F(xi+1,yi+1/2) là trung điểm của đoạn AB, ta có :
di = a(xi+1)+b(yi+1/2)+c
Việc so sánh, hay kiểm tra M sẽ được thay bằng việc xét giá trị d. Nếu d>0 điểm
B được chọn, nếu d<0 điểm A được chọn. Trong trường hợp d=0 chúng ta có thể
chọn điểm bất kỳ A hay B.
- Nếu B được chọn thì M sẽ tăng theo x một đơn vị
Khi đó :
di+1 = F(xi+2,yi+1/2)
 di+1 = di+a = di+dy
- Nếu A được chọn thì M tăng theo 2 hướng x và y cùng một đơn vị.
Khi đó :
di+1 = F(xi+2,yi+3/2)
SVTH:Trần Hồi Nam

20
Niên khóa 1997-2002