四合院：我是雨水表哥
第553章 绘图机

“午马机的I/O口，直接输出脉冲。”吕辰在黑板上画了几条线，“步进电机需要脉冲信号，午马机有数字量输出芯片，8路输出，驱动电流够不够？”

诸葛彪想了想：“不够，午马机输出的是TTL电平，5伏，几个毫安。步进电机驱动器需要的是光耦隔离的信号，电流至少10毫安。中间要加一级驱动。”

“那就加。”吕辰说，“几个三极管的事，半天能不能搞定！”

“半天？”诸葛彪哼了一声，“我两个小时就能给你焊好。问题是，午马机那边怎么发脉冲？”

吕辰在纸上画了几笔：“微程序控制，每一位都可以单独置高置低，用循环指令控制高低电平的持续时间，就能产生脉冲信号。频率不需要太高，几百赫兹就够了，步进电机跑太快容易丢步。”

诸葛彪点点头：“用循环指令做延时，那得需要一台午马机专门伺候绘图仪。版图数据提前解析好，画图的时候只管发脉冲。”

吕辰道：“X轴和Y轴要同时运动，才能画出斜线和曲线。直线插补算法我来写吧。”

诸葛彪道：“那我搭微程序框架。”

他掰着手指头数了数：“第一步，实现单轴运动，X轴能动，Y轴能动。第二步，实现直线插补，从A点到B点。第三步，解析版图数据，支持多条线段连续绘制。七天，能不能跑通？”

吕辰想了想：“五天，把直线插补跑通，再用两天做版图数据解析，七天刚好。”

分工完毕，两人开始工作了起来。

当天晚上，吕辰就跑到了数字孪生实验室的机房。

他们申请的午马机到了，还在忙着装修机房。

吕辰开了一台先用上了。

他把一个黑皮本子摊在桌上，上面写满了伪代码和草稿。

直线插补的原理简单，从A点到B点，X方向要走ΔX步，Y方向要走ΔY步，步数多的那个轴做主步进，另一个轴做从步进。

每一步主步进的时候，判断从步进的位置偏差，累积到一个步进阈值就发一个脉冲。

这是DDA算法，数字微分分析器，60年代就已经很成熟了，但要把这个算法写成微程序，在午马机上跑起来，还要控制外部的步进电机，就不是理论问题，是工程问题了。

他盯着屏幕，手指在键盘上敲了一行命令，打开了一个新的文件。

他在文件的开头写了一行注释：

DRAW_LINE: 从(X1,Y1)到(X2,Y2)画直线

输入: R1=X1, R2=Y1, R3=X2, R4=Y2

输出: 无

破坏: R5,R6,R7,R8,R9,R10

然后他停下来，靠在椅背上，闭着眼睛想了一会儿。

过了大约一刻钟，他坐直了身子，开始敲微指令。

一条一条，把DDA算法拆解成午马机能执行的指令。

计算ΔX、ΔY。

取绝对值，判断步数多的主轴。

设置主轴步进计数器的初值。

设置从轴偏差累加器的初值。

主步进循环：主轴发一个脉冲，从轴累加偏差，偏差超过阈值就发一个从步进脉冲，计数减一，直到零。

每一步都要考虑正负方向，每一步都要判断是否到达终点。

微指令密密麻麻地铺满了屏幕，每一行都像一根毛细血管，汇在一起，构成一条完整的生命线。

不知不觉就敲到了凌晨三点。

机房的窗外，夜色浓得像墨。

他揉了揉眼睛，保存文件，靠在椅背上闭了一会儿眼。

再睁开的时候，天已经蒙蒙亮了。

看了一眼墙上的挂钟，五点四十。

吕辰站起来，活动了一下僵硬的脖子，走出机房。

走廊里很安静，只有自己的脚步声。

从窗户望出去，东边的天际线泛着一线鱼肚白，红星轧钢厂的烟囱已经开始冒烟了。

他在走廊里站了一会儿，转身回了机房，坐下来，继续敲。

第三天，诸葛彪的功率板焊好了。

他用的是达林顿管阵列，UDN2981，一片能带8路输出，每路驱动电流最大350毫安，直接驱动步进电机的光耦隔离输入绰绰有余。

输入来自午马机，输出接到步进电机的驱动器。

中间加了光耦隔离，防止步进电机的反向电动势烧坏午马机的I/O口。

整块板子还没巴掌大，焊在万用板上，飞线密密麻麻。

“就这么简单？”吕辰接过去看了看。

“就这么简单。”诸葛彪把烟叼在嘴角，“步进电机驱动器是现成的，功率板只需要把午马机的TTL信号转成驱动器的输入信号。UDN2981一片搞定，外围电路就几个电阻电容。”

“试过没有？”

“试了。GYDO01的第一位置高，电机转一步。置低，停。没问题。”

吕辰把板子还给诸葛彪：“等雷应元的机械平台装好，联调。”

诸葛彪把板子接过去，用透明胶带封住焊点，放在桌上，又点了一根烟。

第七天，雷应元等人的机械平台初步装起来了，底座固定在实验台上，X轴导轨装在底座上，丝杆跟导轨平行，步进电机通过联轴器连接丝杆。

第八天，Y轴装在X轴的滑台上，结构和X轴一样。

第九天，笔架装在Y轴的滑台上，一支圆珠笔用弹簧压着，笔尖刚好接触纸面。

手动推了推，顺滑。

电机带了一下，能动。

吕辰用水平仪测了一下导轨，X轴全长水平度0.08毫米，Y轴0.1毫米。

吕辰的微程序也跑通了。

他在午马机上写了一个测试程序，控制X轴步进电机正转1000步，停一秒，反转1000步。

执行的时候，X轴滑台慢吞吞地往前走，走到头，停了一秒，又慢吞吞地退回来。

虽然慢得像蜗牛，但每一步都是准的。

雷应元拿钢尺量了一下，1000步，理论位移25毫米，实际位移24.8毫米。

“差0.2毫米，怎么回事？”雷应元皱着眉头，“是不是丝杆导程不准？”

吕辰想了想：“不是丝杆的问题。步进电机启动和停止的时候加减速没做，丢步了。”

他又回去改微程序。

在脉冲序列的起始和结束加了加减速曲线，开始时频率从低到高，结束时频率从高到低。

再跑一次。

1000步，理论位移25毫米，实际位移25.1毫米。

“行了。”诸葛彪说，“误差0.1毫米，在范围内。”

第九天晚上，第一张图画出来了。

不是什么复杂的图，就是一个矩形，长200毫米，宽150毫米，四条边，首尾相连。

吕辰在终端上敲了一行命令：RUN DRAW_RECT

午马机嗡嗡地响了一会儿，滑台开始动了。

圆珠笔在纸上沙沙地走，从左下角出发，向右走200毫米，向上走150毫米，向左走200毫米，向下走150毫米，回到起点。

整个过程不到一分钟。

诸葛彪把图纸从平台上取下来，摊在桌上。

九个人围着桌子，看着那张纸，谁都没说话。

矩形不算太方，右下角稍微有点歪。