既然要用Nano2打造一个数控平台，那么插补就是必不可少的，那么我们就从“插补”开始。

首先，任意一条直线都是X和Y分量组成的，而我们的X，Y分量是有两个步进电机控制的。如上图所示，原点O和点A构成直线。

想象一下，现在我们的XY平台已经搭建好了。

平台的控制端点上有一支画笔，X轴的步进电机转一下，画笔就会在X方向上走一步；Y轴的步进电机转一下，画笔就会在Y方向上走一步。

（要是能有个这样的数控平台就爽了，哈哈～）

假设，现在假设画笔就在原点O，A的坐标是（4，3），现在我们要求控制步进电机，使画笔从原点O移到A。如果不考虑插补的话，我可以控制X电机先移动4个单位，再让Y电机移动3个单位。那么画笔移动到的A点没错，再从宏观上看画笔的运动轨迹：

它是由两条相互垂直的直线组成的折线。但是如果我们要求画笔的运动轨迹看上去就是直线OA，那这个如何实现呢？

先抛开上面这个问题不管，我们继续假设，画笔在原点O，A的坐标是（3，3），我们要求控制步进电机，使画笔从原点O移到A。当然我们可以效仿上面的方法，可以先控制X电机移动3个单位，再让Y电机移动3个单位。紧接着，提高要求：要求画笔的运动轨迹看上去就是直线OA。

那似乎也不难，只要我们要求X轴和Y轴步骤电机“步伐保持一致”同时移动3个单位，那么画笔的运动轨迹就是直线OA。回头再之前的问题，看似否能解决：画笔就在原点O，A的坐标是（4，3），要求画笔的运动轨迹看上去就是直线OA。感觉依然没有办法。原因是应为之前A点的坐标比较特殊（3，3）导致直线OA的X和Y轴的分量是相等的，很容易保证在相同时间内XY轴步进电机同时完成各种的任务。

但是如果直线OA的X和Y轴的分量不等，如何保证画笔的运动轨迹看上去就是直线OA呢？这就要借助插补的力量了～～

插补的思路就是，让X和Y电机“同时工作”，在适当的时机走出自己的一步。

在理想的数学是世界里，直线是由无数细化的点构成的，但是在真实的的世界，没有什么是无限的，就拿步进电机驱动的器的而言它的细分数是有限的，也就是说步进电机每一步的距离不可能是无穷小的。所以我们数控世界的“直线”往往是由很多细小直线段构成的“折线”如下图：

左图的，直线经过局部放大后，我们发现它是一条类似楼梯的折线，用插补的思想去解读它，就感觉是；“X电机走一步，紧接着Y电机走一步,然后X电机走2步，紧接着Y电机走一步”循环往复，一条“直线就出来了”现在思路出来了，如何将一条直线细化，并且将任务分配给X，Y电机，它们之间如何做出配合，在适当的时间走出自己的一步，就是问题的关键。

现在就介绍一种，十分简单的直线插补方法：

还是以画直线（4，3）为例，我们需要建立一个定时器，用来控制画直线的数度，还需要建立两个计数器来匹配XY轴的速度。很明显计数器的大小是有“讲究”的。首先直线（4，3）X轴的分量是4，Y轴的分量是3，而计数器的大小正好反过来，X轴的计数器大小是3，Y轴的计数器大小是4。为什么要这么做，看着下图，想必您也猜的八九不离十了，那我就说说具体实现过程：

当数度计时器溢出时，同通知X，Y计数器计数加一，当某个计数器计满后，就通知所对应的电机走一步，并且清空该计数器。如此往复，当走到合适的长度就让其停下来。

我们可先不让其停止，让其一直这么循环下去，看看斜率对不对即可。

从仿真图上看当X走完4步，Y轴正好完成3步，正好满足（4，3）这条直线的分量，如果对应到实际再来看看。

那就是X走一步，Y走一步，X走一步，Y走一步，XY同时走一步：

这个就是循环的最小单位。

如果多叠加几次，看看是什么效果：

有没有发现，我们走的这条折线，已近非常的接近OA这条直线了，也就是斜边“弦五”，说明一下，真正的数控中，步进电机加上机械结构，轻松达到了每步0.1mm的精度，人眼更本看不出来，这是一条折线～～

最后奉上代码：

module Pulse ( input CLK, input RSTn, input Pu_Sig,//该信号为高时，表示要发脉冲～～ output reg pulse ); parameter ON = 1'b1; parameter OFF = 1'b0; reg[7:0] C0; reg [3:0]i; always @(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) begin C0 <= 8'd0; pulse <= OFF; i <= 4'd0; end else case(i) 0://判断是否发脉冲 begin if(Pu_Sig)begin i <= i + 1'b1;end else begin pulse <= OFF; i <= i;end end 1: begin if(C0 == 10)//脉冲宽度控制 begin pulse <= OFF; C0 <= 8'd0; i <= 4'd0; end else begin pulse <= ON; C0 <= C0 + 1'b1; i <= i; end end endcase endmodule

上面这段代码是实现，如何发送一个有一定宽度的脉冲，是实现驱动步进电机的关键，这里一个脉冲代表电机走一步。

这个就是宽度为10的脉冲

module test ( input CLK, input RSTn, output X_pulse, output Y_pulse ); //速度控制器 reg [9:0]Cnt; always @(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) begin Cnt <= 10'd0; end else begin if(Cnt == 10'd1000) Cnt <= 10'd0; else Cnt <= Cnt + 1'b1; end //X轴计数器 reg [9:0]Cx; reg X_Pu_Sig; always @(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) begin Cx <= 10'd0; X_Pu_Sig <= 1'b0; end else begin if(Cx == 3) begin Cx <= 10'd0; X_Pu_Sig <= 1'b1;end else if(Cnt == 10'd1000) begin Cx <= Cx + 1'b1; X_Pu_Sig <= 1'b0;end else begin Cx <= Cx; X_Pu_Sig <= 1'b0;end end //Y轴计数器 reg [9:0]Cy; reg Y_Pu_Sig; always @(posedge CLK or negedge RSTn) if(!RSTn) begin Cy <= 10'd0; Y_Pu_Sig <= 1'b0; end else begin if(Cy == 4) begin Cy <= 10'd0; Y_Pu_Sig <= 1'b1; end else if(Cnt == 10'd1000) begin Cy <= Cy + 1'b1; Y_Pu_Sig <= 1'b0;end else begin Cy <= Cy; Y_Pu_Sig <= 1'b0;end end //--发脉冲模块例化 Pulse PulseX ( .CLK(CLK), .RSTn(RSTn), .Pu_Sig(X_Pu_Sig),//该信号为高时，表示要发脉冲～～ .pulse(X_pulse) ); Pulse PulseY ( .CLK(CLK), .RSTn(RSTn), .Pu_Sig(Y_Pu_Sig),//该信号为高时，表示要发脉冲～～ .pulse(Y_pulse) ); endmodule

这是顶层模块，实现一个定时器，两个计数器，并且例化两个Pulse模块，一个X轴，一个Y轴。

TestBeach如下：

module test_vlg(); reg CLK; reg RSTn; wire X_pulse; wire Y_pulse; test i1 ( .CLK(CLK), .RSTn(RSTn), .X_pulse(X_pulse), .Y_pulse(Y_pulse) ); initial begin RSTn = 0; #10 RSTn = 1; CLK = 1; forever #5 CLK = ~CLK; end

接下来，我将用Nano2实现——通过插补在TFT上画任意直线，并且同步驱动电机。敬请期待～～

技术讨论欢迎加群～～电子技术协会 362584474