ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN MÁY VẼ  BẰNG VI XỬ LÝ, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MÁY VẼ  BẰNG VI XỬ LÝ,ĐIỀU KHIỂN MÁY VẼ  BẰNG VI XỬ LÝ

MỤC LỤC

 

                                                                                                                                  Trang

     PHẦN I :   GIỚI THIỆU                                                                                      1

                         1/LỜI GIỚI THIỆU                                                                            1

                         2/SƠ LƯỢC VỀ LUẬN VĂN                                                            2

     PHẦN II :  CÁC THIẾT BỊ ĐỒ HỌA                                                                3

                         1/MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐỒ HỌA THÔNG DỤNG                            3

                         2/GIỚI THIỆU BÀN VẼ TRONG LUẬN VĂN                               6

     PHẦN III : ĐỘC LẬP THIẾR BỊ                                                                       8

                         1/ĐỘC LẬP THIẾT BỊ                                                                       8

                         2/ỨNG DỤNG VÀO ĐỀ TÀI                                                            10 

      PHẦN IV :  GIỚI THIỆU TẬP TIN .DXF                                                         11

                         1/GIỚI THIỆU                                                                                    11

                         2/CẤU TRÚC FILE .DXF                                                                  11

     PHẦN V :   GIẢI THUẬT VẼ                                                                             19

                         1/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG THẲNG                                         19   

                         2/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG TRÒN                                             21      

                         3/GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG SPLINE                                          25

     PHẦN VI :  GIỚI THIỆU VI XỬ LÝ 8951                                                         28

                         1/GIỚI THIỆU AT89C51                                                                   28 

                         2/TẬP LỆNH CỦA AT89C51                                                            32                  

                         3/MỘT SỐ CHỨC NĂNG TRONG AT89C51                                  33  

     PHẦN VII : CỔNG COM VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP                              39

                         1/GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH                                                         39            

                         2/CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP                                40

                       3/CHUẨN RS-232                                                                               41

  PHẦN VIII :ĐỘNG CƠ BƯỚC                                                                            44

                    1/GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƯỚC                                                     44

                      2/MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC                      49    

                    3/DÒNG GIỚI HẠN CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC                                  51

    PHẦN IX : TỔNG KẾT                                                                                        53

   PHẦN X :   PHỤ LỤC                                                                                           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 công.

            Do đó để giảm thời gian phụ, ta cần thiết tiến hành tự động hoá quá 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 không 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 yêu 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 hoá 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 hoá máy công 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 phôi.

            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 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, đòi hỏi chúng ta phải có những mạch hồi tiếp về từ các cơ cấu chấp hành , những động cơ có công 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 còn 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 công 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 phân biệt trên màn hình.

            Sơ đồ phân loại :

.................................................................

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 tô 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, còn 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 dòng, 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 quét dòng 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 quét dòng (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 vòi phun tạo ra nó. Vòi phun thường rất nhỏ nên khi in thường gặp một số vấn đề phức tạp.

            -Máy in laser: 

             Là thiết bị quét dòng (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 còn lại tương ứng với những phần đen trên giấy. Một lớp bột tĩnh điện phủ lên các phần tích điện dương và được truyền 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 cô 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.

.....................................................................

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  

  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, còn 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 dòng điện đi qua nam châm, bút sẽ được nhấc lên. Ngoài ra còn một số công 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 mô hình được thiết kế như sau :

• Động cơ trục X :
  • Quay thuận : đưa bút vẽ qua phải ® chiều tăng x.
  • Quay nghịch : đưa bút vẽ qua trái ® chiều giảm x.
• Động cơ trục Y :
  • Quay thuận : đưa bút vẽ lên trên ® chiều tăng y.
  • 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 mô 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 mô 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 dòng 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 luôn nối với nguồn 24VDC, đầu còn lại được nối với mass hay không 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 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 không nhấc thì bit = 1.

Khi muốn nhấc bút lên ta tác động vào khóa BJT ® dòng 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 công 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).....................

.................................................................

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 có 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.

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 không 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 không 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 mô hình, trong đó mô 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)..............................

.......................................................................................

         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.........................................

......................................................................

PHẦN IV

GIỚI THIỆU TẬP TIN .DXF

         1/GIỚI THIỆU

            Ngoài Autocad còn 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 không 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 công 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 mô 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 thông 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.

            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 thông 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)
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
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	Description
100	Subclass marker (AcDb2dPolyline or AcDb3dPolyline)
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.

......................................................

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 mô 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 (x₁,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 Dx và kết quả ta có thể thu được giá trị của biến y thay đổi với các khoảng Dy tương ứng (Dy=kDx).

      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 nguyên 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.

      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 tròn năm 1985 cho ra các công 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 y_i 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.

..........................................

         2/ GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG TRÒN

            a/ Nguyên lý chung :

            Phương trình đường tròn đi qua tâm (x_c,y_c) được biểu diễn dưới dạng tổng quát

                            (x - x_c)² + (y – y_c)² = R²

với R là bán kính của đường tròn.

            Việc sinh ra đường tròn có thể đơn giản tạo thành khi cho biến x chạy từ x_c ® x_c + R hay với đường tròn tâm trùng với gốc tọa độ thì tham biến x chạy từ 0 ® R.

            Vì đường tròn có hình dạng cong nên mật độ điểm được tạo ra dàn trải không đều trên màn hình Raster thông qua các giá trị tọa độ được tính theo công thức :

                        x = x_c + rcosq

                        y = y_c + rsinq

            Thông thường để rút gọn giải thuật người ta chỉ tính với góc q bằng 45⁰, mà từ đó lấy đối xứng các cung ¼ khác qua gốc trục tọa độ, trục tung hoặc hoành.

            Giải thuật trên cực kỳ phức tạp vì tồn tại quá nhiều các phép tính nhân và căn hay sin, cos… điều đó là nguyên nhân khiến giải thuật không được sử dụng trong các chương trình đồ họa. Các giải thuật thực tế trong các chương trình đồ họa thường thông qua việc nguyên hóa các tọa độ dựa vào độ phân giải của màn hình.

           b/ Giải thuật trung điểm vẽ đường tròn :

            Như các tính năng đã phân tích trong giải thuật Midpoint cho đường thẳng. Việc phát triển giải thuật sinh đường tròn cũng thu được các ưu điểm tương tự. Quá trình phát triển giải thuật được xây dựng như sau :