运动控制器2：GRBL的核心结构体block_t和BRESENHAM算法

Posted 2023-04-02

参考技术A typedef struct

  第一部分：bresenham算法需要的入口条件，包括运动方向，X,Y,Z各需要运动多少步，以及完成这个BLOCK需要运动多少步。

  uint8_t  direction_bits;            //

  uint32_t steps_x, steps_y, steps_z; //

  int32_t  step_event_count;          //

Bresenham直线算法是用来描绘由两点所决定的直线的算法，它会算出一条线段在 n 维光栅上最接近的点。这个算法只会用到较为快速的整数加法、减法和位元移位，常用于绘制电脑画面中的直线。是计算机图形学中最先发展出来的算法。

GRBL中，圆弧是用直线段来接近描述的，所以不需要考虑，直接的画法通过下面的判断器，X先走。

把纵轴的一个方格的一半作为基准，如果在基准点以上，则Y轴走一步，如果在下面，则X继续走一步。而step_event_count为最终走的总步数，为X+Y总步数。

第二部分：

调度器用于计算加速度的内容，也就是说，BRESENHEM用到的是梯形加速度，我们需要计算梯形的各个表征值。

  float nominal_speed;              // 匀速运动速度

  float entry_speed;                // 从一个BLOCK进入到这个BLOCK的速度

  float max_entry_speed;            // 最大的进入速度

  float millimeters;                // BLOCK运动的实际mm距离

  uint8_t recalculate_flag;          // 重新计算梯度的FLAG

  uint8_t nominal_length_flag;        // 是否进入了匀速的FLAG

  第三部分：

实际梯形的各个参数计算

  uint32_t initial_rate;              // 梯形运动初始值 

  uint32_t final_rate;                // 梯形运动结束

  int32_t rate_delta;                //计算加速度

  uint32_t accelerate_until;          // 加速度阶段运动的距离

  uint32_t decelerate_after;          // 减速度阶段运行的距离

  uint32_t nominal_rate;              // 匀速阶段运行的距离

block_t;

实际上，BLOCK的执行需要一定的时间，所以没有执行完成的BLOCK需要列队进行等待，所以需要用到调度器。

目前，3D打印机做开源的主要用到了Marlin固件，其实核心算法就是GRBL,加入了两轴材料挤出的步进电机轴，另外还用到了一个开源的温控PID算法，这个我们暂时用不上，不再考虑。

在找Marlin固件时发现了一个好的芯片，TC2100这颗IC卖出的价格在20元以上，而市面上用的1.5A电流的芯片大部分只卖到了4元左右，这颗IC的核心优势就是细分数，看了一下资料，也用到了他们的专利算法：一种新型的PWM算法，淘宝上卖出的模块价格在37元左右，其实还有不少的利润空间，可惜拿货估计有点麻烦，订单小了估计都不好拿货。

另外需要注意的是，初始化的参数是存放在EEPROM中的，GRBL也有一个EEPROM的函数，但是实际上我们定义了我们新的EEPROM函数，用到的是W24512,至于这一块如何移植，后文再介绍。

C++中类和结构体的区别

结构体和类的唯一区别就是： 结构体和类具有不同的默认访问控制属性

即：类中，对于未指定访问控制属性的成员，其访问控制属性为私有类型（private）

结构体中，对于未指定任何访问控制属性的成员，其访问控制属性为公有类型（public）
　　
【注】C中的结构体完全不同于C++中的结构体：在C中的结构体只能自定义数据类型，结构体中不允许有函

数，而C++中的结构体可以加入成员函数、访问控制权限、继承、包含多态等面向对象特性。

解释：
C++是C语言的继承，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象

的程序设计，还可以进行以继承和多态为特点的面向对象的程序设计。在C++中，不使用结构体丝毫不会影响

程序的表达能力。C++之所以要引入结构体，是为了保持和C程序的兼容性。但有时仍会在C++中使用结构

体，是因为，可以使用结构体将不同类型数据组成整体，方便于保存数据。

C++在struct之外引入了class关键字（类），但为了保持与C程序的兼容，C++保留了struct关键字，并规定结

构体默认访问控制权限为公有类型。
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