基于Windows的線(xiàn)接觸加工數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性研究

1．4 引入外部定時(shí)中斷
在Windows 2000操作系統(tǒng)下要獲得高精度定時(shí)時(shí)鐘還可以通過(guò)引入外部定時(shí)時(shí)鐘的方法。即在PC機(jī)的外部提供一個(gè)高精度的時(shí)鐘，在PC機(jī)的內(nèi)部，在Windows 2000操作系統(tǒng)下，通過(guò)編寫(xiě)WDM程序的方式來(lái)響應(yīng)這個(gè)外部的中斷。
通過(guò)對(duì)這幾種實(shí)時(shí)控制方案解決方法的分析，可以看到，利用Windows系統(tǒng)提供的常規(guī)定時(shí)器及多媒體定時(shí)器，其定時(shí)精度太低，無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)高精度定時(shí)時(shí)鐘的需求；利用系統(tǒng)的定時(shí)時(shí)鐘，一旦處理不當(dāng)，很容易使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，因此不適合于數(shù)控系統(tǒng)對(duì)控制可靠性的要求；通過(guò)修改CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘的方法來(lái)獲得高精度的定時(shí)時(shí)鐘，因?yàn)槭艿捷斎刖д耦l率的限制，其最大輸出頻率也只能可達(dá)到122μs，仍然無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)較高加工速度的要求。
綜合以上原因，本文提出通過(guò)ISA總線(xiàn)引入外部時(shí)鐘的方法來(lái)獲得高精度、穩(wěn)定的定時(shí)中斷。在程序上通過(guò)編寫(xiě)WDM驅(qū)動(dòng)程序來(lái)響應(yīng)該時(shí)鐘中斷。利用這種方法完全避開(kāi)了依靠操作系統(tǒng)提供的中斷的弊端。采用這種方法有兩點(diǎn)好處：首先，利用外部提供的時(shí)鐘，其時(shí)鐘的頻率可以根據(jù)實(shí)際的需要提供，也就是說(shuō)可以靈活地提供所需要的任何頻率的定時(shí)時(shí)鐘。其次，利用外部定時(shí)中斷提供高精度的定時(shí)時(shí)鐘與利用PC機(jī)系統(tǒng)提供的定時(shí)時(shí)鐘相比較，可避免使用不當(dāng)而導(dǎo)致的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

2 線(xiàn)接觸加工數(shù)控系統(tǒng)高精度定時(shí)時(shí)鐘的解決
通過(guò)對(duì)Windows操作系統(tǒng)下高精度定時(shí)時(shí)鐘引入方法的分析，采用了第四種方法，即通過(guò)引入外部定時(shí)時(shí)鐘中斷的方法，在操作系統(tǒng)的內(nèi)部通過(guò)編寫(xiě)系統(tǒng)WDM程序來(lái)響應(yīng)這個(gè)外部中斷。圖1是線(xiàn)接觸加工數(shù)控系統(tǒng)高精度定時(shí)時(shí)鐘解決方法的方框圖，即在PC機(jī)的外部提供一個(gè)高精度的定時(shí)中斷源，在PC機(jī)一側(cè)則是利用ISA總線(xiàn)通過(guò)中斷IRQ5接入PC機(jī)，在Windows操作系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)WDM程序響應(yīng)這個(gè)外部中斷。

為了方便試驗(yàn)以及測(cè)試需要，選用了華邦公司生產(chǎn)的W77E58單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘。W77E58是與Intel51系列單片機(jī)完全兼容的8位單片機(jī)，但是它比51系列單片機(jī)的工作速度更快。該單片機(jī)一個(gè)機(jī)器周期僅需要4個(gè)時(shí)鐘周期，外接晶振最高頻率為40 MHz。經(jīng)計(jì)算這種單片機(jī)的單周期指令僅需要O.1μs，通過(guò)如下的循環(huán)指令很容易就實(shí)現(xiàn)1μs的定時(shí)周期。

輸出的中斷脈沖如圖2所示。在上面的循環(huán)指令中插入適當(dāng)個(gè)數(shù)的Nop指令便可以得到一系列小于1 MHz時(shí)鐘的輸出脈沖。

將上面輸出的方波脈沖作為外部中斷經(jīng)過(guò)ISA總線(xiàn)連接至中斷請(qǐng)求IRQ5以此作為線(xiàn)接觸加工數(shù)控系統(tǒng)的基準(zhǔn)中斷時(shí)鐘。為了試驗(yàn)的需要，本文將單片機(jī)輸出的時(shí)鐘連接到了ISA總線(xiàn)的幾個(gè)不同的中斷上，并另外做了一個(gè)小的鍵盤(pán)用來(lái)選擇ISA總線(xiàn)上不同頻率的時(shí)鐘源。
為了能夠使系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)外部的IRQ5中斷，必須通過(guò)編寫(xiě)Windows操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。WDM驅(qū)動(dòng)程序是*．sys系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序。在WDM程序中對(duì)中斷的響應(yīng)可以通過(guò)下面的方法實(shí)現(xiàn)：

該WDM設(shè)備程序是非即插即用的ISA驅(qū)動(dòng)程序，因此驅(qū)動(dòng)程序的資源分配必須在．inf文件中進(jìn)行。線(xiàn)接觸加工數(shù)控系統(tǒng)對(duì)資源的分配是在．inf文件的資源分配中按下面的方式分配端口資源和中斷資源的：

3 結(jié) 語(yǔ)
在Windows操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，研究了Windows 2000操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性控制的幾種解決方案，并對(duì)這幾種方案進(jìn)行了具體的分析比較，最后提出了適合于數(shù)控系統(tǒng)的最優(yōu)的實(shí)時(shí)控制方案――引入外部定時(shí)中斷的方式，并具體研究了此方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，同時(shí)用實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證了線(xiàn)接觸加工數(shù)控系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的極限加工進(jìn)給速度可達(dá)到1 500 mm／min，系統(tǒng)的最小脈沖當(dāng)量是O.037 μm。