基于Windows的線接觸加工數(shù)控系統(tǒng)實時性研究

1．4 引入外部定時中斷
在Windows 2000操作系統(tǒng)下要獲得高精度定時時鐘還可以通過引入外部定時時鐘的方法。即在PC機的外部提供一個高精度的時鐘，在PC機的內(nèi)部，在Windows 2000操作系統(tǒng)下，通過編寫WDM程序的方式來響應這個外部的中斷。
通過對這幾種實時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)定時器及多媒體定時器，其定時精度太低，無法滿足數(shù)控系統(tǒng)對高精度定時時鐘的需求；利用系統(tǒng)的定時時鐘，一旦處理不當，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)對控制可靠性的要求；通過修改CMOS實時時鐘的方法來獲得高精度的定時時鐘，因為受到輸入晶振頻率的限制，其最大輸出頻率也只能可達到122μs，仍然無法滿足數(shù)控系統(tǒng)對較高加工速度的要求。
綜合以上原因，本文提出通過ISA總線引入外部時鐘的方法來獲得高精度、穩(wěn)定的定時中斷。在程序上通過編寫WDM驅動程序來響應該時鐘中斷。利用這種方法完全避開了依靠操作系統(tǒng)提供的中斷的弊端。采用這種方法有兩點好處：首先，利用外部提供的時鐘，其時鐘的頻率可以根據(jù)實際的需要提供，也就是說可以靈活地提供所需要的任何頻率的定時時鐘。其次，利用外部定時中斷提供高精度的定時時鐘與利用PC機系統(tǒng)提供的定時時鐘相比較，可避免使用不當而導致的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

2 線接觸加工數(shù)控系統(tǒng)高精度定時時鐘的解決
通過對Windows操作系統(tǒng)下高精度定時時鐘引入方法的分析，采用了第四種方法，即通過引入外部定時時鐘中斷的方法，在操作系統(tǒng)的內(nèi)部通過編寫系統(tǒng)WDM程序來響應這個外部中斷。圖1是線接觸加工數(shù)控系統(tǒng)高精度定時時鐘解決方法的方框圖，即在PC機的外部提供一個高精度的定時中斷源，在PC機一側則是利用ISA總線通過中斷IRQ5接入PC機，在Windows操作系統(tǒng)內(nèi)部通過WDM程序響應這個外部中斷。

為了方便試驗以及測試需要，選用了華邦公司生產(chǎn)的W77E58單片機來產(chǎn)生不同頻率的時鐘。W77E58是與Intel51系列單片機完全兼容的8位單片機，但是它比51系列單片機的工作速度更快。該單片機一個機器周期僅需要4個時鐘周期，外接晶振最高頻率為40 MHz。經(jīng)計算這種單片機的單周期指令僅需要O.1μs，通過如下的循環(huán)指令很容易就實現(xiàn)1μs的定時周期。

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

將上面輸出的方波脈沖作為外部中斷經(jīng)過ISA總線連接至中斷請求IRQ5以此作為線接觸加工數(shù)控系統(tǒng)的基準中斷時鐘。為了試驗的需要，本文將單片機輸出的時鐘連接到了ISA總線的幾個不同的中斷上，并另外做了一個小的鍵盤用來選擇ISA總線上不同頻率的時鐘源。
為了能夠使系統(tǒng)實時響應外部的IRQ5中斷，必須通過編寫Windows操作系統(tǒng)下的設備驅動程序。WDM驅動程序是*．sys系統(tǒng)驅動程序。在WDM程序中對中斷的響應可以通過下面的方法實現(xiàn)：

該WDM設備程序是非即插即用的ISA驅動程序，因此驅動程序的資源分配必須在．inf文件中進行。線接觸加工數(shù)控系統(tǒng)對資源的分配是在．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 語
在Windows操作系統(tǒng)結構理論的基礎上，研究了Windows 2000操作系統(tǒng)下實現(xiàn)實時性控制的幾種解決方案，并對這幾種方案進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)的實時控制方案――引入外部定時中斷的方式，并具體研究了此方法的實現(xiàn)過程，同時用實驗手段驗證了線接觸加工數(shù)控系統(tǒng)，最終實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的極限加工進給速度可達到1 500 mm／min，系統(tǒng)的最小脈沖當量是O.037 μm。