銑床數控系統的研究

王新社  白新力  魯東學  李  鍵

(西安微電機研究所)

    【摘  要】分析各種微處理器實現銑床數控系統存在的問題，確定了控制方案，給出了雙cpu通訊實現方法。采用緩沖區技術設計程序，提高加工光潔度。對程序、設計中的若干難點給出了處理方法。

    【敘  詞】數控系統微處理器／雙cpu通訊／緩沖區

1  引  言

    近年來，電力電子技術、微電子技術、計算機技術發展十分迅速。它們的發展有力的推動著數控技術的發展，國外投入大量資金發展該項技術，國內許多單位從事該項技術的研究，主要集中在車床數控系統，銑床數控系統研制單位不多。我所1986年就從事該項技術的研究，前后推出3代產品。第1代  不能led顯示3座標任意2聯動銑床系統，價格低廉，性能功能較好。第2代led顯示3座標3聯動銑床數控系統，第2代與第1代系統硬件系統基本相同，主要是增加了軟件聯動功能及本機固化功能，提高了系統可靠性及實用性。在第2代系統基礎上，我所開發了具有較高水平的經濟型數控系統。

2  方案選擇   

    國外銑床數控系統以閉環為主，速度快、精度較高，價格約10～20萬元，原理復雜維修困難，由于技術經濟原因，國內難以大批量推廣。而步進機伺服3座標數控系統原理簡單，維修方便，價格便宜，深受用戶歡迎，為此選定步進機伺服數控系統進行開發。閉環系統一般10ms插補運算一次，對計算機實時性要求較低，而步進機伺服系統對計算機實時性要求很高，10ms要插補運算30次左右，一個主頻5mhz8088c二pu只作插補運算和電機控制已消耗cpu絕大部分時間，幾乎沒有空余時間解釋程序和管理顯示，而銑床數控系統在解釋程序時，進行復雜的刀補運算約需hz8088cpu20～40時間，crt圖形畫面顯示約消耗30～40cpu時間，顯然一般cpu計算機實時性是不能滿足基本要求的。解決問題的途徑有兩種方法。其一，選擇高性能80386cpu計算機系統，主頻工作在10mhz左右，可滿足實時性要求；其二是選擇普通雙cpu計算機系統，主cpu解釋程序，刀補運算，管理顯示，從cpu插補運算控制多臺電機運動及s、t、m信號。兩cpu之間采用共享ram通訊。第1種方案高速eprom、ram與80386cpu價格很貴，而且高頻計算機設計技術問題較多。第2種方案價格便宜，主頻4～6mhz即可滿足實時性要求，元器件貨源充足，成熟設計實例較多，技術問題少，故采用雙cpu通訊計算機系統。

    目前，國內流行的普通cpu有mcs一51系列單片機cpu、8098單片機cpu、z80cpu和8088cpu，均很便宜。通過反復比較，選擇了8088cpu微處理器作為控制核心。其理由有4：①尋址范圍大。該系統主cpu需要尋址224k，而z80cpu與單片機微處理器均不滿足要求。②硬件開發環境好，成功實例多。利用流行的ibm—pc機即可開發。③尋址能力強，多字節計算指令多，特別適合于復雜的刀補、縮放、旋轉等功能復雜運算的實現。④隨著技術的發展，硬件向80286、80386cplj過渡時，軟件完全兼容，開發工作量小。

3雙cpu通訊實現方法

    隨著低成本的微型計算機的使用，將復

a種通訊速度快，但接口技術復雜；b種通訊速度快，接口簡單；c種通訊速度慢，接口簡單，容易掌握；d種技術難度較大，通訊  速度最快，接口簡單。通過比較，選擇b種方案最適合于數控裝置的需要，采用普通ram，多端口線路由74ls245、74ls273、74ls373與8259中斷控制器部分中斷引腳完成。實踐證明，此方案切實可行，通訊速度雜的計算實時處理任務分解成各個不同的部分，并將各自的計算機資源分配給各組成部分，已成為發展的趨勢——即多cpu計算機系統。多cpu通訊通常有4種方式：a．公用總線——把許多微處理器直接連到一條共享存貯器的公共總線系統。b．多端口存貯器——通過多端口存貯器與微處理相連的系統。c．輸入、輸出鏈接(串行通訊或并行通訊)。d．總線窗口——一個微處器給定的存貯空間互為映射到另一個處理器的存貯器中。4種通訊互連方案見圖1�？�，成本低，現已成功使用。

  通訊的基本方法是，在通常情況下，共享內存由主機使用。當從機執行完一段程序或需要傳遞顯示數據時，首先查詢主機是否允許從機使用共享內存，不允許時等待，允許時向主機發出中斷后，便開始查詢是否允許使用共享內存。主機響應從機中斷后，把共用內存開關撥到從機一方，并向從機發出允許使用信號，從機查到允許使用信號后開始使用內存，使用完畢向主機發出收回共享內存信號。主機在發出允許從機使用共享內存信號后，一直在查詢從機是否使用完畢信號，查