李英輝，王洪慶，張永生

（1.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與電子工程系，河北石家莊050081；2.天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津300180；3.河北傳媒學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050071）

數(shù)控機床（CNC）在當今工業(yè)控制中的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。X-Y 平臺是CNC 的試驗平臺之一。CNC 在工作過程中，各軸要協(xié)調(diào)地運動，因此各軸的位置狀態(tài)需要動態(tài)實時地顯示。

隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，以Windows系統(tǒng)為平臺的實時控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用［1］。對于以Dos 系統(tǒng)為平臺的控制系統(tǒng)，可以對硬件直接中斷得到精確的實時控制。而Windows 是搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)，硬件資源由系統(tǒng)操作，應(yīng)用程序不允許對硬件直接中斷。在Windows 平臺下實現(xiàn)精確實時控制值得研究［2］。

1 Windows下的定時器

對于實時性要求不高的情況下，可以直接使用Windows提供的普通定時器。首先由函數(shù)Set-Timer（）設(shè)置一定時器，在其參數(shù)中設(shè)定時間間隔，當達到設(shè)定的時間后，定時器發(fā)出WM_TIMER 消息到應(yīng)用程序的消息隊列中，將狀態(tài)顯示程序放在WM_TIMER 消息處理函數(shù)中，便可實現(xiàn)狀態(tài)的動態(tài)顯示。但是WM_TIMER消息優(yōu)先級較低，且定時精度不高（約為55 ms）［1］。

X-Y 平臺是高精度試驗平臺，因此其狀態(tài)的實時顯示需要有較高的定時精度，即運動控制程序與實時顯示控制程序要實現(xiàn)同步，因此考慮采用Windows 下的多線程技術(shù)將每個任務(wù)放在不同的線程中，操作系統(tǒng)通過線程間快速反復(fù)切換來達到并行計算的效果。Windows 系統(tǒng)的多媒體定時服務(wù)很好地解決了這一問題，它擁有自己獨立的線程，使應(yīng)用程序可以得到周期性的時間中斷。且優(yōu)先級高，定時精度可以達到1 ms。

對于更高的定時精度要求，可以使用API 函數(shù)QueryPerformanceFrequency（）和QueryPerformanceCounter（），其精度可以達到ns 級。但對硬件系統(tǒng)資源的要求較高。

綜合X-Y 平臺對運動狀態(tài)顯示時間精度的要求和系統(tǒng)資源的考慮，多媒體定時器更適于實現(xiàn)X-Y平臺運動狀態(tài)的實時狀態(tài)顯示。

2 多媒體定時器的使用方法

以Visual C++為開發(fā)工具的多媒體定時器的使用步驟如下［3］：

1）設(shè)定多媒體定時器的有關(guān)參數(shù)。利用函數(shù)TimeGetDevCaps（）確定定時器服務(wù)提供的最大和最小事件周期；用TimeBeginPeriod（）設(shè)置最小時鐘事件定時精度。精度越高，定時器消耗的系統(tǒng)資源越多。因此，在具體應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需要考慮精度設(shè)置。

2）啟動多媒體定時器事件。用TimerSetEvent（）函數(shù)初始化和啟動多媒體定時器事件。函數(shù)原型具體如下：

MMRESULT timeSetEvent（UINT uDelay，UINT uResolution，

LPTIMECALLBACK lpTimeProc，DWORD dwUser，UINT fuEvent）；

參數(shù)具體定義見文獻［3］。

3）在回調(diào)函數(shù)中具體應(yīng)用。LpTimeProc 表示事件回調(diào)函數(shù)的入口地址，由用戶自己編寫。如狀態(tài)的動態(tài)實時顯示程序就可以存在于這一步。但需要注意，此函數(shù)是全局的Windows API類型的函數(shù)，不是某個類具體的成員。

4）刪除定時器以釋放系統(tǒng)資源。定時器是一種有限的全局資源，創(chuàng)建得越多Windows系統(tǒng)的負擔越重。因此，定時器不再使用后要調(diào)用TimeKillEvent（）函數(shù)和TimeEndPeriod（）函數(shù)來釋放定時器資源和消除步驟1）中設(shè)定的最小時鐘事件精度。

3 X-Y試驗平臺軟件介紹

試驗采用固高公司提供的X-Y 試驗平臺，試驗設(shè)備主要有運動控制卡、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、X-Y 平臺、PC 機和顯示器1 臺。運動控制卡插入PC 機的擴展PCI 插槽，采用PC 機+運動控制卡的控制方式。固高公司以動態(tài)鏈接庫形式（GT400.dll）提供給用戶此控制卡的API 函數(shù)，用戶可以調(diào)用這些函數(shù)用于X-Y 試驗平臺的運動控制，同時通過位置檢測裝置增量式光電編碼器實時讀取平臺位置狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)信息反饋給PC 機實時顯示，PC 機通過顯示界面的控制操作向運動控制卡發(fā)出命令，實現(xiàn)平臺的運動控制。

X-Y平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 X-Y平臺結(jié)構(gòu)圖Fig.1 X-Y platform structure chart

X-Y 平臺運動控制系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅(qū)動部分、機械傳動部分及檢測部分組成，采用閉環(huán)控制方式，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 X-Y平臺運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure chart of X-Y platform motion control system

本軟件的編程試驗在Visual C++6.0 編譯器上實現(xiàn)。其軟件控制框圖如圖3 所示，其中包括主控制界面、軸控制、坐標系控制、輸入輸出控制、平臺操作控制、基本參數(shù)設(shè)置。

本文利用多媒體定時器主要完成實時軌跡顯示部分。軸系和坐標系狀態(tài)由于實時性要求相對較低，可以采用普通定時器實現(xiàn)。

圖3 X-Y平臺軟件功能模塊Fig.3 X-Y platform software modules

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

X-Y 平臺軟件編程試驗充分利用了C++語言開放式的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想。運動狀態(tài)實時顯示部分的程序框圖如圖4所示。

圖4 X-Y平臺實時狀態(tài)控制流程圖Fig.4 X-Y platform real-time status control flow chart

在工程中為多媒體定時器建立一個新類為CmultimediaTimer，首先在其頭文件中定義：

將多媒體定時器封裝成類，能在平臺的各種控制類中調(diào)用多媒體定時器的函數(shù)，運動完成后可以通過調(diào)用CMultimediaTimer類的析構(gòu)函數(shù)或Stop（）函數(shù)來關(guān)閉多媒體定時器資源，這樣可以保證在任意運動時刻只啟動1 個多媒體定時器，實現(xiàn)了定時器資源的反復(fù)利用，節(jié)省了系統(tǒng)資源的消耗。

為了在其它的控制類中訪問多媒體定時器類的數(shù)據(jù)，首先在使用多媒體定時器的類中定義多媒體定時器的對象。例如在坐標系控制類CCoodinateCtrl中：

定時器啟動后，每隔設(shè)定時間就會執(zhí)行1 次回調(diào)函數(shù)?；卣{(diào)函數(shù)定義如下：

其中，m_parent 為主控制窗口視類的指針變量；xpos和ypos為軸運動軌跡坐標點，初始化為視類中的坐標原點。

5 結(jié)論

本文將多媒體定時器應(yīng)用到X-Y 試驗平臺的運動狀態(tài)實時顯示中，實驗證明能實現(xiàn)精確的定時?？梢酝茝V到高精度數(shù)控機床CNC 的實時中斷控制和實時狀態(tài)顯示中。此外本軟件采用開放性的設(shè)計語言開發(fā)，軟件開發(fā)過程中留有冗余，可以在原有軟件基礎(chǔ)上進一步開發(fā)。

［1］ 文清華，吳來杰，楊代華，等.Windows環(huán)境下數(shù)控軟件實時控制的實現(xiàn)［J］.機床與液壓，2003，31（3）：139-141.

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