摘 要: 本文探討了基于EPP協(xié)議曲卓計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)接口摸扳的設(shè)計(jì)方法，給出了接口模板在硬、件方面的具體實(shí)現(xiàn)方案。 關(guān)鍵詞：增強(qiáng)型并口（EPP） 零計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 虛報(bào)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VxD） Abstract:Interface board on CNC system without computer is discussed in this paper，then the design and realization of handware and software is proposed。 Keywords EPP CNC VxD 當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)普遍采用基于PC（IPC）的IsA總線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是擁有大量的接口模板，如開(kāi)關(guān)量I/0板、A/D和D/A板。伺服電機(jī)控制板及步進(jìn)電機(jī)控制板等，這些模板不僅使系統(tǒng)的價(jià)格高昂．而且過(guò)多的模板還提高了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，增加了故障概率。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的大幅提高，以往許多需要智能模板處理的工作現(xiàn)在由計(jì)算機(jī)本身通過(guò)軟件即可完成。在這種情況下，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了零計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的典型特征是投有自已獨(dú)立的控制計(jì)算機(jī)。 為了實(shí)現(xiàn)零計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，必須使接口模板與計(jì)算機(jī)在物理上分離．成為外置式結(jié)構(gòu)。為此可以使用增強(qiáng)型井口（EPP）總線協(xié)議，EPP協(xié)議是一種高性能的外圍接口模式， 符臺(tái)IEE1284標(biāo)準(zhǔn)，傳輔速率達(dá)到2MR/S。該協(xié)議極大地改善了Pc機(jī)井口的數(shù)據(jù)傳輔能力，使得利用井口數(shù)據(jù)傳輸率相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)Pc機(jī)內(nèi)部ISA總線的能力。通過(guò)使用EPP總線協(xié)議．?dāng)?shù)控系統(tǒng)接口模扳就可以成為類似打印機(jī)的外設(shè)，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝驅(qū)動(dòng)程序后就可以使用該接口摸扳。 針對(duì)上述思想， 本文討論了零計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)接口模扳的設(shè)計(jì)方法．這種接口模板通過(guò)使用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷仁侄危宰畲笙薅鹊睾?jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，返到減低成本，提高可靠性和抗干擾的目的， 而拓寬7措機(jī)在數(shù)控方面的應(yīng)用。 1 EPP協(xié)議介紹 1 EPP協(xié)議信號(hào)定義和時(shí)序盞系 EPP（Entumced Parallel Port）是IEEE1284協(xié)議定義的增強(qiáng)型井口，EPP協(xié)議是一種與標(biāo)準(zhǔn)型并口（SPP）兼容且能完成職向數(shù)據(jù)傳輔的飾議。表1給出了EPP并口信號(hào)定義。 EPP協(xié)議定義了8bit多路教扦J地址口通訊協(xié)議，并用高速數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)。EFp協(xié)議使一字節(jié)數(shù)據(jù)傳送可能在一個(gè)ISA I/O周期內(nèi)完成，傳輔速率與Pc總線相當(dāng)，可高迭2MB/s的傳輸率。 EPP協(xié)議定義了四種傳輔周期 數(shù)據(jù)寫周期，數(shù)據(jù)讀周期，地址寫周期，地址讀周期。數(shù)據(jù)周期一般用于主機(jī)和外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送一地址周期一般用于傳送地址、通道、命令和控制等信息。數(shù)據(jù)周期和地址周期的區(qū)別僅僅在于端口選定nADDSTB或DATASTB中的哪一種脈沖。圖1給出EPP數(shù)據(jù)寫周期的時(shí)序圖以說(shuō)明EPP的傳輸時(shí)序。 在T[sub]1[/sub]時(shí)刻，應(yīng)用程序EPP, 數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)，啟動(dòng)EPP I/O寫周期。t[sub]2[/sub]時(shí)刻， 主機(jī)將nWRITE置低，并將數(shù)據(jù)置于數(shù)據(jù)線ADOAD7上，此時(shí)，如果主機(jī)檢測(cè)到nWA1T是低電平，在t[sub]3[/sub]時(shí)刻，將置nWRITE脈沖為低電平，則傳輸數(shù)據(jù)開(kāi)始。外設(shè)接收到信號(hào)啟，t[sub]4[/sub]時(shí)刻，將置nWAIT為高電平。作為響應(yīng)，主機(jī)在t[sub]5[/sub]時(shí)刻，置DATA5邛脈沖為高電平 在t[sub]6[/sub]時(shí)刻，主機(jī)置nWRITE和IOW 為高電平，結(jié)束I/O周期。下一周期將在外設(shè)重置nWRITE為低電平開(kāi)始。 1.2 EPp/SPP寄存器接口 為了保持與SPP兼容，EPP寄存器不占接口三個(gè)低地址。對(duì)基地址+0-+2口IO操作，其結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)型并口（SPP）相同。這就保證了它與標(biāo)準(zhǔn)型井口外設(shè)和打印機(jī)的兼容性。 軟件可以通過(guò)設(shè)置并行口控制寄存器（基地址+O2H）來(lái)控制并行口的運(yùn)行模式 將該寄存囂的最高有效位（第七位）設(shè)置為高電平，就接通了增強(qiáng)并行口模式 當(dāng)其為低電平（缺省狀態(tài)）時(shí)，端口運(yùn)行為標(biāo)準(zhǔn)模式。該寄存器的第六位控制端口分類為職向的（第六位高電平）或單向的（第六位低電平） 關(guān)于EPP／SPP軟件寄存器的定義見(jiàn)下表. 2 接口摸扳的硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求，接口板由以下幾部分電路組成：總線接口電路、數(shù)字量輸入/輸由電路、模擬量輸入/輸出電路和位置控制電路。系統(tǒng)硬件的原理框圖如圖2所示. 總線接口電路。由總線收發(fā)器74HC245， 八D觸發(fā)器74HC574，比較器74HC6～ 以及GALI6V8組成。與其它協(xié)議的接口電路不同，基于EPP的板卡是置于計(jì)算機(jī)外，線路較長(zhǎng)。因此,，數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)都應(yīng)經(jīng)總線驅(qū)動(dòng)74HC245進(jìn)入扳卡，而且地址信遷應(yīng)鎖存到74HC574，以保證信號(hào)的完整，上述邏輯是由一片GAL16V8通過(guò)nWRITE，nDATASTB和 nDDRSTB實(shí)現(xiàn)。鎖存后的地址信號(hào)高位進(jìn)入74HC688產(chǎn)生板選信號(hào)，低位地址、控制信號(hào)以及74HC688產(chǎn)生的板選信號(hào)進(jìn)入另一片GALl6V8，產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號(hào),完成譯碼工作。 數(shù)字量輸入/輸出電路。數(shù)字量輸入電路由74HC245，TLP521組成。外部的數(shù)字量經(jīng)過(guò)TLP521隔離后， 由數(shù)據(jù)讀周期，經(jīng)74HC245送入總線，采集入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)字量輸出電路由74HC574，TLP521，ULN2803組成。輸出的數(shù)字量在數(shù)據(jù)寫周期內(nèi)鎖存到74HC574，光電隔離后經(jīng)U12～2803輸出，以提高電流驅(qū)動(dòng)能力。 模擬量輸凡 輸出電路。根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的特點(diǎn)，模擬量的輸入采用一片MAX186 配上外圍保護(hù)電路構(gòu)成 MAX186是MAXIM公司的12bit串行A，D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置4．096V參考源和采用保持電路， 兼容SPI串行接口。設(shè)計(jì)中將控制信號(hào)經(jīng)74HC574接到MAX186的SPI接口，由軟件產(chǎn)生串行時(shí)鐘，輸入控制字，控制MAX186的轉(zhuǎn)換，MAX186的輸出DOUT在下一個(gè)控制周期經(jīng)總線讀入計(jì)算機(jī) 模擬量的輸出由一片MAX525和放大電路構(gòu)成。MAX525是MAXIM 公司的四通道、電壓輸出2bit串行D/A轉(zhuǎn)換器，兼容5PI串行接口。計(jì)算機(jī)通過(guò)總線將控制信號(hào)接到MAX525的SPI接口，由軟件產(chǎn)生申行時(shí)鐘，輸入控 制字和12bit數(shù)據(jù)。MAX525轉(zhuǎn)換后的模擬量經(jīng)差分放大電路輸出. 位置控制電路 鑒于當(dāng)今的伺服電機(jī)普遍己實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化和一體化．具有脈沖串輸入方式 因此位置控制電路由脈沖發(fā)生電路（前向通道）和電機(jī)編碼器四倍頻計(jì)數(shù)電路（反饋通道）構(gòu)成。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)．如果由分立元件構(gòu)成 不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且造成系統(tǒng)工作的可靠性降低 在本設(shè)計(jì)中以上電路由一片Xilinx公司的FPGA器件XC4005宴現(xiàn)，可同時(shí)控制三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。該電路略加改動(dòng)也可以用于步進(jìn)電機(jī)的控制。 以上電路除總線接口電路撲，其余電路已制成模塊。對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)臺(tái)，通過(guò)選用不同的模塊來(lái)滿足要求。 3 接口模板的軟件設(shè)計(jì) 接口模扳的軟件設(shè)計(jì)主要是指Windows 95環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，包括接口卡韌始化、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等。下面結(jié)合虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VxD）編寫簡(jiǎn)要說(shuō)明軟件的設(shè)計(jì)思想。虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序采用Windows95 DDK編寫 使用匯編語(yǔ)言，調(diào)試工具是Softice for ndows 生成的VxD由windows95啟動(dòng)時(shí)靜態(tài)裝載 由于Windows95不是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，編寫程序應(yīng)注意 下幾點(diǎn)： 將頻繁調(diào)用的代碼置于鎖定代碼vxD_LOCKED—CODE_ SEG中，使該段程序_不會(huì)從內(nèi)存中交換出去將重要過(guò)程的屬性定義為High Freq 接口模板的韌始化主要是對(duì)Pc機(jī)打印適配器編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包括基地址寄存器，命令寄存器，控制寄存器的設(shè)置 具體實(shí)現(xiàn)放在VxD 的初始化代碼段VxDjCODE_SEG中， 由VxD在Window～95啟動(dòng)時(shí)加載完成。數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理對(duì)于不同的電路編寫成相應(yīng)的模塊：數(shù)字量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊、伺服電機(jī)控制輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)控制輸出模塊以及位置反饋計(jì)數(shù)模塊，這些控制模塊合并生成一個(gè)薄層軟件，從而達(dá)到隱藏了特定硬件接口的結(jié)構(gòu)的目的 上述模塊被此互相獨(dú)立它們的作用主要是完成與硬件的數(shù)據(jù)通訊，相當(dāng)于函數(shù)調(diào)用，由一個(gè)軟件時(shí)鐘中斷處理程序拄照時(shí)間片加優(yōu)先級(jí)的調(diào)度策略執(zhí)行它們只對(duì)薄層軟件開(kāi)辟的一段內(nèi)存區(qū)的相應(yīng)區(qū)段進(jìn)行操作，井不涉及具件的控制算法。 4 結(jié) 論 綜上所述，零計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和計(jì)算機(jī)外總線EPP的有機(jī)結(jié)臺(tái)，使得數(shù)拉系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)潔而且能夠勝任要求， 該接口模扳己經(jīng)在我中心第三代激光快速原型系統(tǒng)及其它數(shù)控設(shè)備中應(yīng)用，證明運(yùn)行良好。 參考文獻(xiàn) 1 鐘慶等．激光快速成型機(jī)零數(shù)控系統(tǒng)研究．華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)．1999 27（12）：63～65 2 廖效果、朱啟逑．?dāng)?shù)字控制機(jī)床．武漢：華中理工大學(xué)出版社．1992 3 劉樂(lè)善等微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)原理及應(yīng)用．武漢：華中理工大學(xué)出版杜．1996 點(diǎn)擊此處下載原文