摘 要: 本文探討了基于EPP協(xié)議曲卓計算機數(shù)控系統(tǒng)接口摸扳的設(shè)計方法，給出了接口模板在硬、件方面的具體實現(xiàn)方案。 關(guān)鍵詞：增強型并口（EPP） 零計算機數(shù)控系統(tǒng) 虛報設(shè)備驅(qū)動程序（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)的主要特點是擁有大量的接口模板，如開關(guān)量I/0板、A/D和D/A板。伺服電機控制板及步進電機控制板等，這些模板不僅使系統(tǒng)的價格高昂．而且過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，隨著計算機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)在由計算機本身通過軟件即可完成。在這種情況下，設(shè)計并實現(xiàn)了零計算機數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的典型特征是投有自已獨立的控制計算機。 為了實現(xiàn)零計算機數(shù)控系統(tǒng)，必須使接口模板與計算機在物理上分離．成為外置式結(jié)構(gòu)。為此可以使用增強型井口（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IEE1284標準，傳輔速率達到2MR/S。該協(xié)議極大地改善了Pc機井口的數(shù)據(jù)傳輔能力，使得利用井口數(shù)據(jù)傳輸率相當(dāng)于標準Pc機內(nèi)部ISA總線的能力。通過使用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的外設(shè)，任何一臺計算機安裝驅(qū)動程序后就可以使用該接口摸扳。 針對上述思想， 本文討論了零計算機數(shù)控系統(tǒng)接口模扳的設(shè)計方法．這種接口模板通過使用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷仁侄?，以最大限度地簡化硬件設(shè)計，返到減低成本，提高可靠性和抗干擾的目的， 而拓寬7措機在數(shù)控方面的應(yīng)用。 1 EPP協(xié)議介紹 1 EPP協(xié)議信號定義和時序盞系 EPP（Entumced Parallel Port）是IEEE1284協(xié)議定義的增強型井口，EPP協(xié)議是一種與標準型并口（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)字邏輯電路實現(xiàn)。EFp協(xié)議使一字節(jié)數(shù)據(jù)傳送可能在一個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)寫周期的時序圖以說明EPP的傳輸時序。 在T[sub]1[/sub]時刻，應(yīng)用程序EPP, 數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)，啟動EPP I/O寫周期。t[sub]2[/sub]時刻， 主機將nWRITE置低，并將數(shù)據(jù)置于數(shù)據(jù)線ADOAD7上，此時，如果主機檢測到nWA1T是低電平，在t[sub]3[/sub]時刻，將置nWRITE脈沖為低電平，則傳輸數(shù)據(jù)開始。外設(shè)接收到信號啟，t[sub]4[/sub]時刻，將置nWAIT為高電平。作為響應(yīng)，主機在t[sub]5[/sub]時刻，置DATA5邛脈沖為高電平 在t[sub]6[/sub]時刻，主機置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低地址。對基地址+0-+2口IO操作，其結(jié)果與標準型并口（SPP）相同。這就保證了它與標準型井口外設(shè)和打印機的兼容性。 軟件可以通過設(shè)置并行口控制寄存器（基地址+O2H）來控制并行口的運行模式 將該寄存囂的最高有效位（第七位）設(shè)置為高電平，就接通了增強并行口模式 當(dāng)其為低電平（缺省狀態(tài)）時，端口運行為標準模式。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下表. 2 接口摸扳的硬件設(shè)計 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的板卡是置于計算機外，線路較長。因此,，數(shù)據(jù)信號和地址信號都應(yīng)經(jīng)總線驅(qū)動74HC245進入扳卡，而且地址信遷應(yīng)鎖存到74HC574，以保證信號的完整，上述邏輯是由一片GAL16V8通過nWRITE，nDATASTB和 nDDRSTB實現(xiàn)。鎖存后的地址信號高位進入74HC688產(chǎn)生板選信號，低位地址、控制信號以及74HC688產(chǎn)生的板選信號進入另一片GALl6V8，產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號,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TLP521隔離后， 由數(shù)據(jù)讀周期，經(jīng)74HC245送入總線，采集入計算機進行處理。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)動能力。 模擬量輸凡 輸出電路。根據(jù)機械系統(tǒng)的特點，模擬量的輸入采用一片MAX186 配上外圍保護電路構(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)計中將控制信號經(jīng)74HC574接到MAX186的SPI接口，由軟件產(chǎn)生串行時鐘，輸入控制字，控制MAX186的轉(zhuǎn)換，MAX186的輸出DOUT在下一個控制周期經(jīng)總線讀入計算機 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。計算機通過總線將控制信號接到MAX525的SPI接口，由軟件產(chǎn)生申行時鐘，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)今的伺服電機普遍己實現(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）和電機編碼器四倍頻計數(shù)電路（反饋通道）構(gòu)成。實際設(shè)計時．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)計中以上電路由一片Xilinx公司的FPGA器件XC4005宴現(xiàn)，可同時控制三個軸的運動。該電路略加改動也可以用于步進電機的控制。 以上電路除總線接口電路撲，其余電路已制成模塊。對于不同的應(yīng)用場臺，通過選用不同的模塊來滿足要求。 3 接口模板的軟件設(shè)計 接口模扳的軟件設(shè)計主要是指Windows 95環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計，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)動程序（VxD）編寫簡要說明軟件的設(shè)計思想。虛擬設(shè)備驅(qū)動程序采用Windows95 DDK編寫 使用匯編語言，調(diào)試工具是Softice for ndows 生成的VxD由windows95啟動時靜態(tài)裝載 由于Windows95不是實時操作系統(tǒng)，編寫程序應(yīng)注意 下幾點： 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_不會從內(nèi)存中交換出去將重要過程的屬性定義為High Freq 接口模板的韌始化主要是對Pc機打印適配器編程來實現(xiàn)的，包括基地址寄存器，命令寄存器，控制寄存器的設(shè)置 具體實現(xiàn)放在VxD 的初始化代碼段VxDjCODE_SEG中， 由VxD在Window～95啟動時加載完成。數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理對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、伺服電機控制輸出模塊、步進電機控制輸出模塊以及位置反饋計數(shù)模塊，這些控制模塊合并生成一個薄層軟件，從而達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，由一個軟件時鐘中斷處理程序拄照時間片加優(yōu)先級的調(diào)度策略執(zhí)行它們只對薄層軟件開辟的一段內(nèi)存區(qū)的相應(yīng)區(qū)段進行操作，井不涉及具件的控制算法。 4 結(jié) 論 綜上所述，零計算機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計思路和計算機外總線EPP的有機結(jié)臺，使得數(shù)拉系統(tǒng)的硬件設(shè)計變得十分簡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，證明運行良好。 參考文獻 1 鐘慶等．激光快速成型機零數(shù)控系統(tǒng)研究．華中理工大學(xué)學(xué)報．1999 27（12）：63～65 2 廖效果、朱啟逑．?dāng)?shù)字控制機床．武漢：華中理工大學(xué)出版社．1992 3 劉樂善等微型計算機接口技術(shù)原理及應(yīng)用．武漢：華中理工大學(xué)出版杜．1996 點擊此處下載原文