摘 要: 本文探討了基于EPP協議曲卓計算機數控系統接口摸扳的設計方法，給出了接口模板在硬、件方面的具體實現方案。 關鍵詞：增強型并口（EPP） 零計算機數控系統 虛報設備驅動程序（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 當今的數控系統普遍采用基于PC（IPC）的IsA總線結構，這種結構的主要特點是擁有大量的接口模板，如開關量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的價格高昂．而且過多的模板還提高了系統的復雜程度，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在由計算機本身通過軟件即可完成。在這種情況下，設計并實現了零計算機數控系統，該系統的典型特征是投有自已獨立的控制計算機。 為了實現零計算機數控系統，必須使接口模板與計算機在物理上分離．成為外置式結構。為此可以使用增強型井口（EPP）總線協議，EPP協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。該協議極大地改善了Pc機井口的數據傳輔能力，使得利用井口數據傳輸率相當于標準Pc機內部ISA總線的能力。通過使用EPP總線協議．數控系統接口模扳就可以成為類似打印機的外設，任何一臺計算機安裝驅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控系統接口模扳的設計方法．這種接口模板通過使用大規模可編程邏輯器件等手段，以最大限度地簡化硬件設計，返到減低成本，提高可靠性和抗干擾的目的， 而拓寬7措機在數控方面的應用。 1 EPP協議介紹 1 EPP協議信號定義和時序盞系 EPP（Entumced Parallel Port）是IEEE1284協議定義的增強型井口，EPP協議是一種與標準型并口（SPP）兼容且能完成職向數據傳輔的飾議。表1給出了EPP并口信號定義。 EPP協議定義了8bit多路教扦J地址口通訊協議，并用高速數字邏輯電路實現。EFp協議使一字節數據傳送可能在一個ISA I/O周期內完成，傳輔速率與Pc總線相當，可高迭2MB/s的傳輸率。 EPP協議定義了四種傳輔周期 數據寫周期，數據讀周期，地址寫周期，地址讀周期。數據周期一般用于主機和外設間的數據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。數據周期和地址周期的區別僅僅在于端口選定nADDSTB或DATASTB中的哪一種脈沖。圖1給出EPP數據寫周期的時序圖以說明EPP的傳輸時序。 在T[sub]1[/sub]時刻，應用程序EPP, 數據寫數據，啟動EPP I/O寫周期。t[sub]2[/sub]時刻， 主機將nWRITE置低，并將數據置于數據線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，則傳輸數據開始。外設接收到信號啟，t[sub]4[/sub]時刻，將置nWAIT為高電平。作為響應，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，結束I/O周期。下一周期將在外設重置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，其結果與標準型并口（SPP）相同。這就保證了它與標準型井口外設和打印機的兼容性。 軟件可以通過設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）設置為高電平，就接通了增強并行口模式 當其為低電平（缺省狀態）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） 關于EPP／SPP軟件寄存器的定義見下表. 2 接口摸扳的硬件設計 根據數控系統的要求，接口板由以下幾部分電路組成：總線接口電路、數字量輸入/輸由電路、模擬量輸入/輸出電路和位置控制電路。系統硬件的原理框圖如圖2所示. 總線接口電路。由總線收發器74HC245， 八D觸發器74HC574，比較器74HC6～ 以及GALI6V8組成。與其它協議的接口電路不同，基于EPP的板卡是置于計算機外，線路較長。因此,，數據信號和地址信號都應經總線驅動74HC245進入扳卡，而且地址信遷應鎖存到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。鎖存后的地址信號高位進入74HC688產生板選信號，低位地址、控制信號以及74HC688產生的板選信號進入另一片GALl6V8，產生相應的片選信號,完成譯碼工作。 數字量輸入/輸出電路。數字量輸入電路由74HC245，TLP521組成。外部的數字量經過TLP521隔離后， 由數據讀周期，經74HC245送入總線，采集入計算機進行處理。數字量輸出電路由74HC574，TLP521，ULN2803組成。輸出的數字量在數據寫周期內鎖存到74HC574，光電隔離后經U12～2803輸出，以提高電流驅動能力。 模擬量輸凡 輸出電路。根據機械系統的特點，模擬量的輸入采用一片MAX186 配上外圍保護電路構成 MAX186是MAXIM公司的12bit串行A，D轉換器，內置4．096V參考源和采用保持電路， 兼容SPI串行接口。設計中將控制信號經74HC574接到MAX186的SPI接口，由軟件產生串行時鐘，輸入控制字，控制MAX186的轉換，MAX186的輸出DOUT在下一個控制周期經總線讀入計算機 模擬量的輸出由一片MAX525和放大電路構成。MAX525是MAXIM 公司的四通道、電壓輸出2bit串行D/A轉換器，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，由軟件產生申行時鐘，輸入控 制字和12bit數據。MAX525轉換后的模擬量經差分放大電路輸出. 位置控制電路 鑒于當今的伺服電機普遍己實現了全數字化和一體化．具有脈沖串輸入方式 因此位置控制電路由脈沖發生電路（前向通道）和電機編碼器四倍頻計數電路（反饋通道）構成。實際設計時．如果由分立元件構成 不僅結構復雜，而且造成系統工作的可靠性降低 在本設計中以上電路由一片Xilinx公司的FPGA器件XC4005宴現，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 接口模板的軟件設計 接口模扳的軟件設計主要是指Windows 95環境下的設備驅動程序設計，包括接口卡韌始化、數據傳送和數據處理等。下面結合虛擬設備驅動程序（VxD）編寫簡要說明軟件的設計思想。虛擬設備驅動程序采用Windows95 DDK編寫 使用匯編語言，調試工具是Softice for ndows 生成的VxD由windows95啟動時靜態裝載 由于Windows95不是實時操作系統，編寫程序應注意 下幾點： 將頻繁調用的代碼置于鎖定代碼vxD_LOCKED—CODE_ SEG中，使該段程序_不會從內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的，包括基地址寄存器，命令寄存器，控制寄存器的設置 具體實現放在VxD 的初始化代碼段VxDjCODE_SEG中， 由VxD在Window～95啟動時加載完成。數據傳送和數據處理對于不同的電路編寫成相應的模塊：數字量輸入/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構的目的 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據通訊，相當于函數調用，由一個軟件時鐘中斷處理程序拄照時間片加優先級的調度策略執行它們只對薄層軟件開辟的一段內存區的相應區段進行操作，井不涉及具件的控制算法。 4 結 論 綜上所述，零計算機數控系統設計思路和計算機外總線EPP的有機結臺，使得數拉系統的硬件設計變得十分簡潔而且能夠勝任要求， 該接口模扳己經在我中心第三代激光快速原型系統及其它數控設備中應用，證明運行良好。 參考文獻 1 鐘慶等．激光快速成型機零數控系統研究．華中理工大學學報．1999 27（12）：63～65 2 廖效果、朱啟逑．數字控制機床．武漢：華中理工大學出版社．1992 3 劉樂善等微型計算機接口技術原理及應用．武漢：華中理工大學出版杜．1996 點擊此處下載原文