摘 要：分析了采用多媒體定時器進行數據采集的特點和采集過程中出現的問題，采用了PMAC的雙端口RAM技術與多媒體定時器技術相結合的數據實時采集方式，在數控凸輪軸磨床上進行了實驗，取得了滿意的效果。該方法與采用多線程技術進行數據采集方法相比，方法簡單、安全性好。 關鍵詞：PMAC;實時數據采集;雙端口RAM;多媒體定時器;多線程技術 Abstract: The advantages and faults Data acquisition with multimedia timer are analyzed, and dual ported combined with multimedia timer are adapted in this paper, which experimentation results is effective on the Grinding of Camshaft. Compared with the way of multi-thread technique in data acquisition, this method is simple and the safety is well. Key words: PMAC; Real Time Data Acquisition; Dual Ported RAM; Multimedia Timer; Multi-thread technique; 　　多媒體定時器由于定時精度高，因而在數據采集方面應用廣泛。采用多媒體定時器對基于PMAC的數控機床進行運動參數采集，如果采集量較多而時間間隔較短，將會發生內存讀取錯誤乃至死機，使加工程序中斷，如不及時清除緩沖區內未執行的加工數據，下次啟動時，將會造成開環 “飛車”，這是十分危險的。但采用PMAC的雙端口RAM進行數據讀取，不但有效避免了這一問題，而且還大大簡化了數據采集過程，在數控凸輪軸磨床上進行的采集應用過程中，取得了滿意的效果。該方法與采用多線程技術進行數據采集相比，優勢明顯。 1 PMAC卡簡介 　　PMAC（Programmable Multi-Axis Controller，可編程多軸控制器）是美國Delta Tau公司九十年代推出的基于PC平臺的開放式多軸運動控制器。它采用了Motorola公司的DSP56系列高性能數字信號處理器作為CPU，是目前世界上功能最強大的運動控制器之一，一個PMAC可以同時控制1～8根軸，多個PMAC級聯最多可以控制128根軸，能夠精確定位，在包裝、裝配、醫藥工業、機床等行業應用廣泛。 2 多媒體定時器技術 　　2.1 多媒體定時器與普通定時器的比較 　　普通的定時器用函數SetTimer來設定，以毫秒為單位，但由于受到消息隊列的處理速度和系統時鐘頻率的影響，采樣周期最少為54.925ms，也就是說SetTimer（1,1,NULL）、SetTimer（1,50,NULL），采樣的周期都大概為55ms。但使用Windows的多媒體定時器來代替常規的定時器，通過編程可以獲得采集間隔為1ms或更短、分辨率為1µ m的定時，定時精度非常高，并且穩定性特別好[1] 。 　　2.3多媒體定時器的使用方法 　　在使用多媒體定時器前，需要確定操作系統多媒體定時器的分辨率范圍。可以通過函數timeGetDevCaps來獲得本計算機的多媒體定時器分辨率范圍。使用多媒體定時器，主要分為以下幾步： 　　1）設置多媒體定時器，采用timeSetEvent函數，該函數可以初始化多媒體定時器，確定采集時間間隔，并設置一個定時回調事件。 　　2）利用函數TimeProc定義回調函數，可以在該函數中添加代碼，實現各種操作。 　　3） 調用函數timeKillEvent結束多媒體定時器。 3 基于雙端口RAM技術的數據實時采集方式 　　3.1 PMAC數據讀取的方式 　　現在通常采取兩種PMAC數據讀取的方式：一種方法是通過設置I變量來確定采集源和采集周期，從緩沖區中獲得采集數據，這種方法可以采集任何PMAC有效地址中的數據，但比較復雜;另一種方法從I/O及運動寄存器中直接采集數據，通過設置M變量與運動參數在寄存器中的地址相對應，讀取M變量的值采集數據，這種方法相對簡單一些。 　　本文采取了另外一種PMAC數據讀取方式：啟動雙端口RAM，利用雙端口RAM所帶的函數進行數據采集。這種方法更加方便，雙端口RAM的函數封裝了PMAC數據讀取數據的過程，用戶只須調用相關的函數即可從雙端口RAM中直接讀取運動參數，不需要設定采集源和數據地址。雙端口RAM提供了許多運動參數采集函數，可以通過這些函數采集各個電機的狀態、位置、速度、跟隨誤差等。例如：Double PmacDPRPosition（DWORD dwDevice,int motor,double units），該函數返回指定電機的實際位置。 參數dwDevice為PMAC卡的卡號，motor指電機號，units表示單位。通過適當的單位換算可以將電機的運動參數轉換成相應軸的運動參數。如果PMAC的雙端口RAM提供的函數仍不能滿足需要，也可采用寄存器采集數據，雙端口RAM也支持寄存器讀取方式。 　　3.2雙端口RAM技術 　　PMAC的Option2提供了一個8K×16位的RAM，允許PMAC和PC機之間共享一塊快速內存，實現數據的快速傳遞。在機床的加工過程中需要在實時狀態下進行快速的、大量的數據信息下載，同時又需要重復、快速的從PMAC中讀取各電機的狀態信息。電機的狀態信息數據可以不停的更新并被PLC程序或被PMAC自動地寫入雙端口RAM中，如果不使用雙端口RAM，這些數據必須使用PAMC的在線命令通過PC總線來存取。由于使用雙端口RAM存取不需要經過通訊口發送命令和等待響應時間，所以要快的多[2]。下面是幾個主要的雙端口RAM后臺定點數據報告功能函數[3]： 　　· 函數PmacDPRRealTime用于開啟或關閉PMAC卡雙端口RAM，并規定伺服更新周期 。 　　· 函數PmacDPRSetMotors用于設置PMAC卡，將電機的相關數據復制到雙端口RAM中。 　　· 函數PmacDPRSetHostBusyBit用于通知PMAC卡，客戶端將要 “讀”雙端口RAM中的數據。 　　· 函數PmacDPRGetHostBusyBit用于檢查是否在進行雙端口RAM的“寫”操作。 　　以上四個函數聯合使用就可以完成雙端口RAM的初始化和數據采集準備工作。 4 應用實例 　　4.1 數控凸輪軸磨床實驗系統簡介 　　該數控凸輪軸磨床實驗裝置生成凸輪輪廓的運動方式為：X軸砂輪架水平往復移動和C軸工件主軸轉動兩軸聯動，其主要硬件設備有工控機、PMAC卡、松下伺服電機、雷尼紹光柵、CBN砂輪、電主軸等。安裝在X軸上的直線光柵分辨率為1µm，安裝在C軸上的圓光柵分辨率為20µm。數控系統采用直線光柵采集X軸位移作為反饋，圓光柵采集C軸轉角作為反饋，形成全閉環控制，如圖1所示。 　　PMAC支持C++、VB、VC、Delphi等多種高級語，并提供了可供二次開發的動態鏈接庫函數。該實驗裝置以Visual C++6.0為工具，開發了軟件數控系統。在原有的數控系統的基礎上，編寫了數據采集和顯示模塊。 [align=center] 圖1 數控系統的控制原理圖[/align] 　　4.2確定定時精度和采集時間間隔 　　經過測試發現，軟件數控系統所在操作系統的多媒體定時器定時范圍是1ms—1000000ms。由于采樣周期>=1.28ms，才可精確分析各種位置和速度曲線[5]。因此將定時精度定為1ms，采集時間間隔定為2ms。 　　4.3 編程思想 　　首先要進行初始化：開啟雙端口RAM，將伺服更新周期定為2ms，將所要采集的電機的數據復制到雙端口RAM中，打開文件準備寫入數據。開始采集時，先同知PMAC，將要“讀”雙端口RAM中的數據，然后檢測雙端口RAM是否在進行“寫”操作，如果沒有進行“寫”操作，則啟動多媒體定時器，調用回調函數完成數據采集和顯示。采集完畢后，刪除多媒體定時器、關閉雙端口RAM，關閉數據保存文件。程序流程圖，如圖2所示。 [align=center] 圖2 數據采集模塊程序流程[/align] 　　回調函數部分核心源代碼為： 　　XAPosition=PmacDPRPosition（0,0,1000）; //采集X軸實際位置 　　sprintf（buf1,"%10.3lf",XAPosition）; //將采集結果由double型轉換成字符型 　　::SetDlgItemText（hWnd,IDC_EDIT1, buf1）; //顯示數據 　　fprintf（fGather,"%s\n",buf1）; //將采集到的數據寫入文件保存 　　…… 　　本文只給出了X軸位置的采集代碼，若要采集其他數據，調用雙端口RAM中相應的函數即可。需要說明的是，PmacDPRPosition中的motor參數，應為當前軸號減1; PmacDPRPosition函數中的單位與文獻[2]中介紹的寄存器讀取方式的確定方式不同，如果希望以mm為單位，此處單位的意義應該是編碼器發多少個脈沖X軸移動1mm。與由于編碼器發一個脈沖X軸移動1µm，則編碼器發1000個脈沖X軸移動1mm，因此，該處單位為1000。 　　4.4 采集結果 　　采集界面如圖3所示 [align=center] 圖3 采集界面[/align] 　　下面是加工過程中采集到的部分數據： 　　4.5 應用結果分析 　　經過測試發現，如果使用多媒體定時器和寄存器讀取方式進行數據采集，當采集間隔為10ms、定時精度為2ms時，采集四個運動參數就會死機。而采用雙端口RAM讀取方式后，采集間隔為2ms、定時精度為1ms，采集四個運動參數系統仍然正常工作，解決了內存不足的問題，不但提高了采集精度，還提高了安全性，充分發揮了多媒體定時器和雙端口RAM的技術優勢。 5 與多線程采集方法的比較 　　多線程技術也是數據實時采集中常用的一種方法。Windows操作系統支多任務調度與處理，每一個進程可以同時執行多個線程，這意味著一個程序可以同時完成多個任務。多線程技術也可與PMAC的雙端口RAM技術結合，將每個運動參數或者每個軸的運動參數作為一個線程，分別進行讀寫，完成快速時采集與顯示。 　　但應該指出的是，多線程技術是一種比較難的技術，因為并發運行線程的并行性增加了代碼的額外復雜度，所以多線程應用程序的編寫和調試比較困難。在采集過程中，數據要在每個線程內分別寫入文件進行保存，而各個線程又是相對獨立的，因此要精確獲得“同一時刻”的數據，十分困難。而且當涉及線程較多，頻繁調用函數，很容易出現致命錯誤，十分危險。 　　而多媒體定時器數據采集、數據處理、數據保存，都在回調函數中進行，能夠在“同一時刻”采集各種運動參數，方便了參數的對比，而且安全性好。 6 結束語 　　應用多媒體定時器與PMAC的雙端口 RAM技術，對在基于PMAC的系統進行數據采集，定時精度高、采集時間間隔短，能夠在“同一時刻”采集各種運動參數，方便了參數的對比，簡化了數據采集過程，而且安全性好，是一種基于PMAC系統的數據采集的有效方法。 參考文獻： 　　[1] 侯 明，王東興.WINDOWS 系統高精度定時方法研究[J].《微計算機信息》（管控一體化）.2006（3）：262-264. 　　[2] 北京元貿興控制設備技術有限責任公司. PMAC用戶手冊[M].1999：216-217. 　　[3] DELTA TAU Data System Inc. PMAC USER’S MANUAL[M]. USA:DELTA TAU Data System Inc,1999：60-64. 　　[4] 申 宇，馬伯淵，張金樓. 基于PMAC卡的高速數據采集[J]. 機電工程技術，2006（4）：96-97.