基于C8051和μC/OS-Ⅱ的數控機床嵌入式執行控制器

(4)加工監控任務

加工監控任務根據當前的工作狀態(手動方式或自動方式)激活插補計算任務，并進行加工狀態的監控。手動工作方式下，操作員在PC機上手動控制刀具向 -x，+x，-y，+y，-z，+z六個方向運動、刀具返回基準點、端面找正和孔中心定位等操作。自動工作方式下，操作員向控制器傳送直線、圓弧的運動命令，控制器自動完成該線形的運動。加工監控任務的實時性要求較高。

(5)插補計算任務

插補計算任務是計算輪廓起點和終點的中間點坐標值。本系統采用逐點比較法進行插補，插補任務每執行1次產生1個行程增量，每個行程增量以1個脈沖的方式輸出給步進電機。插補任務的運行周期可能低于操作系統時鐘，達到每秒數千次，因此使用定時器1作為插補運動時間控制器。插補計算任務在該軟件中的實時性要求最高。

(6)間隙電壓檢測和限位開關狀態檢測任務

該系統用于電火花線切割數控機床，間隙電壓是電火花加工時工具(電極絲)與工件之間的放電電壓，該數據是對放電加工過程進行實時檢測的重要參數，需要實時采集。限位開關是指刀具運動到加工臺邊界位置時，觸發的一個狀態開關。當到達這個感應開關時刀具應該停止工作，起到一個保護作用，也就是限定了運動的位移，該信息也需要實時采集。這兩個任務具有實時性高，執行頻繁，執行時間短的特點，因此把它們設為一個檢測任務。與插補任務相同，由于檢測任務的運行周期低于操作系統時鐘，因此使用定時器3作為檢測任務的時間觸發器。

上面將實現的功能劃分為6個任務，介紹這些任務的功能，并對其實時性要求做了分析。上述任務劃分如表1所示。

3.3 任務間通信

在完成任務劃分后，還需要考慮任務的通信和同步。發送任務與檢測任務是獨立的，接收任務、命令解釋任務和加工監控任務存在聯系，如圖3所示，這里需要使用信號量和郵箱解決任務間的通信同步。

(1)命令信號量SemCmd。當接收任務接收到一條命令信息時，發出該信號量，由命令解釋任務接收，取出并解釋命令后，清除該信號量，允許接收新命令。

(2)加工啟動消息郵箱Mbox。當命令解釋任務發現命令信息為插補命令時，將信息翻譯成約定格式存入郵箱，發送出去，加工監控任務接收。

4 實驗結果

實驗測試，IPC通過串口向執行控制器發送直線插補命令G01X1000Y2000LF，如圖4所示，觀察返回信息中的x，y軸坐標，各點基本分布于點(O，O)與點(1000，2 000)的直線周圍，誤差小于1個運動當量，這說明整個系統運行正常。

5 結語

C8051F020($12.6125)處理器具有豐富的硬件資源和強大的處理性能，μC/OS-Ⅱ具有實時性高，通用性好，移植、擴展方便等特點。基于該軟硬件平臺，可以降低系統的復雜度，提高產品的開發速度。經驗證，該硬軟件系統能滿足該數控系統的要求，具有可行性。