基于C8051和μC/OS-Ⅱ的数控机床嵌入式执行控制器

(4)加工监控任务

加工监控任务根据当前的工作状态(手动方式或自动方式)激活插补计算任务，并进行加工状态的监控。手动工作方式下，操作员在PC机上手动控制刀具向 -x，+x，-y，+y，-z，+z六个方向运动、刀具返回基准点、端面找正和孔中心定位等操作。自动工作方式下，操作员向控制器传送直线、圆弧的运动命令，控制器自动完成该线形的运动。加工监控任务的实时性要求较高。

(5)插补计算任务

插补计算任务是计算轮廓起点和终点的中间点坐标值。本系统采用逐点比较法进行插补，插补任务每执行1次产生1个行程增量，每个行程增量以1个脉冲的方式输出给步进电机。插补任务的运行周期可能低于操作系统时钟，达到每秒数千次，因此使用定时器1作为插补运动时间控制器。插补计算任务在该软件中的实时性要求最高。

(6)间隙电压检测和限位开关状态检测任务

该系统用于电火花线切割数控机床，间隙电压是电火花加工时工具(电极丝)与工件之间的放电电压，该数据是对放电加工过程进行实时检测的重要参数，需要实时采集。限位开关是指刀具运动到加工台边界位置时，触发的一个状态开关。当到达这个感应开关时刀具应该停止工作，起到一个保护作用，也就是限定了运动的位移，该信息也需要实时采集。这两个任务具有实时性高，执行频繁，执行时间短的特点，因此把它们设为一个检测任务。与插补任务相同，由于检测任务的运行周期低于操作系统时钟，因此使用定时器3作为检测任务的时间触发器。

上面将实现的功能划分为6个任务，介绍这些任务的功能，并对其实时性要求做了分析。上述任务划分如表1所示。

3.3 任务间通信

在完成任务划分后，还需要考虑任务的通信和同步。发送任务与检测任务是独立的，接收任务、命令解释任务和加工监控任务存在联系，如图3所示，这里需要使用信号量和邮箱解决任务间的通信同步。

(1)命令信号量SemCmd。当接收任务接收到一条命令信息时，发出该信号量，由命令解释任务接收，取出并解释命令后，清除该信号量，允许接收新命令。

(2)加工启动消息邮箱Mbox。当命令解释任务发现命令信息为插补命令时，将信息翻译成约定格式存入邮箱，发送出去，加工监控任务接收。

4 实验结果

实验测试，IPC通过串口向执行控制器发送直线插补命令G01X1000Y2000LF，如图4所示，观察返回信息中的x，y轴坐标，各点基本分布于点(O，O)与点(1000，2 000)的直线周围，误差小于1个运动当量，这说明整个系统运行正常。

5 结语

C8051F020($12.6125)处理器具有丰富的硬件资源和强大的处理性能，μC/OS-Ⅱ具有实时性高，通用性好，移植、扩展方便等特点。基于该软硬件平台，可以降低系统的复杂度，提高产品的开发速度。经验证，该硬软件系统能满足该数控系统的要求，具有可行性。