多媒体定时器在X-Y试验平台实时状态显示中的应用

李英辉，王洪庆，张永生

（1.石家庄职业技术学院电气与电子工程系，河北石家庄050081；2.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；3.河北传媒学院信息技术学院，河北石家庄050071）

数控机床（CNC）在当今工业控制中的应用领域十分广泛。X-Y 平台是CNC 的试验平台之一。CNC 在工作过程中，各轴要协调地运动，因此各轴的位置状态需要动态实时地显示。

随着自动控制技术的发展，以Windows系统为平台的实时控制系统得到广泛应用［1］。对于以Dos 系统为平台的控制系统，可以对硬件直接中断得到精确的实时控制。而Windows 是抢占式多任务操作系统，硬件资源由系统操作，应用程序不允许对硬件直接中断。在Windows 平台下实现精确实时控制值得研究［2］。

1 Windows下的定时器

对于实时性要求不高的情况下，可以直接使用Windows提供的普通定时器。首先由函数Set-Timer（）设置一定时器，在其参数中设定时间间隔，当达到设定的时间后，定时器发出WM_TIMER 消息到应用程序的消息队列中，将状态显示程序放在WM_TIMER 消息处理函数中，便可实现状态的动态显示。但是WM_TIMER消息优先级较低，且定时精度不高（约为55 ms）［1］。

X-Y 平台是高精度试验平台，因此其状态的实时显示需要有较高的定时精度，即运动控制程序与实时显示控制程序要实现同步，因此考虑采用Windows 下的多线程技术将每个任务放在不同的线程中，操作系统通过线程间快速反复切换来达到并行计算的效果。Windows 系统的多媒体定时服务很好地解决了这一问题，它拥有自己独立的线程，使应用程序可以得到周期性的时间中断。且优先级高，定时精度可以达到1 ms。

对于更高的定时精度要求，可以使用API 函数QueryPerformanceFrequency（）和QueryPerformanceCounter（），其精度可以达到ns 级。但对硬件系统资源的要求较高。

综合X-Y 平台对运动状态显示时间精度的要求和系统资源的考虑，多媒体定时器更适于实现X-Y平台运动状态的实时状态显示。

2 多媒体定时器的使用方法

以Visual C++为开发工具的多媒体定时器的使用步骤如下［3］：

1）设定多媒体定时器的有关参数。利用函数TimeGetDevCaps（）确定定时器服务提供的最大和最小事件周期；用TimeBeginPeriod（）设置最小时钟事件定时精度。精度越高，定时器消耗的系统资源越多。因此，在具体应用中应根据需要考虑精度设置。

2）启动多媒体定时器事件。用TimerSetEvent（）函数初始化和启动多媒体定时器事件。函数原型具体如下：

MMRESULT timeSetEvent（UINT uDelay，UINT uResolution，

LPTIMECALLBACK lpTimeProc，DWORD dwUser，UINT fuEvent）；

参数具体定义见文献［3］。

3）在回调函数中具体应用。LpTimeProc 表示事件回调函数的入口地址，由用户自己编写。如状态的动态实时显示程序就可以存在于这一步。但需要注意，此函数是全局的Windows API类型的函数，不是某个类具体的成员。

4）删除定时器以释放系统资源。定时器是一种有限的全局资源，创建得越多Windows系统的负担越重。因此，定时器不再使用后要调用TimeKillEvent（）函数和TimeEndPeriod（）函数来释放定时器资源和消除步骤1）中设定的最小时钟事件精度。

3 X-Y试验平台软件介绍

试验采用固高公司提供的X-Y 试验平台，试验设备主要有运动控制卡、伺服驱动系统、X-Y 平台、PC 机和显示器1 台。运动控制卡插入PC 机的扩展PCI 插槽，采用PC 机+运动控制卡的控制方式。固高公司以动态链接库形式（GT400.dll）提供给用户此控制卡的API 函数，用户可以调用这些函数用于X-Y 试验平台的运动控制，同时通过位置检测装置增量式光电编码器实时读取平台位置状态，并将数据信息反馈给PC 机实时显示，PC 机通过显示界面的控制操作向运动控制卡发出命令，实现平台的运动控制。

X-Y平台系统结构如图1所示。

图1 X-Y平台结构图Fig.1 X-Y platform structure chart

X-Y 平台运动控制系统是由控制计算机部分、伺服驱动部分、机械传动部分及检测部分组成，采用闭环控制方式，其结构如图2所示。

图2 X-Y平台运动控制系统结构图Fig.2 Structure chart of X-Y platform motion control system

本软件的编程试验在Visual C++6.0 编译器上实现。其软件控制框图如图3 所示，其中包括主控制界面、轴控制、坐标系控制、输入输出控制、平台操作控制、基本参数设置。

本文利用多媒体定时器主要完成实时轨迹显示部分。轴系和坐标系状态由于实时性要求相对较低，可以采用普通定时器实现。

图3 X-Y平台软件功能模块Fig.3 X-Y platform software modules

4 系统实现

X-Y 平台软件编程试验充分利用了C++语言开放式的面向对象的设计思想。运动状态实时显示部分的程序框图如图4所示。

图4 X-Y平台实时状态控制流程图Fig.4 X-Y platform real-time status control flow chart

在工程中为多媒体定时器建立一个新类为CmultimediaTimer，首先在其头文件中定义：

将多媒体定时器封装成类，能在平台的各种控制类中调用多媒体定时器的函数，运动完成后可以通过调用CMultimediaTimer类的析构函数或Stop（）函数来关闭多媒体定时器资源，这样可以保证在任意运动时刻只启动1 个多媒体定时器，实现了定时器资源的反复利用，节省了系统资源的消耗。

为了在其它的控制类中访问多媒体定时器类的数据，首先在使用多媒体定时器的类中定义多媒体定时器的对象。例如在坐标系控制类CCoodinateCtrl中：

定时器启动后，每隔设定时间就会执行1 次回调函数。回调函数定义如下：

其中，m_parent 为主控制窗口视类的指针变量；xpos和ypos为轴运动轨迹坐标点，初始化为视类中的坐标原点。

5 结论

本文将多媒体定时器应用到X-Y 试验平台的运动状态实时显示中，实验证明能实现精确的定时。可以推广到高精度数控机床CNC 的实时中断控制和实时状态显示中。此外本软件采用开放性的设计语言开发，软件开发过程中留有冗余，可以在原有软件基础上进一步开发。

［1］ 文清华，吴来杰，杨代华，等.Windows环境下数控软件实时控制的实现［J］.机床与液压，2003，31（3）：139-141.

［2］ 王伟，徐国华.多媒体定时器在工业控制中的应用［J］.微型机与应用，2001，20（12）：8-10.

［3］ 王文武，王诚，郝燕玲，等.多媒体定时器的定制和使用方法［J］.计算机应用，2000，20（3）：39-40.

［4］ 杜诗文，宋建国，闫献国.基于Visual C++的数控软件的设计［J］.山西机械，2002，31（1）：11-12.

［5］陈德妙，张桂香.基于Windows 2000下开放式数控系统软件的开发［J］.组合机床与自动化加工技术，2005，47（4）：28-32.

［6］ 付永红，熊飞丽，龙佑喜，等.基于Windows下数控软件的设计与实现［J］.机电一体化，2001，8（1）：28-31.

［7］ 王洪刚，傅建中.基于线程技术的PC 数控软件设计［J］.组合机床与自动加工技术，2004，46（1）：31-34.