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第3章 计算机数控系统
图 3-14 CNC装置软件任务分解
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第3章 计算机数控系统 不同的系统软件结构中对这些子程序的安排方式不同， 管理方式亦不同。在单微处理器数控系统中，常采用前后台型 的软件结构和中断型的软件结构。在多微处理器数控系统中将 微处理器作为一个功能单元利用上面的思想构成相应的软件结 构类型，各个CPU分别承担一定的任务，它们之间的通信依靠 共享总线和共享存储器进行协调。在子系统较多时，也可采用 相互通信的方法。无论何种类型的结构，CNC装置的软件结构 都具有多任务并行处理和多重实时中断的特点。
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第3章 计算机数控系统
3．
1） CNC
数控加工时，CNC装置要完成许多任务，图3-14反映了它 的多任务性。在多数情况下，管理和控制的某些工作必须同 时进行。例如，为使操作人员能及时来了解CNC装置的工作状 态，显示模块必须与控制软件同时运行；当在插补加工运行 时，管理软件中的零件程序输入模块必须与控制软件同时运 行。而当控制软件运行时，其本身的一些处理模块也必须同 时运行，例如，为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程 序之间不停刀，译码、刀具补偿和速度处理模块必须与插补 模块同时运行，而插补程序又必须与位置控制程序同时进行。
1） CNC
CNC系统有外部中断、 内部定时中断、 硬件故障中断和 程序性中断等几种类型。
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(1) 外部中断主要有光电阅读机中断、外部监控中断（如 紧急停、量仪到位等）和键盘、操作面板输入中断。前两种中 断的实时性要求很高，将它们放在较高的优先级上。
要求CNC装置能显示其工作状态，如零件程序的执行过程、参
数变化和刀具运动轨迹等，以方便操作者。 这时，在控制软
件运行时管理软件中的显示模块也必须同时运行；在控制软件
运行过程中，其本身的一些功能也必须同时运行。为使刀具运
行连续进行， 在各程序段之间无停顿， 则要求译码、刀具补
偿和速度处理必须与插补同时进行。CNC装置各功能模块之间
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第3章 计算机数控系统 2） 并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两 种或两种以上性质相同或不同的工作。 并行处理的优点能提高 运行速度。在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的 原则来解决多任务的同时运行。各任务何时占用CPU及各任务 占用CPU时间的长短，是首先要解决的两个时间分配问题。 在 CNC装置中，各任务占用CPU使用循环轮流和中断优先相结合 的办法来解决。图3-15是一个典型的CNC装置各任务分享CPU的 时间分配图
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第3章 计算机数控系统 在现代CNC装置中，软件和硬件的界面关系是固定的。 早期的NC装置中，数控系统的全部功能都由硬件来实现，随 着计算机技术的发展，计算机参与了数控系统的工作，构成 了计算机数控（CNC）系统，数控工作便由软件来完成。随着 产品、功能要求的不同，软件和硬件界面是不一样的，三种 典型CNC装置的软、 硬件界面关系如图3-13所示。
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第3章 计算机数控系统 图 3-13 三种典型精的选 软、 硬件界面关系
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2． 系统软件的内容及结构类型 CNC系统是一个专用的实时多任务系统，CNC装置通常作为 一个独立的过程控制单元用于工业自动化生产中。 因此，它 的系统软件包括管理和控制两大部分，如图3-14所示。管理部 分包括输入、I／O处理、通信、显示、诊断以及加工程序的编 制管理等程序； 控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、 插补和位置控制等软件。数控的基本功能由这些功能子程序实 现。 这是任何一个计算机数控系统所必须具备的，功能增加， 自程序就增加。
的并行处理关系如图3-12所示，具有并行处理的两模块ห้องสมุดไป่ตู้间用
双向箭头表示。
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第3章 计算机数控系统
图 3-12 并行处理关系
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第3章 计算机数控系统 3.2.2 CNC
1． CNC装置软件、 CNC装置的软件结构取决于软件和硬件的分工，也取决于 软件本身的工作性质。硬件为软件运行提供了支持环境。软件 和硬件在逻辑上是等价的，由硬件能完成的工作原则上也可以 由软件完成。硬件处理速度快， 但造价高， 软件设计灵活， 适应性强，但处理速度慢。所以，在CNC装置中，软、硬件的 分工是由性价比决定的。
第3章 计算机数控系统
3.2CNC系统的软件结构
3.2.1 CNC系统软件概述 CNC系统是一个典型而又复杂的实时控制系统， 能对信息
作出快速处理和响应。一个实时控制系统包括受控系统和控制 系统两大部分。受控系统由硬件设备组成，如电机及其驱动； 控制系统（在此为CNC装置）由软件及其支持硬件组成， 共同 完成数控的基本功能。
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第3章 计算机数控系统
CNC装置的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀
具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等。从逻辑
上讲，这些任务可看成是一个个的功能模块， 模块之间存在
耦合关系；从时间上来讲，各功能模块之间存在一个时序配合。
在许多情况下，某些功能模块必须同时运行， 同时运行的模
块是由具体的加工控制要求所决定。例如，在加工零件的同时，
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4． 实时中断处理
CNC系统软件结构的另一个特点是实时中断处理。CNC系统 程序以零件加工为对象，每个程序有许多子程序，它们按预定 的顺序反复执行，各步骤间关系十分密切， 有许多子程序实 时性很强，这就决定了中断成为整个系统不可少的重要组成部 分。CNC系统的中断管理主要靠硬件完成， 而系统的终端结构 决定了软件结构。
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图3-15 CNC装置分时共享CPU的时间分配
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在完成初始化任务后，系统自动进入时间分配循环中， 在循环中依次轮流处理各任务。而对系统中一些实时性很强的 任务则按优先级排队，分别处于不同中断优先级上作为环外任 务，环外任务可以随时中断环内任务的执行。每个任务允许占 用CPU的时间受到一定的限制，对于某些占有CPU时间较多的任 务，如插补准备（包括译码、刀具半径补偿和速度处理等）可 以在其中的某些地方设置断点，当程序运行到断点处时，自动 让出CPU， 等到下一个运行时间里自动跳到断点处继续执行。