经济型数控系统的软件抗干扰技术

　　2.2 软件陷阱技术

　　当“乱飞”的程序进入非程序区（如EPROM 未使用的空间）或表格区时，采用冗余指令使程序入轨的条件不满足，此时可以设定软件陷阱，拦截“乱飞”的程序，用引导指令强行将捕获到的“乱飞”程序引向复位入口地址0000H，并在此处对出错进行处理，使程序纳入正轨。软件陷阱可采用两种形式，如表1 所示。

　　形式之一的机器码为：00 00 02 00 00

　　形式之二的机器码为：02 02 02 02 00 00

　　根据“乱飞”程序落入陷阱区的位置不同，可选择表1 中的一种方式，使程序纳入正轨，指定运行到预定位置。软件陷阱通常安排在未使用的中断区、未使用的EPROM 区、非EPROM 区、运行程序区以及中断服务程序区等。

　　2.3 “看门狗”技术

　　PC 受到干扰而失控，引起程序“乱飞”，也可能使程序陷入“死循环”。指令冗余技术、软件陷阱技术都不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，本系统采用程序监视技术，又称“看门狗”（Watchdog）技术，使程序脱离“死循环”。数控系统的应用程序通常都采用循环运行的方式，循环周期基本固定。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行的时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在此处安排一段出错处理程序，使系统纳入运行正轨。本系统设置了一个16 位的监视定时器，定时器启动后，每个机器周期自动加1，当计数器溢出时，复位器MAX708 就把CPU 的RESET 引脚拉成高电平，从而使CPU 复位。需要注意的是，使用监视定时器时，系统软件应在每次定时器溢出前将定时器清0。因此，一旦程序因干扰不能顺利运行或死机时，定时器将会很快产生溢出，从而使得CPU 立即复位，不至于造成事故的发生。

　　2.4 输入信号的重复检测技术

　　输入信号的干扰是迭加在有效电平信号上的一系列离散的尖脉冲，这些脉冲信号的作用时间很短。当数控系统面临输入干扰，又不能用硬件加以有效抑制时，可以采用软件重复检测的方法，达到“去伪存真”的目的。车床数控系统在工作时，需要接收一些外部的开关量输入信号：如纵、横向拖板的限位信号，自动回转刀架的刀位信号与换刀回答信号，自动卡盘的夹紧回答信号，车床主轴的启、停回答信号，以及数控系统的紧急停止信号等。这些信号有效时，均以低电平形式经过光耦隔离后传递到CPU以及输入接口芯片，有效电平均能保持200ms，甚至更长。而干扰信号多呈毛刺状，作用时间短。利用这一特点，可多次重复采集某一输入的开关量信号，直到连续几次采集结果完全一致时方为有效。若多次采集后，信号总是变化不定的，可停止采集，并给出报警信号。

　　本系统中，开关量输入信号的数据采集流程如图2 所示。图中，采集总次数为10，只有连续3 次采集数据相同，才认为结果有效；延时时间可根据需要进行设定，在两次采集之间插入此延时，能够对付较宽的干扰。

　　2.5 输出信号的刷新技术

　　对于开关量的输出，软件抗干扰主要是采取输出信号的刷新技术，这是一种提高输出接口抗干扰性能的有效措施。对于那些用锁存器输出的控制信号，这些措施很有必要。在条件允许的情况下，重复输出的周期尽可能短一些。当输出端口受到某种干扰而输出错误信号时，外设还未来得及作出有效的反应，正确的信息又输出了，这样，就可以及时避免错误动作的发生。在执行重复输出功能时，对于可编程接口芯片，工作方式控制字与输出状态字一并重复设置，使输出模块可靠地工作。

　　经济型车床控制系统的输出均为数字信号，如步进电机的控制信号、电动刀架的驱动信号、主轴电机的启停信号、冷却泵的启停信号、电动卡盘的夹紧信号等。CPU 给出正确的数据输出后，外部干扰有可能使输出装置得到错误的数据。这种错误的输出结果，如果不采取得力措施加以补救，有可能造成不良后果。

　　（1）重复输出同一个数据设计软件时，可将I/O 芯片的输出过程安排在系统的监控循环中，监控循环周期短，可以有效地防止输出设备的误动作。但要注意，输出功能是作为一个完整的模块来执行的（比如一个字节）。采取这种方式设计软件时，必须为每个I/O 外部设备建立一个8 位的输出暂存单元，输出功能模块将所有暂存区的数据一一输出，不论这个数据是刚算好的还是原先算好的。

　　在对步进电机进行输出控制时，车床数控系统采用软件算法来实现环形分配器的功能，计算机直接输出步进电机各相绕组的通电状态，经过光电隔离后，传送给功率放大器。编制软件时，采用重复输出的方式，对于防止步进电机的失步，具有一定的效果，在一个换相周期内可以重复输出2~3 次。

　　（2）输出芯片的重复初始化

　　在车床数控系统中，用8255芯片来扩展输出功能，外设通过8255 芯片来获得单片机的控制信息，8255芯片在初始化时应明确规定各端口的职能。为了保证输出正确，输出功能模块每次在执行具体的数据输出之前，应该先执行8255的初始化命令，即，先对8255 写入工作方式控制字，再输出有关数据。

　　对于管理LED 显示器的8279 芯片，也采用同样的措施。每当调用显示子程序进行显示器的刷新时，首先对8279 进行一次初始化，重新设定其工作方式，然后再输出新的显示数据。