Windows操作系統(tǒng)下的軟件定時器的設計與應用_圖文

1、 40機電一體化Mech砒mnics2004年第5期圖1定時器子線程流程圖2試驗測試為了檢驗所設計的微秒級定時器的性能,在長城Pentium計算機上,利用Visual C+編程工具編制了計算機控制程序。該程序用來產(chǎn)生不同形式標準信號的輸出,信號的頻率(或周期利用微秒級定時器來控制。通過一個16位的D/A 轉(zhuǎn)換器,將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出,并通過Agilent54622D示波器顯示輸出波形。利用QueryPerf0Hnance Frequency(函數(shù)得到Pentium2.0GHz的高精度計數(shù)器的頻率為3.579545MHz。因此,高精度定時器的定時精度可以達到O.28爐。但是,由于Quer

2、yPe南manceCounter(函數(shù)查詢和程序的循環(huán)都需要幾微秒的時間,因此定時器的定時精度大致在幾十微秒之內(nèi)。另外,數(shù)據(jù)在總線中的傳輸和D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換也需要一定時間,所以定時器的最小定時時間長度選擇為150斗8。如果定時時間長度小于150仙s,則得到的波形將嚴重失真,降低波形的準確性。圖2為利用所設計的微秒級定時器產(chǎn)生的不同頻率的正弦波形。圖中(a、(b、(c和(d中每個柵格的刻度分別為20ms、10m8、5nls和1ms。由圖可以看出,在50Hz以下可以得到光滑的正弦曲線,并且幅值和相位大小穩(wěn)定。在100Hz左右時,正弦曲線發(fā)生微小的間斷現(xiàn)象。而當輸出頻率達到500Hz的時候,所

3、得到的正弦曲線具有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象發(fā)生。也就是說,正弦曲線是由很小的階躍曲線逼近而成的。在不同頻率下得到的正弦曲線頻率的實際值和理論值大小相等,且頻率的實際值比較穩(wěn)定。圖2不同頻率的正弦信號輸出波形圖3為不同頻率的矩形波輸出情況。圖中各個示波器顯示中柵格大小的設置同上。由圖可以看出,在100Hz以下,利用微秒級定時器輸出的矩形波的幅值和周期大小穩(wěn)定,并且和理論值基本相等。當矩形波的周期進一步縮短到2ms的時候,所得到的矩形波的周期不再保持一致,而且周期的大小和理論值也有一定的差別。圖3不同頻率的矩形波信號輸出波形圖4為鋸齒波輸出情況。圖中示波器柵格大小設置同上。由圖可知,在頻率小于100Hz情

4、況下,鋸齒波的波形和理想波形吻合較好。在頻率為500Hz時,波形出現(xiàn)較明顯的階梯跳躍現(xiàn)象,并且幅值的大小也發(fā)生微小的變化。3應用實例 利用該定時器設計了一個壓電陶瓷驅(qū)動器的圖4不I司頻率的鋸齒波信號輸出波形軟件控制器。該控制器可以產(chǎn)生不同的控制信號,進而控制壓電陶瓷產(chǎn)生不同的運動,從而可以測試壓電陶瓷驅(qū)動器的靜、動態(tài)特性。壓電陶瓷驅(qū)動器的控制及檢測系統(tǒng)如圖5所示。計算機輸出定時器控制的不同數(shù)字信號,通過D/A轉(zhuǎn)換器和放大器驅(qū)動壓電陶瓷驅(qū)動器按照控制信號運動。壓電陶瓷的輸出位移利用激光干涉儀測量。為了減小外界噪聲和振動的影響,測試系統(tǒng)在恒溫室的氣浮平臺上進行。圖5壓電陶瓷控制與測試系統(tǒng)示意圖圖6

5、為試驗測得壓電陶瓷驅(qū)動器在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)控制電壓下的遲滯特性曲線。利用該定時器設計,微機控制系統(tǒng)可以精確地控制壓電陶瓷驅(qū)動器運動,利用激光干涉儀就可以記錄壓電陶瓷的輸出位移,從而得到壓電陶瓷的遲滯特性曲線。圖7為試驗測得壓電陶瓷驅(qū)動器的分辨率曲線。由圖可知,該壓電陶瓷的分辨率可以達到3nm。4結(jié)論本文利用計算機的高精度計數(shù)器設計了一種孽菲i篙冒瑟耋:O2468100246810電壓(V時間(s(a穩(wěn)態(tài)控制(b瞬態(tài)控制圖6壓電陶瓷的遲滯曲線時間(s圖7壓電陶瓷的分辨率曲線高精度的微秒級定時器,并利用windows的多線程機制編制了計算機控制程序。該程序的主線程用于人機交互界面,可以實現(xiàn)不同控制信號的

6、輸出的選擇功能。子線程用于實現(xiàn)定時和控制信號的輸出功能。通過一個16位的D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號的轉(zhuǎn)換,并利用A西lent示波器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和記錄功能。通過輸出信號的實際曲線和理論曲線的比較,可以很好地評價所設計的基于windows的定時器的穩(wěn)定性和準確性。由試驗可知,該定時器的定時精度可以達到幾十微秒,可以實現(xiàn)計算機控制的精確定時。最后,將該定時器應用于壓電陶瓷驅(qū)動器的測量當中,對壓電陶瓷的特性進行研究。參考文獻l侯俊杰.深入淺出MFC.武漢:華中科技大學出版社,20022劉亞東,李從心,王小新.用PC定時器實現(xiàn)步進電機控制脈沖微秒級精確定時的方法.測控技術(shù),200l,20(10:36373吳林平,胡仁杰,徐達銀.軟件定時器的實現(xiàn).工業(yè)控制計算機,2002,15(“:46484劉欽彥。李勇.一種高精度定