研究与探讨一下 mach 软件并口上输出的波形

armok · 发表于 2009-11-10 00:19:59

一直以来，我都有留意到PC上运行的 mach 软件，在并口输出步进电机的脉冲信号时，有些比较特殊的地方。将它列出来，大家分析研究一下。

我DIY了一条测试线。该测试线接PC的并口，不经过任何的电路，将并口的信号引出来：

(原文件名:01.jpg)

(原文件名:02.jpg)

现象1：并口输出的波形不整齐，两个脉冲的间隔不一定相同。但总的脉冲数目是正确的。

在mach 2 软件上，我输入指令，比如 G0 Y100，让 mach 输出连续的脉冲信号。 (mach 软件的最小脉宽设成是10us)。

用 TEK TDS1012B-SC 示波器观察它的波形，发现与我们想像的不同，并口上输出的脉冲信号竟然是不整齐的，两个脉冲的间隔不一定相同。我刚才在两台 HP 台式机，及一台手提电脑上验证过，均是同样的问题。(mach2 , mach3 均有同样的问题。) 不过，脉宽还算比较准确。

(原文件名:SNAG-0000.jpg)

(原文件名:SNAG-0001.jpg)

(原文件名:SNAG-0003.jpg)

分析：由于它的输出的脉冲数目是准确的，所以，步进电机运行的精确度没有受影响。再加上我们的驱动器是8细分，这种不平均的脉冲，理论上却运行没有影响，但可能会导致电机的噪音加大。

现象2： mach 软件上设置脉宽，用示波器实测输出的情况。我用 mach 2 进行测试。

mach 软件设置的最小脉宽          用示波器看到的脉宽
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1us                                     2.6us
2us                                     2.6us
3us                                     3us
4us                                     4us
5-15us                                  对应于5-15us

也就是说，设置成1－2us时，输出均是2.6us.

gzhuli · 发表于 2009-11-10 00:26:32

因为Windows并不是实时操作系统。
Linux上有个开源的CNC软件，类似mach，是要给内核打实时补丁的：http://linuxcnc.org

chen1986sl · 发表于 2009-11-10 00:28:56

广告位招租。。。并且来学习下。

armok · 发表于 2009-11-10 00:33:01

【1楼】 gzhuli 咕唧霖
因为Windows并不是实时操作系统。
Linux上有个开源的CNC软件，类似mach，是要给内核打实时补丁的：http://linuxcnc.org
-----------------------------
能解释一下吗？我的概念是：

  DOS是实时操作系统？
  windwos 不是实时操作系统。
  Linux 是实时操作系统。

我知道有一个雕刻软件，是在DOS下运行的，并且是开源的。是否使用这个软件能获得更好的性能？

h2feo4 · 发表于 2009-11-10 00:41:08

分析这玩意建议用阿莫的32通道逻辑分析仪

gzhuli · 发表于 2009-11-10 00:46:14

DOS只是“磁盘”操作系统，基本上只负责磁盘操作，对硬件不设防，随便玩。 :)
Windows是分时多任务操作系统，还有HAL硬件抽象层，所以只能自己写驱动，但也不是绝对的自由，而且黑箱操作，比较难。
Linux也是分时多任务操作系统，但开源，有实时内核补丁（来自RT-Linux，实时版Linux），技术上还算好办，但普通用户很难玩得转。

DOS的不妨一试。

h2feo4 · 发表于 2009-11-10 00:47:52

WIN98应该就可以吧

armok · 发表于 2009-11-10 00:52:20

【4楼】 h2feo4 无机酸
分析这玩意建议用阿莫的32通道逻辑分析仪
----------------------
逻辑分析仪反而不适合这里。这里需要观察动态的波形。

xmysz · 发表于 2009-11-10 01:28:31

整到这个份上就有意思有看头了！过瘾！

real_zyf · 发表于 2009-11-10 01:59:59

windows下用并口只能这样，基本无解

haneha · 发表于 2009-11-10 02:16:44

好仪器派上了好用场！值！

real_sugar · 发表于 2009-11-10 03:50:08

主要是并口中断只能跑这个速度~

s99060 · 发表于 2009-11-10 08:46:04

图太少,目前只看到图2肯定有问题

simon51 · 发表于 2009-11-10 09:18:53

【1楼】 gzhuli 咕唧霖
因为Windows并不是实时操作系统。
--------------------------------------
同意，操作系统的非实时性造成的，要不搞个Vxworks系统来驱动雕刻机，这个应该准吧

armok · 发表于 2009-11-10 09:54:34

【12楼】 s99060
积分：287
派别：
等级：------
来自：
图太少,目前只看到图2肯定有问题
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没有问题。只是统计的时间太短。较长的统计时间，比如8秒，脉冲数目也是对的。详情请参考：首次动用三万元级别的LAB6051逻辑分析仪：探讨不同核心速度下，mach 软件输出的脉冲数目

makesoft · 发表于 2009-11-10 10:31:15

确实这样，WINDOWS编程其实调用的是API接口，不能直接和硬件打交道，应该在DOS下测试是准确的。

leafboy77 · 发表于 2009-11-10 10:59:25

【15楼】 makesoft
确实这样，WINDOWS编程其实调用的是API接口，不能直接和硬件打交道，应该在DOS下测试是准确的。
=========================================================================================

没有这回事，WINDOWS编程当然可以与硬件打交道，直接控制硬件，装一个DDK就可以编写了。你看一下设备管理器中有一个"Mach X Pulsing Engines"，那个就是。

两个脉冲的间隔不一定相同，是因为MACH使用定时器产生中断，由驱动程序生成脉冲，属于软件处理有点时间间隔抖动也是正常的。

dr2001 · 发表于 2009-11-10 11:21:26

主要原因还是Windows不是实时的。当然，即便是实时系统，也只是改善抖动的范围。改善到什么程度，就看应用需求，FPGA应该是尽量精确的方案了。

Windows下，即便是软件调用底层API直接写硬件端口，中间也可能遭遇各种不好严格预测的系统调度，从而导致脉冲不均匀。
IO操作肯定都会被正确执行，也就是说，脉冲数量肯定是正确。
加上驱动应该不是自己拿到时钟中断，节拍还是要经过操作系统走一圈，里外里一折腾，这样的摆动就大了。

VxWorks或者其它实时操作系统，经历各种操作也是难免的，只不过实时性保证处理的时间可预估，可控，这样抖动不会太夸张而已。

dragonathust1 · 发表于 2009-11-10 11:41:42

这个我也发现了,mach下有个plus engine driver test的程序,显示的脉冲间隔不均匀
Windows下IO操作驱动并口只能这样了

mihul · 发表于 2009-11-10 18:47:37

dos开源软件turbocnc,am可以测试一下会不会出现问题，相对来讲，DOS下的软件也会稳定一上，http://www.dakeng.com/turbo.html

tdunam · 发表于 2009-11-11 09:57:28

windows 下也有实时补丁包，RTX。可凌驾于ring0层上工作。

gzhuli · 发表于 2009-11-11 15:55:32

严格来讲，RT-Linux和RTX都不能定义为补丁了，两者都是凌驾于原操作系统之上的实时内核，Linux和Windows只是提供兼容的应用程序环境而已。

kmingroy · 发表于 2009-11-12 09:22:03

要想脈衝均衡, 可以怎么說,用現任何商用的操作系統都沒法精確做到, 因為任務
的調配是耗時的.有些實時系統可估算出基本的消耗時間, 但在要求連續輸出精密等
頻的脈衝也是不可能做到的,特別是用在運動器. 所以你用WIN 下面的各種CNC并口
軟件驅動電機,你會發現他發出的驅動噪音并不是那么均勻.
為了能做到均勻的理想脈衝, 你還要考慮到G碼解釋消耗的時間.因為G碼解釋消耗的
時間也是一筆不小的開消.其中開消包括數據讀取時間,數據解釋時間.
一個好的運動控制器,要考慮讀取數據所耗的時間,要盡可能的快.否則會造成刀路的運
行速度不均衡.特別用在曲面加工時,不良表現更明顯.嚴重者會造成加工時產生振動而
影響加工的表面質量.好的驅動設計可讓你的機器在任何條件下運行順暢而寧靜,從而
減少傳動衝擊帶來的絲杆磨損.并保證精度. 脈動的均衡性這是運動控制器性能的絕對
重要的指標.

為了提高數據讀取性能有很多方法,最間單是用大內存,用DMA,如果用卡最好用SDIO.

除以上因素會影響脈衝外, 圓插補,直線插補,座標點求值,曲線插補耗時均不同.
這些都要考慮進去.

如果你打算用DOS到運動控制器,你必需也要考慮到,字符和各種中斷造成的影響,所以你
用DOS也很難做出極品控制器.

如果你要設計一個優秀的運動控制器,我認為應該要做到:
1.要自行定做操作系統.把所有對脈衝有影響的因素去掉.(很難)
2.各種插補的耗時要均衡化.

所以用LINIX WINDOWS DOS 設計出理想的并口運動控制器是很有挑戰.

armok · 发表于 2009-11-12 09:30:55

【22楼】 kmingroy说得很有道理。

flyingfish · 发表于 2009-11-12 12:34:43

要提高实时性，还是要靠独立的控制板完成的。版主利用手里的过硬工具，还是给大伙开了眼界，好事情啊！

flysolo · 发表于 2009-11-12 13:32:41

并口输出脉冲如果时间间隔再分配一下是否有意义？

比如弄个简单的单片机中转电路，缓冲1～2ms左右的脉冲，然后尽量均匀化一下，再转发出去，间隔就变均匀了，数量也对。但是相应地就有2ms的延时了。开环控制来说，这点延时没有什么关系。虽然比不上完全解释G代码的复杂控制器，但是方案简单容易实现，效果能改善，也是值得的吧。

kmingroy · 发表于 2009-11-12 14:45:33

flysolo 飞叟
----------------
好主意,可以用usb 作為數據緩衝的接口.
然后再用分配發出.
這與usb 轉串口相似.

real_sugar · 发表于 2009-11-12 14:54:57

【21楼】 gzhuli 咕唧霖

RTX属于独立内核，WINDOWS的timetick必须经过RTX调配。一个简单的例子，windows死了但是RTX还是正常跑，记得只要windows没有导致hardfault，RTX核的程序将正常运行，所以可以判断RTX不依赖于WINDOWS内核，并且RTX程序内不能使用windows API.

armok · 发表于 2009-11-12 15:51:27

【25楼】 flysolo 飞叟
并口输出脉冲如果时间间隔再分配一下是否有意义？

比如弄个简单的单片机中转电路，缓冲1～2ms左右的脉冲，然后尽量均匀化一下，再转发出去，间隔就变均匀了，数量也对。但是相应地就有2ms的延时了。开环控制来说，这点延时没有什么关系。虽然比不上完全解释G代码的复杂控制器，但是方案简单容易实现，效果能改善，也是值得的吧。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
方法不好。

1. 我在楼主位测试的是标准的稳定连续波形，这个方法好像可以。
2. 但在实际应用中，会有大量的不稳定的不连续波形，使用这个方法反而造成更大的失真。

gzhuli · 发表于 2009-11-12 17:21:05

【25楼】 flysolo 飞叟
并口输出脉冲如果时间间隔再分配一下是否有意义？

比如弄个简单的单片机中转电路，缓冲1～2ms左右的脉冲，然后尽量均匀化一下，再转发出去，间隔就变均匀了，数量也对。但是相应地就有2ms的延时了。开环控制来说，这点延时没有什么关系。虽然比不上完全解释G代码的复杂控制器，但是方案简单容易实现，效果能改善，也是值得的吧。
----------------------------
这个方案不可行。
你这方案其实是一个FIFO，但是FIFO是需要流控制才能正常工作的，在这个场景中，PC输出脉冲你无法让它暂停，往雕刻机输出的脉冲又不能暂停（本身就是要实现均匀输出脉冲的目的），那么FIFO总会有满或者空的一刻，满意味着丢步，空意味着输出不连续。
如果不用mach自己写一个带流控制的上位机，还不如做个直读G代码的脱机控制器？

【27楼】 real_sugar
RTX属于独立内核，WINDOWS的timetick必须经过RTX调配。
----------------------------
正是这样，RTX和RT-Linux都是基于独立的RT内核，Windows和Linux只是这个内核里面的一个进程而已，其实有点像DOS和Windows 98的关系了。
但是我不知道有没有CNC软件for RTX的，有的话应该能改善脉冲输出效果。
当然，单任务的脱机控制器还是最好的选择，只要插补处理能力跟得上，可以把控制做得很流畅。

flysolo · 发表于 2009-11-12 17:21:20

方法不好。

2. 但在实际应用中，会有大量的不稳定的不连续波形，使用这个方法反而造成更大的失真。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
如果保证三轴的脉冲次序不变，就不会路径失真，即使时间间隔改变了。

你能不能抓一个典型的走小圆弧和折线转角的波形，同时抓三个轴的数据，发出来看看。

补充：能不能发zla格式的数据？cvs的数据不知道怎么图形化。

kmingroy · 发表于 2009-11-12 18:14:52

數據均勻化,同步算法是最具挑站性,不是間單的FIFO.
這與CD機的抗震緩衝和網絡媒體播放器的緩衝運作機理
還是有很大的區別.
如果要嘗試去做,可能要把所有的失步規律找出來.
在用算法去處理. 不過這也是紙上談兵,我也沒有試過.
估計要實用化不是一般人能完成.

armok · 发表于 2009-11-12 19:04:56

【30楼】 flysolo 飞叟
如果保证三轴的脉冲次序不变，就不会路径失真，即使时间间隔改变了。
你能不能抓一个典型的走小圆弧和折线转角的波形，同时抓三个轴的数据，发出来看看。
补充：能不能发zla格式的数据？cvs的数据不知道怎么图形化。
-----------------------
呵，你也使用ZLG的分析仪？

我们采购的分析仪，是ZLG最高端的系列，可以连续记录18分钟的并口波形 :) 迟些我们研究运动芯片与设计运动模块时，就会派上用场。

flysolo · 发表于 2009-11-12 19:35:11

没有，但是我下载了它的软件，看上去似乎可以打开zla格式的文件，也可以输出csv或者bin文件，单不能输入csv文件。

bdya · 发表于 2009-11-12 20:42:30

并口输出脉冲如果时间间隔再分配一下是否有意义？
建议在步进电机的轴上绑一个激光笔，8细分的条件下一个一个冲脉冲，看天花板上你会发现电机大小步的问题，TA8435的8细分电机只走4步，就是说由4个脉冲它是不转的，不过1600个脉冲转一圈是不会错的。电机不同，驱动电压和电流不同，机械负载不同，大小步的情况都不一样，理论上可以找到一个组合，均匀的一个脉冲转一下，完美的8细分。有牛人说他的驱动256细分都可以做到没有大小步，别人都认为那是吹牛。
既然电机都在偷懒，并口输出脉冲均匀好像意义不大

armok · 发表于 2009-11-12 20:52:00

【33楼】 flysolo 飞叟
没有，但是我下载了它的软件，看上去似乎可以打开zla格式的文件，也可以输出csv或者bin文件，单不能输入csv文件。
－－－－－－－－－－－－－－－
ZLG的软件写得不错。按某网友的说法：老周的性格不会为人作嫁衣。所以，ZLG的软件，绝不可以输入CSV格式。

lg5836 · 发表于 2010-8-16 16:49:48

楼上的诸位大侠，怎么解决这个问题啊

jinxinsdu · 发表于 2010-8-20 21:25:27

回复【29楼】gzhuli 咕唧霖
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北京精雕用的就是Windows XP＋RTX

hymculolo · 发表于 2010-10-8 15:58:46

zhouq3132 · 发表于 2011-5-15 19:03:23

mark

yuyanlzh · 发表于 2011-5-16 11:13:37

mark

研究与探讨一下 mach 软件并口上输出的波形

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