【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 LPC2294；MCX314AS；数控系统；机床
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正文：
摘要：在普通机床的数控改造过程中，数控系统是核心部件。本文的数控系统是基于LPC2294和MCX314AS，用触摸屏取代PC机来实现人机交互，使得系统使用更为快捷。LPC2294内置的串行通信接口和CAN总线接口，实现了系统实时监控和远程通信的功能。
关键词：LPC2294；MCX314AS；数控系统；机床
中图分类号：TP29     文献标识码：B
 
The Econonmical NC System Based on LPC2294 and MCX314AS

Abstract： In the process of numeric control rebuilding of common machine tool ,the core component is numerical control system .The system is put forward based on LPC2294 and MCX314AS .In addition ,it is the touch machine not PC to realize human-machine interaction ,which makes the system more convenient .The function of real-time monitoring and remote communication is been realized ,because of the built-in serial communication interface and CAN bus interface of LPC2294 .
Keywords: LPC2294 ;MCX314AS ;numerical control system ;machine tool
 
引言
    中国作为机床大国，为了提高机床的数控化率，使其适宜加工小批量、形状复杂、生产周期要求短的零件，达到节约资金、提高生产效率和设备利用率的目的，对普通机床进行数控改造不失为一种良策。一些发达国家如德国、美国、日本等就非常重视对旧机床的改造，而且已形成了一个完善的产学研结合的改造体系。由于技术的不断进步，机床改造已成为一个永恒的课题。PC—BASED数控机床具有较高的通用性和高精度定位、高分辨率位置检测等能力，适合应用于加工各种形状较为复杂、精度高的零器件。但对于一些产品订单比较单一，加工形状简单、工艺不太复杂的产品生产商来说，用PC—BASED形式来实现车床更新和改造，性价比并不是很好，因此在对普通机床的数控改造中研发经济型数控系统也成为一种趋势。针对这一趋势，采用了以周立功公司的LPC2294为处理器，以MCX314AS为核心的数控系统来实现普通机床数控改造中的数控部分。 LPC2294相当取代PC_BASED系统的PC之角色，MCX314AS则相当取代PC_BASED系统的运动控制卡之角色，虽不及PC_BASED系统的功能强大，但成本却大大的降低了，因此，很适合上述经济型机床改造的需求。
 
1．数控系统的硬件设计（The hardware design of NC system）

1. 设计理念

数控机床一般有五部分构成：主机、控制系统、驱动系统、辅助装置、编程及其他附属设备，其中控制系统是数控机床的核心，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。运动控制芯片的性能直接影响到数控系统的整体性能，为了该数控系统具有插补和精确定位的功能，选用了高集成度运动控制专用芯片MCX314AS。当MCX314AS控制器从主CPU得到插补所需的参数（如直线的起点和终点；圆弧的圆心、起点、终点、插补的方向；位模式插补所需的插补数据等）和驱动命令（或插补命令）就开始工作，开始工作时MCX314AS自动在轮廓起点和终点之间计算出若干中间点，将工作轮廓描述出来，为系统提供驱动速度、运动轨迹，从而实现直线插补、圆弧插补、位模式插补和实时监控等功能。结合各种插补模式，数控机床可以加工任意形状的零件^[1]。
主CPU需要具有存储容量大、处理速度快、通信快捷的功能，用来提供给MCX314AS所需的大量参数以及对接收到的反馈信息进行快速精确地处理。周立功公司的LPC2294是一款基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持实时仿真和跟踪的CPU，并带有256 kB嵌入的高速Flash存储器。LPC2294采用144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、2/4路高级CAN通道、PWM输出以及多达9个的外部中断，这款微控制器特别适合自动化、工业控制等应用领域。由于内置了宽范围的串行通信接口和CAN总线接口，它们也非常适合于远程通信、协议转换器以及其它各种类型的应用^[2][3]。因此LPC2294符合该系统对主CPU的性能要求。
 
      1.2 系统结构

图 1系统的结构框图
Fig.1  The structure diagram of system
 
由系统的结构框图可知，基于LPC2294和MCX314AS的数控系统的硬件设计主要包括三部分：触摸屏和LPC2294的接口和通信、LPC2294和MCX314AS的接口和通信及MCX314AS和电机驱动器的接口和通信。
触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。用户只需用手指轻轻地碰触显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，使人机交互更为直截了当，从而使得系统具有更好的实用前景。触摸屏和LPC2294通过RS232就可以实现相互通信，系统中RS232收发器采用MAX3232。MAX3232和LPC2294的输入输出电平都是+3.3V，故无需电平转换芯片就可以相互通信，简化系统的硬件电路^[4][5]。
LPC2294和MCX314AS连接图如图2所示。考虑到数据总线宽度决定了设备之间一次数据传输的信息量，数据总线的位数越多，一次传输的信息量越大，系统的响应时间越短、实时性越好，本系统中MCX314AS选择了16位数据总线宽度，即H16L8直接接高电平^[6]。LPC2294的结构是8位字节地址空间，即一个地址空间对应一个字节的数据；而16位存储器的结构是16位半字地址空间，一个地址空间对应两个字节的数据，因此LPC2294与16位的MCX314AS相连接时就需要将LPC2294的地址线A1连接到MCX314AS地址A0处，LPC2294的地址线A0不需要连接。
由于LPC2294的信号输入输出电平为+3.3V，MCX314AS的输入端信号是+5V的TTL电平，输出时+5V的CMOS电平，LPC2294和MCX314AS需要通过电平转换芯片进行通信。LPC2294

图 2 LPC2294和MCX314AS的连接图
Fig.2  The connection graph of LPC2294 and MCX314AS
 
的指令运行时间为,即,一条指令运行的时间：，因此电平转换芯片的上升沿和下降沿的延时时间之和要小于。74LVC4245A的上升沿延时时间：，下降沿延时时间：，两者之和：，符合系统对电平转换芯片性能的要求。

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