在開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)常采用PC作為上位機(jī)來(lái)編制數(shù)控程序和發(fā)送控制命令，其數(shù)據(jù)通過(guò)串口通信傳至單片機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)讀取PC發(fā)過(guò)來(lái)的各種插補(bǔ)數(shù)據(jù)和指令，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。數(shù)控程序一般由G代碼、M指令、F、S、T等功能組成，而在計(jì)算機(jī)中，字符大多采用ASCII編碼方案和EBCDIC編碼方案，如果直接將這種編碼傳到單片機(jī)，由單片機(jī)來(lái)識(shí)別和譯碼，勢(shì)必會(huì)增加性能有限的單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。此外NC程序有較為固定的編程格式，基于此，可以按照NC編程的規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)一種方案，將NC代碼在PC機(jī)上轉(zhuǎn)化為以幀(不同于異步通信中的“幀”概念)為單位的二進(jìn)制編碼，每幀數(shù)據(jù)的格式參照NC程序格式來(lái)設(shè)計(jì)。這樣，在PC機(jī)上做譯碼工作相對(duì)方便和容易，對(duì)單片機(jī)而言也有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：一是容易識(shí)別；二是方便處理，提高了效率。單片機(jī)按照幀格式，順序提取相關(guān)數(shù)據(jù)。進(jìn)行計(jì)算和控制。

1 譯碼方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　譯碼的基本思路是根據(jù)NC代碼的特點(diǎn)，將其進(jìn)行分類處理，提取有用的信息，將這些信息按照設(shè)計(jì)的幀格式組成幀數(shù)據(jù)，發(fā)送給下位機(jī)，如圖1所示。

　　1.1 數(shù)控代碼分析

　　NC指令有200余條，為了數(shù)據(jù)處理的方便，可以根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的歸類，從處理方式上可以分為直接控制指令和間接控制指令。

　　上位機(jī)要發(fā)送的是控制信息。而NC程序中有許多指令不屬于直接控制的指令，它們僅僅是一些中間(輔助)信息，并不需要發(fā)送給下位機(jī)。因此，根據(jù)NC指令的特點(diǎn)，將其按處理方式劃分為直接控制指令和間接控制指令兩類。如COO、G01、G02、C03等要直接處理，屬于直接控制指令；而G90、G91、G92、G42、G41、G42等則要轉(zhuǎn)化處理，屬于間接控制指令。例如G90是表示絕對(duì)尺寸，G91表示增量尺寸，由于下位機(jī)統(tǒng)一采用增量尺寸來(lái)進(jìn)行控制，所以在PC上對(duì)G90的處理是：1)提取絕對(duì)尺寸；2)計(jì)算增量尺寸；3)保存增量尺寸(用于發(fā)送的數(shù)據(jù))。而對(duì)G91的處理是：直接保存增量尺寸。刀補(bǔ)指令要加上偏置量。

　　一般直接控制指令是需要發(fā)送給單片機(jī)的，而間接控制指令是需要先轉(zhuǎn)化處理的，不在直接發(fā)送的數(shù)據(jù)之列。以表1為例，將常用的數(shù)控代碼按直接控制和間接控制分類，并說(shuō)明了對(duì)指令的處理。

　　對(duì)直接控制的指令又可細(xì)分為三類。
　　1)G功能和M代碼：如G00、G01、G02、G03、M03、M04、M05、M07、M08、M10等；

　　2)坐標(biāo)類：X、Z、R(平面兩軸插補(bǔ)，本文以數(shù)控車兩軸為例，其余類推)；

　　3)輔助功能類：主軸(s)、進(jìn)給(F)、刀具(T)。

　　1.2 幀格式設(shè)計(jì)

　　根據(jù)上文可以知道，NC程序中指令、數(shù)據(jù)雖然很多，但不是每個(gè)都需要傳送，相反每次都只有很少的幾類指令和數(shù)據(jù)需通過(guò)串口傳送到下位機(jī)。三類的直接控制指令是必須要發(fā)送的，NC程序最終都要轉(zhuǎn)化為這三類數(shù)據(jù)，所以設(shè)計(jì)幀格式如表2，說(shuō)明如下。

　　1)G指令和M代碼：G指令和M代碼各100條，分別用一個(gè)字節(jié)來(lái)表達(dá)G或M功能；

　　2)坐標(biāo)類：X、Z、R，這些坐標(biāo)均用三個(gè)字節(jié)表示，可表示的增量坐標(biāo)范圍為：一2”一+223(一8 131一+8 m)；

　　3)主軸、進(jìn)給、刀具：S、F、T用單字節(jié)表示，可以有2S=256種不同的值。

　　4)在幀的控制數(shù)據(jù)之前，設(shè)置一個(gè)幀頭，占一個(gè)字節(jié)，以作信息位。

　　1.2.1 設(shè)置幀頭

　　NC指令中許多是模態(tài)代碼，即在下一段程序中可能不出現(xiàn)上段程序中相同的指令，為方便處理，用幀頭的8個(gè)位來(lái)標(biāo)識(shí)幀中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的有無(wú)，如表3。幀頭中每位對(duì)應(yīng)幀格式中的直接控制指令的數(shù)據(jù)類型，用于標(biāo)識(shí)本幀數(shù)據(jù)中是否存在該項(xiàng)，若所標(biāo)識(shí)的對(duì)象數(shù)據(jù)存在并要發(fā)送，則標(biāo)識(shí)位置“1”，否則清“0”。另外，如果下段NC程序段中G、M、X、Z、I、K、F、S、T的數(shù)據(jù)沒有改變，則可認(rèn)為該幀中不存在對(duì)應(yīng)項(xiàng)(無(wú)變化不發(fā)送)，所以幀的長(zhǎng)度是不固定的，幀的長(zhǎng)度可以從幀頭得知，幀字節(jié)最長(zhǎng)為15個(gè)。

　　1.2.2 G、M指令編碼

　　G指令和M指令各100條，而一個(gè)字節(jié)8位能表示256種情況，所以分別用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示G指令和M代碼。直接用二進(jìn)制數(shù)字對(duì)應(yīng)字地址G和M的地址值。如G90對(duì)應(yīng)編碼為0101 1010。

　　1.2.3 實(shí)例

　　例：對(duì)如下數(shù)控代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
G00，G90，G42，X35000，Z160000，F(xiàn)50，S07，T33，M03，LF

　　該行代碼中帶下畫線的指令為直接控制指令，地址值是要發(fā)送的數(shù)據(jù)，其余是間接控制指令，需要在PC機(jī)中先行處理，其中G90為絕對(duì)坐標(biāo)編程，計(jì)算時(shí)要轉(zhuǎn)化為相對(duì)增量，假設(shè)刀具前一位置在原點(diǎn)，增量即為35 000和160 000；G42是右刀補(bǔ)，假設(shè)刀具半徑為5000個(gè)單位，則實(shí)際上X增量為35000+5 000=40 000，Z增量為160 000 4-5 000=165 000。

　　1)確定要發(fā)送的數(shù)據(jù)：G、M、X、Z、F、S、T；

　　2)確定幀頭：0XF7(1111 0111 B)，這就是幀的首字節(jié)；

　　3)第二、三字節(jié)為G：OX00(coo)；M：0X03(M03)；

　　4)第四、五、六字節(jié)為X：OX00 0X9c 0X40(40 000的二進(jìn)制碼)；

　　5)第七、八、九字節(jié)為Z：0X02 0X84 0X88(165 000的二進(jìn)制碼)；

　　6)第十、十一、十二字節(jié)為FST：0X32 OX07 0X21。本行代碼成幀后為：F7 00 03 00 9e 40 02 8488 32 07 21共十二字節(jié)。

2 譯碼在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用

　　根據(jù)設(shè)計(jì)的譯碼方案，在PC機(jī)中使用VC++等開發(fā)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，將每段NC程序段轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)幀，利用串口發(fā)送給以單片機(jī)作主控芯片的數(shù)控系統(tǒng)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)幀頭，判別各項(xiàng)數(shù)據(jù)的有無(wú)，并取出數(shù)據(jù)放到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，做插補(bǔ)計(jì)算和控制的源數(shù)據(jù)用。在通信之前，先做好通信協(xié)議，規(guī)定握手協(xié)議、校驗(yàn)方式、波特率等。采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)，可增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃�，但也因�(yàn)椴捎眯ｒ?yàn)，增加了幀的長(zhǎng)度，本文未討論數(shù)據(jù)校驗(yàn)，有關(guān)校驗(yàn)的問題可參考相關(guān)文獻(xiàn)。數(shù)據(jù)的發(fā)送以幀為單位采用握手方式一幀一幀進(jìn)行，保證譯碼數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳到單片機(jī)。

3 總結(jié)

　　本文闡述了一種NC代碼轉(zhuǎn)化通信編碼的譯碼方案，能有效地將數(shù)控程序轉(zhuǎn)化到固定幀格式的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，易于單片機(jī)的識(shí)別和處理。單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)協(xié)議規(guī)則，反向處理，很容易得到插補(bǔ)的類型、坐標(biāo)、速度等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)。本文創(chuàng)新之處在于摒棄傳統(tǒng)的編碼方法，根據(jù)NC自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)專門的譯碼方案，能提高數(shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)控程序編譯和解釋的效率。 

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