摘要
近几年来随着半导体技术的飞速发展，特别是单片机和传感器技术的不断应用,许多新产品不断问世，这让科技工作者在开发新型，精度高的，可靠性好的，低消耗的并且由单片机来控制的装置变得更加地容易，本课题的研究工作就是在此背景下展开的。
本文主要研究是基于AT89C51单片机的数控机床切削力装置的设计问题。介绍了应用AT89C51单片机测量数控车床切削力的新方法,在做这个课题时，首先去读书馆查阅了很多相关的资料，通过对资料的整理设计出来了三种不同的方案，从实用性，经济性，可靠性等进行比较以后，最后采用的是第三种方案，设计主要分为二个部分:硬件控制和软件实现部分.其中硬件部分主要是利用测力传感器接收来自数控机床上的三路分力并且t和单片机以及控制电路相连等,软件部分可以用汇编语言和C语言来实现，但是在这里主要是利用C语言软件进行算法设计. 课题重点阐述了单片机实现连续自动采样、A／D 转换、标度变换、数据处理及过载自动报警的方法。文章给出了单片机测控系统的原理、结构及进行数据采集的程序.
在方案实施过程中，首先利用PROTEL99绘制了相关原理图，然后制作了一块电路板，软件方面首先是通过对C语言的学习，用C语言编制了方案程序，并且用实验仪器模拟后没有发现错误才把程序放入AT89C51。
除了完成了硬件和软件以外，还完成了二万字的设计说明书和四万字的英文资料翻译等。
文档最后对本设计进行了总结和进一步的展望。这类新型的数控机床切削力装置的设计实时性好，测量精度高，必将得到广泛的应用。
关键词：AT89C51单片机；测力传感器；ADC0809；桥路；数据采集
目 录
前言 1
1 绪论 2
1.1 课题的背景与意义 2
1.2 本文档所做的工作 2
1.3 本文主要结构 3
2 系统方案设计 4
2.1 方案论证与比较 5
2.2 总体设计方案及系统框图 5
3 系统硬件电路设计 6
3.1芯片介绍与选择 6
3.1.1 MCS-51 单片机系统介绍 6
3.1.2 AT89S51 使用说明 ...6
3.1.3 ADC0809芯片介绍 10
3.2 AT89S51接口电路设计 ...13
3.3 数控机床切削力的测定 13
3.3.1 切削力的特点介绍 13
3.3.2 切削力的分解 13
3.3.3测力传感器使用说明 14
3.3.4测力传感器的选择 15
3.4 切削力信号的采集 16
3.4.1信号放大电路介绍 16
3.4.2采样保持电路设计 17
3.4.3ADC0809芯片硬件连线 22
3.5 数码显示电路设计 23
3.5.1 LED的结构原理 23
3.5.2 LED显示器工作原理 24
3.5.3 显示电路设计 25
3.6报警与按键控制电路设计 25
3.7复位电路设计 26
4 系统软件设计 27
4.1程序设计思路 27
4.2 详细程序设计（见附录一） 27
4.3程序流程图 28
4.4 标度转换与程序框图 29
4.5 切削力标定的方法及意义 29
5电路板制作及调试 30
5.1系统电路图的绘制 30
5.1.1 Protel99SE软件介绍与使用 30
5.2 PCB板的设计与制作 31
5.3 硬件调试 32
5.4 软件调试 33
6 总结 33
参考文献 35
致 谢 36
附录一 37
附录二 49
前言
近些年来，随着科学技术技术的不断向前发展，新型的、具有特殊功能的传感器不断涌现出来，检测装置也向小型化、固体化及智能化方向变革，应用领域也越加宽广，上至茫茫太空，下至海底、井下，大到工业生产系统，小至家用电器、个人用品，我们都可发现检测技术的广泛应用。采用微机技术，使检测技术智能化是当前的发展趋势。从20世纪70年代微处理器问世后，人们已逐渐将微机技术应用到测量技术中，使检测仪器智能化，从而提高了检测仪器的精度和可靠性，实现了更多的功能。
单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，它以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年也得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器等，无不含有CPU控制器，即单片机。
在工业加工中,许多零件都要经过数控机床才能够生产出来,而在加工过程中切削力的测量是非常重要的,精确的测量就能够让部件的质量更加好,可靠性更高.当切削力过小时就加工不动,而当切削力过大时就可能损坏零件或数控机床,甚至更加严重的是可能对人产生危险.因此切削力的测量是不可缺少的,也是不能够马虎的,现在随着传感器和单片机技术的应用,让测量切削力变得更加简单了。
本文设计的切削力检测及显示系统是将切削力变送、显示和数字控制集合于一体，能用软件实现实时显示切削力和进行上下限控制。它采用MCS-51系列单片机为核心控制单元，由测力传感器进行切削力变送，可通过汇编语言和C语言来实现切削力的LED显示，设计这样一种具有连续采样切削力并且显示功能的系统对工业生产中的切削力检测有重大的意义。
综上所述，本课题的设计内容 ，具有重要的技术与经济意义。
1.绪论
在许多数控车床的加工应用场合，切削力都是必须监测和控制的关键参数，目前已经开发出许多不同的测量技术以满足这些应用对各种技术和成本的要求。
1.1 课题的背景与意义
在数控车床的加工中，切削力的测量甚为重要。目前常用的测力控系统大多存在至少两大缺点：其一，需要很多连线才能把现场传感器的信号送到采集卡上，布线施工麻烦，成本也高；其二，线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，为了克服这些缺点，一种基于数字化单总线技术的系统应运而生。
通过这种技术对切削力的测量可以分析与研究数控车床各零部件、机构或结构的受力情况和工作状态．验证设计和计算结果的正确性．对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。确定整机工作过程中的负载谱和某些物理现象的机理
