毕业设计（论文）-基于单片机的切削力测量系统研究.doc

基于单片机的切削力测量系统研究 摘要：本文介绍一种利用单片机实现的测量切削力的系统，该系统采用微机控制，通过A/D转换器进行模拟量与数据量之间的转换，用低级语言采集数据，高级语言处理数据，可以完成各种切削力大小的测定，并能准确的绘出切削力的变化曲线。详细叙述了系统的软、硬件设计原理及实现方法。实验表明，该系统操作方便，性能稳定并且可以有效地提高了测试的精度和测试的效率。关键词：单片机；测量；切削力引言在切削过程中，切削热的产生被切削力直接影响并且刀具磨损耐用度和已加工表面质量也受切削力所影响。在生产中，计算切削功率，设计和使用机床、刀具、夹具都必须以切削力为必要依据。以往，在测量切削力的教学实验中，先是利用切削用具上的传感器所测量到的切削力信号转化为电信号，带动-函数记录仪记录，然后人工整理数据，计算切削力，得到切削力经验公式。这种方法费时、误差大、精度低。针对这一情况，我们利用8951单片机设计了一个切削力测量系统。该系统能实现切削力信号的放大、采集、传输、处理，能用微机给出切削力波形,给出切削力与切削深度、进给量、切削速度的关系曲线。提高了工作效率和测量精度，获得了较好的实验效果。1 智能仪器的设计方法 由于计算机和电子器件的飞速发展，现在的数字化仪器几乎很少有不带有单片机的。因此，智能仪器、智能测试系统的设计和调试是当前测试领域中经常遇到的问题。 1.1 智能仪器的设计原则 1.1.1 从整体到局部的设计原则 在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题分成若干个较简单，容易处理的问题，然后再加以解决。 1.1.2 较高的性能价格比原则 仪器的造价、研制的成本、生产成本、使用成本，设计时不盲目追求复杂、高级的方案，必须综合分析后做出选用方案的正确决策。 1.1.3 组成（集成）化与开放式设计原则 智能仪器系统面临三个突出的问题：产品的更新换代速度太快、市场竞争日趋激烈、满足用户不同层次和不断变化的要求。设计时要考虑仪器的不断更新改善，保障仪器能满足人们不同层次的要求。 1.2 智能仪器的设计思想 1.2.1 采用自顶向下（Top-Down）的设计方法，从总体到局部，再到细节 先考虑整体目标，明确任务，把整体分解成一个个子任务，并考虑子任务之间的关系。这样就把较大的、复杂的、难解决的问题分解成若干个小的、简单的、易解决的问题。 另外，在某些场合也可采取自底向上的设计方法。为了完成某个测试任务，可以利用现有的电路、模块或器件，综合成一个满足要求的系统。这种系统虽然未必是最简单、最优化的方案，但只要能完成测试任务，仍不失为快速、高效解决问题的方法。 1.2.2 软硬件折中 微计算机是智能仪器的核心，它既控制管理整个测试过程，又进行各种数据处理。其中软硬件有各自的特点，并完成不同的功能。软件可以完成许多复杂的运算，修改方便，但执行速度比硬件慢；硬件成本高，组装起来不易改动。 为了降低成本，可以将硬件的功能用软件实现，即所谓“硬件软化”。但这会使运算速度降低，也会增加程序编制的工作量，同时增加了计算机的负担。 在设计智能仪器是，很重要的问题就是软硬件的折中。软硬件各有千秋，多使用硬件可以提高仪器的工作速度，减轻软件的负担，但结构复杂；使用软件代替部分硬件会简化仪器结构，降低硬件成本，同时也增加了计算机软件开发的成本。 软硬件的配置应该从仪器的功能、成本、研制周期和费用等多方面综合考虑1。 1.3 智能仪器的设计、研制步骤 设计、研制一台微机化仪表大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟制设计方案阶段，硬件、软件设计研制阶段，仪器总调、性能测试阶段。以下对个阶段的工作内容和设计原则做简要的叙述。 1.3.1 确定任务、拟制设计方案 根据要求确定仪器的功能、指标和设计任务 项目调研了解现状和动向，明确需要完成的测试任务；考虑被测信号的特点，被测量的数量，输入信号的通道数、被测量、类型、变化范围；测量速度、精度、分辨率、误差；测量结果的输出方式，显示器的类型；输出接口的设置，如通信接口、打印机接口，IEEE-488，RS-232标准接口等。 另外，要考虑仪器的内部结构、外形尺寸、面板布置、研制成本、仪器的可靠性、可维护性及性能价格比等。在对上述各项进行综合考虑的基础上，提出仪表设计的初步方案。进行总体设计通过调查研究对方案进行论证，以完成微机化一般总体设计工作。完成总体设计之后，便可将仪表的研制任务分解成若干课题（子任务），去做具体的设计。1.3.2 硬件和软件的研制 在开发过程中，硬件和软件应同时进行，在设计硬件、研制功能模板的同时，完成软件和应用程序的编制。硬、软件工作相互配合，充分发挥微机特长，缩短研制周期。硬件电路的设计、功能模板的研制和调试根据总体设计，将整个系统分成若干个功能块，分别设计各个电路，如输入输出通道信号调理电路，接口单片机及其外围电路等。在完成电路设计后，即可制作相应功能模板。在设计研制功能模板时，要保证技术上可行、逻辑上正确，并注意布局合理、连线方便。先描制逻辑电路图，经反复核对线路无差错，才能制成布线图，在加工成印刷电路板后须仔细校核2。软件框图的设计、程序的编制和调试 将软件总框图中的各个功能模块具体化，逐级画出详细的框图，作为编制程序的依据。编写程序一般用汇编语言建立用户原程序。在开发系统机上，利用汇编软件对输入的用户原程序进行汇编，变为可执行的目标代码。用汇编语言来编写，可以减少存储、加快程序执行速度和节省机器时间。 在程序设计中还必须进行优化工作，即仔细推敲、合理安排，利用各种程序设计技巧使编出的程序占用内存空间较小，而执行的速度快。2 切削力的测量和经验公式的建立2.1 图解法在切削力测量的教学实验中需要测量的是车削外圆的切削力，包括主切削力、吃刀抗力、走刀抗力，下面以为例说明经验公式的建立。的指数公式为： (1)式中: 切削深度()；进给量(/)；系数；、指数系数。经验公式的建立就是通过测量数据求出、，得到公式。测量切削力的实验方法很多，本例采用单因素实验法，即在固定其它因素，只改变一个因素的条件下，测出切削力，然后处理数据，建立经验公式。根据单因素实验法，由式(1)可得分别表达切削深度和进给量的单项切削力指数公式： (2)如对(2)式两边取对数，则： (3)可以看出，图1中和的关系在对数坐标上是直线。其中(或)是线和线在=1(或=1/)处的对数坐标上的公斤数；、分别是线和线的斜率。、求出后,利用任一对线和线就可以求出，进而求得经验公式。、的求法与此类似。 式中的、可用米尺在图1中直接量出，而式是在（改变f实验时所固定的值）的情况下得到的，故有： 由于实验误差，与不一定相等，因此应取两者的平均值，即： 图1 和的关系线图2.2 一元线性回归法 理论上，与应是线性关系，但实际的实验点往往不可能全部落在一条直线上存在随机误差少，上述图解法是用眼睛观察绘出一条直线，因此所求得的指数、系数存在一定的误差。一元线性回归法，是运用数理统计中回归分析的方法，建立一元线性回归方程，因为它是建立在误差平方和为最小的“最小二乘法”基础上得出的一条直线，因此误差最小。3 根据课题要求，提出了两种方案3.1方案一（框图见图2） 图2 方案一框图此方案为传统的测试系统，传感器将来自测力仪的切削力信号转换成电量，送至动态应变仪整形、放大，再通过光线示波器输出、显示、人工处理。这种测试系统简单可行，操作方便，易于掌握，还可用于动态测量。其缺点是：动态应变仪放大倍数不足光线示波器输出信号分辨率较低，不能反映微弱信号的变化。加之实验人员的读数误差，对信号的微弱变化不能清楚识别，测量误差大。对测力仪的灵敏度要求高由于刚度和灵敏度的矛盾，从而导致了测力仪刚度、固有频率的下降，影响了切削的动态测试性能。系统补偿能力不强只能反映应变的总信号，没有识别干扰信号的能力，从而提高了测力仪的抗干扰要求，增加了制造测力仪的抗干扰要求，增加了制造测力仪及贴片工艺的难度。数据处理琐碎，精确度低微型计算机为中心建立的切削力微机测试系统，用于机械加工中切削力的测定和数据处理，即可弥补上述不足。3.2 方案二（框图见图3）图3 方案二框图 此方案由89C51单片机与微机的串行连接来实现。它不仅能给出切削力的波形及切削力与进给量、切削深度、切削速度之间的关系曲线，还可以用一元线性回归算法对数据进行处理，最终得出切削力的经验公式。 故我们采用了方案二。4 统硬件设计系统硬件方框图如图3所示。4.1 传感器电路由应变片组成的八角环形测力传感器电路完成非电量到电量的转换,也就是把切削力信号转换为电压信号，总系统图见图8。图8 测力仪与应变仪组成的电桥4.1.1 八角环形测力传感器的工作原理 八角环电阻式三向车削测力仪是在一块整体钢材上加工出2个八角环而形成的,在下环和下环的各个表面共粘贴有20片电阻应变片。组成3个电桥。分别测量FZ、FY、FX,在测力仪制造工艺及贴片质量良好的情况下,三向力之间的相互干扰小于5%。电阻式测力仪系采用电阻应变片传感器，主体为平行八角环结构。通常八角环形电阻式三向车削测力仪有两种结构。卧式八角环形电阻式三向车削测力仪，该八角环(上下环)作为弹性元件，其上粘贴电阻应变片。立式八角环形电阻式三向车削测力仪，该八角环(前后环)作为弹性元件，它采用了端面粘贴应变片测三向力的原理。二者使用时相同，取下车床的四方刀架，安装上测力仪即可。当外力作用在车刀上时，测力仪的弹性元件受力变形，于是粘贴在弹性元件一定位置上的电阻丝应变片也随之产生变形，应变片的电阻值将按的关系变化，使由应变片组成的电桥失去平衡。经过输出放大和记录，再根据标定换算关系求出切削力的数值。弹性元件受力变形后引起电阻应变片电阻值的变化。电阻变化率与应变有如下线性关系：，式中K0为电阻应变片的应变灵敏系数。一般K0取值为2.02.4。图5 电阻应变片组成的电桥图5（a）为由电阻应变片所组成的电桥，、分别为四个桥臂的电阻。当A、C端加以一定的桥压时，则B、D端的输出电压由下式求得： 由式可知，当风时，输出电压0，即电桥处于平衡，这就是在进行切削实验前必须进行的电桥平衡的调节工作。 在切削力的作用下，应变片的电阻发生变化，破坏了电桥的平衡。若、分别产生、的电阻变化，则由式电桥的输出电压为： 由式可以看到电桥的一个重要特性：当电桥相邻两臂有符号相同的电阻变化时，电桥输出电压为两桥臂电阻变化相减的结果，当电桥相对两臂有符号相同的电阻变化时，电桥输出电压为两桥臂电阻变化相加的结果。因此，在侧力仪接桥时，为使电桥有较大你输出，则应使电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的电阻变化。这就是测力仪的布片与接桥原则。 测力仪常用的电桥有等臂全桥（电桥由四个工作臂组成，）及半桥（电桥由两个工作臂加上两个固定电阻组成，），如图6所示。由式知可，两种电桥的输出电压为：全桥： 半桥： 比较式与式可知，当； 时，全桥的输出为半桥的两倍，也即全桥的灵敏度为半桥的两倍。因此，为提高测力仪的灵敏度，即使电桥有较大的输出，应尽可能采用等臂全桥的测量电路。图 4 卧式双环八角环形电阻应变式测力仪图4所示的卧式双环测力仪，其弹性元件由上、下两个八角扁环组成，环的表面粘贴有20片电阻应变片，联成三个电桥，分别用于测量车削时的三个分力、图6 八角环形电阻测力仪的应变片分布用于测量力的电阻应变片共有四片、（也 可贴八片）组成全桥（图6），在力的作用下，上环产生拉伸变形，于是、受压，电阻减小（、）；下环产生压缩变形，于是、受拉，电阻增大（、）。由于电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而电桥相对两臂有符号相同的电阻变化，符合上述布片与接桥原则，而且是全桥电路，故有较大的输出电压。用于测量力的电阻应变片共有八片、，每臂由两片串联组成全桥电路（图7），在力的作用下，上、下两环都产生压缩变形，于是、受拉，电阻增大（各为）； 、受压，电阻减小（各为）。同理，符合上述布片与接桥原则。用于测量力的电阻应变片共有八片、，每臂由两片串联组成全桥电路（图7），在力的作用下，上、下两环皆受切向力，于是、受拉，电阻增大（各为）；、受压，电阻减小（各为）。同理，也符合上述布片与接桥原则。测力仪的布片与接桥，还应考虑尽可能的消除三个分力之间的相互干扰，即每一个电桥的输出电压仅与被测的切削分力有关，而其他两切削分力的作用不引起电桥输出电压的变化。为此，在布片与接桥时，还应使被测切削分力以外的其他两分力作用时，对被测切削分力的电阻应变片所产生的电阻变化，在电桥中相互抵消，即所谓电补偿方法。如测量力的电桥输出，在力的作用下。、皆受拉伸变形，电阻增大，各为，且数值相等，代人上式，括号内数值之和为零，所以力的作用对力的电桥不产生输出，即力对被测的力没有干扰。力的作用下，、受拉，电阻增大，、皆为；、受压，电阻减小，、皆为。将各代人上式，括号内数值之和也为零，所以力的作用对力的电桥也不产生输出，即力对被测的力没有干扰。由此可知和力对力无干扰。同理，也可以证明和二力对力无干扰，和力对也无干扰。消除分力之间干扰的方法，也可以使用补偿器或通过标定公式消除。图7 八角环形电阻式应变仪三个分力的电桥 4.2 滤波、放大器由于现场各种因素的影响，从传感器输出的信号往往含有很多杂波，为了去除这些杂波成分，采用两阶低通滤波器滤波。另外由于传感器输出的信号幅度较小，为了保证/转换电路的输入幅度并具有较高的精度，在信号滤波后将其放大，使它的幅度在05之间。4.3 采样保持及数据采集电路这部分电路如图9所示。图9 硬件原理图数据采集系统的核心是计算机，它对整个系统进行控制和数据处理。它所处理的是数字信号，因此输入的模拟信号必须进行模数（A/D）转换，将连续的模拟信号量化4。无论A/D转换器的速度多快，A/D转换总需要时间，由此产生了两个问题：第一， 在A/D转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使A/D转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大小。为了减少误差，需要保持采样信号不变。第二， A/D转换器输出的数字量只能表明采样时刻的信号值，通过采样使输入的连续信号变成离散信号。最后必须再使离散信号不失真的恢复成原来的连续信号。4.3.1 采样/保持器 在将模拟信号转换为数字信号时，从启动转换到转换结束,需要一定的时间，即/转换的孔径时间。由于孔径时间的存在，当输入信号频率较高时，直接转换会造成较大的转换误差。为提高转换精度，我们在/转换前加了采样保持器。在这里我们选了LF398作为采样保持器（其原理图见图10）5。图10 LF398的原理图保持电容的选择取决于维持时间的长短。逻辑控制输入端用于控制采样或保持。逻辑电平基准输入端L.R能使控制信号与各种逻辑电平兼容，L.R接地时，控制电平与TTL兼容。OFFSET端用于零位调整。当选用时，信号达0.01%精度的获取时间为25S，保持电压下降为300V。398实现，其3脚加输入信号，8脚加控制信号，7脚是参考电平。当8脚电平高于7脚时，输出端(5脚)信号随输入变化并对6脚外接电容充电。当8脚电平低于7脚电平时，输出端(5脚)信号保持不变。398的输入信号来自低电压模拟多路复用器4559的输出端，5脚输出给0809的一个通道。8脚的控制信号由8951的3.2脚产生的脉冲信号来控制，保持时间取决于，取的值是0.01。 5.3.2 模/数转换器 在微型机的数据采集系统和控制系统中，大多采用低、中速的大规模集成A/D转换芯片。对于低、中速A/D转换器，这类芯片常用的转换方法有计数-比较式、双斜率积分式和逐次逼近式三种。计数-比较式器件简单、价格便宜，但转换速度慢，较少采用。双斜率积分式精度高，有时也采用。由于逐次逼近式模/数转换技术能很好兼顾速度和精度，故它在十六位以下的模/数转换器件中得到了广泛的应用。逐次逼近式模/数转换器主要由逐次逼近寄存器SAR、数字/电压转换器、比较器、时序及控制逻辑等部分组成。逐次逼近式模/数转换就是逐次把设定在SAR中的数字量所对应的数/模转换网络输出的电压，跟要被转换的模拟电压进行比较，比较时从SAR中的最高位开始，逐次确定各数码位是“1”还是“0”，其工作过程如下：当微机发出“转换命令”并清除SAR寄存器后，控制电路先设定SAR中的最高位为“1”，其余位为“0”，此预测数据被送至D/A转换器，转换成，然后将与输入模拟电压在高增益的输出为逻辑0或逻辑1的比较器中进行比较。如果，说明此位置“1”是对的，应予保留；如果，说明此位置“1”不适合，应予清除。然后按上述方法继续对次高位进行转换、比较和判断，决定次高位应取“1”还是取“0”。重复上述过程，直至确定SAR最低位为止。这个过程完成后，状态线就改变状态，表示已完成一次完整的转换。最后，SAR中的内容就是与输入的模拟电压对应的二进制数字代码。这种转换过程是否能准确逼近模拟信号，主要取决于SAR位数的多少，位数越多，就越能准确逼近模拟电压信号，但转换的时间也越长。逐次逼近式模/数转换器的优点是精度较高、转换速度较快（如10位转化时间最快可达1m），而且转换时间都是固定，因而特别适合于微型机数据采集系统和控制系统的模拟量输入通道。它的缺点是抗干扰能力不够强，而且当信号变化率较高时会产生较大的线性误差。这是因为转换加权过程中，信号的变化使转换结果只能是信号初始值和结束值之间的某个不确定值，如果采用采样-保持器，则可以使情况得到很大的改善。双斜率积分式模/数转换方法的抗干扰能力比逐次逼近式强。这个方法的基础是测量两个时间，一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间，另一个是在已知参考电压下放电所需时间。模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比。在“转换开始”信号控制下，模拟输入电压在固定时间内充电n个时间脉冲，时间一到，控制逻辑就把模拟开关转换到与极性相反的基准电源上，开始使电容放电。放电期间计数器计数脉冲的多少反映了放电时间的长短，从而决定模拟输入电压的大小。输入电压大则放电时间长。当比较器判定电容放电完毕时，就输出信号使计数器停止计数，并由控制逻辑发出“转换结束” 信号。计数器计数值大小反映了输入电压在固定积分时间T内的平均值。这种转换方法的优点是消除干扰和电源噪声的能力强、精度高，缺点是转换速度慢。因此，在信号变化缓慢，模拟量输入速率要求较低、转换精度要求较高，且现干扰较严重的情况下，有时也采用这种转换方式的单片A/D转换器。/转换选择了0809芯片,其价格低,转换速度中等,可靠性较高,适合本系统要求。ADC0809是和微处理器兼容的8通路8位/转换器。它主要由逐次逼近式/转换器和8路模拟开关组成。其引线及在系统中的典型连接方法见图11。ADC0809的特点是：可直接与微处理器相连不需另家接口逻辑；具有锁存控制的8路模拟开关，可以输出8个模拟信号；分辨率为8位，总的不可调误差为1/2LSB；输入输出引脚电平与TTL电路兼容；当模拟电压范围为05V时，可使用单一的+5V电源；基准电压可以有多种接法，且一般不需要调零和增益校准。图11 ADC0809的引线及其在系统中的典型连接方法ADC0809与89C51单片机的连接如图12所示6。其电路连接主要涉及两个问题：第一是8路模拟信号的通道选择；第二是A/D转换完成后转换数据的传送。 8路模拟信号的通道选择ADC0809输出端有三态锁存器，可以与89C51直接接口。89C51的端口0作为复用数据总线与ADC0809的数据输出端相连。89C51的低三位数据线（ ）用于选择8路模拟量输入。ADC0809的时钟信号由89C51的ALE信号提供。转换的启动信号（ST）和8路模拟输入开关的地址锁存允许信号（ALE）由89C51的写信号（）及地址译码输出信号逻辑提供。这里是把ADC0809当作89C51的一个I/O扩展口，启动ADC0809进行写入操作，写入的数据送到A、B、C端作为输入通道选择。如果只有一路输入，例如只由路输入，可将A、B、C接地；只由路输入时，A、B、C可固定接+5V。 转换数据的传送A/D转换后得到的数字量数据应及时传给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此可采取下述3种方法7。 定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，延时时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 查询方式 A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可知转换是否完成，并接着进行数据传送。 中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。图12 ADC0809与89C51单片机的连接在本系统中，ADC0809的时钟频率选在500,是由8951的信号经7474二分频产生。因为在0809前有4559进行通道选择,所以0809的17全部接地,只留0作为输入通道。因此,、均接地。将2.6作为片选信号,在启动/转换时,由8951的写信号和2.6控制0809的地址锁存和转换启动,和连接在一起,锁存地址的同时也启动转换8。用查询的方式监控0809的转换是否结束,一旦转换结束,0809的脚出现高电平。然后利用8951的读信号和2.6经一级或非门后,产生正脉冲作为信号,用以打开0809内部的三态输出锁存器,将转换结果输出到数据总线上。 4.4 CPU CPU是微处理器的核心，控制整个微处理器的运作，并提供各种算术、逻辑运算及逻辑与判断等各种功能。89C51芯片是一个八位元（8-bit）的COMS单晶片微处理器。符合MSC-51工业标准。89C51内含4K-byte的快闪记忆体（Flash Memory），可重复烧录程式达1000次以上；128-byte RAM的程式记忆体，作为程式变数区；并提供32条I/O信号线，2个16-bit的计时器（Timer）或计数器（Counter），一个双向串行接口（RS-232 Serial Port）和五个中断向量功能。在本系统采用了89C51芯片作为核心部件，由于此系统要对3路输入量依次采集256个值,因此我们扩展了一片数据存储器6264用于存放被采集的数据,此采集过程要重复四次,形成每路1字节,然后进行数据传送,由串口传给微机处理。4.4.1 89C51单片机 89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列见图139。图13 89C51单片机芯片引脚排列图信号引脚介绍： 输入/输出口线P0.0P0.7 P0口8位双向口线P1.0P1.7 P1口8位双向口线P2.0P2.7 P2口8位双向口线P3.0P3.7 P3口8位双向口线 ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN 外部程序存储器读选通信号外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 EA 访问程序存储器控制信号当/EA保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器读取外部ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取外部ROM）。 RST 复位信号复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 XTAL1和XTAL2 外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此两引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 Vss 地线 Vcc +5V电源 P3口线的第二功能，见表1表1 P3口线的第二功能口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0申请P3.3INT1外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通4.4.2 单片机数据存储器的扩展 由于单片机内部的资源有限，在实际应用中，许多情况下光靠片内资源上不够的。为此要对单片机进行扩展，以构成一个功能更强以满足需要的单片机应用系统。数据存储器扩展常使用随机存储器（RAM）芯片，此时，我们选用了Intel公司的6264芯片，其扩展连接图见图1410。它使用的是COMS工艺，因此具有功能低的特点。在维持状态下只需几个微安的电流，很适宜作需断电保护或需长期低功耗状态下工作的存储器，其存储容量为8KB，E2PROM除可作为程序存储器扩展外，还可以作为数据存储器扩展。图14 6264RAM扩展连接图4.5 串行通信接口系统前端采集来的数据需要传送到微机进行处理，这部分功能由串行通信接口电路实现。本系统中采用的是-232串行通信，目前这是最常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通信，其通信距离不大于15，传输速度最大为20/。串行接口电平转换芯片采用了MAXIM公司生产的MAX3232，在接线上采用的是简易的三线制通信线路。5 系统软件设计 5.1 主机软件设计主机部分的软件设计采用+6.0语言编写。主要负责接收下位机传输过来的数据，完成对力的变化曲线以及切削力与进给量、切削深度、切削速度之间的关系曲线的绘制，并用一元线性回归算法对数据进行处理，得出切削力的经验公式。5.2 下位机软件设计单片机部分的软件设计负责完成对信号输入通道的选择、过压检测、采样保持、/转换、数据存储以及向上位机发送数据。该部分软件采用汇编语言编写，其流程图见图1511。图15 单片机工作流程图5.2.1初始化程序 首先进行定时器、串口初始化；接着对数据存储器地址指针置初值；循环计数器置初值；输入通道地址指针置初值；通道计数器、累加校验和计数器置初值。5.2.2 系统过压监测保护部分的程序设计 过压监测保护部分的设计是为了防止输入信号幅度过高，进入后端对电路产生影响，以至于输出数据不正确而设计的。在程序设计中，先对三路信号进行预采集，每一路信号预采集32个数据。用三个寄存器对每路信号中预采集值超过 #099(人为设定)的数据的个数进行计数，如果该个数超过预定值则报警，提示操作员应改变信号放大档位，重新进行数据采集。5.2.3 数据采集部分的程序设计 根据要求，进行一次数据采集每路信号要采集1024个点，三路信号共计3072个点。先将采集到的3072个数据暂存在外部数据存储器6264中，由于采用的是8位单片机，其最大计数256，因此在程序设计上采用了三层循环的方法。内层循环为3次，分别对三路信号进行一次采集；中层循环为256次，即对每一路信号采集256个点；外层循环为4次，从而完成对每一路信号进行1024次数据采集的工作。5.2.4 串行通信部分的程序设计 首先对串行口进行初始化，设置串行口为工作方式1；定时器采用方式2；波特率设为1200，接着发送采集的数据。由于数据在外部数据存储器中的存储格式，发送数据时将全部数据分成十二个数据包发送，在发送每一个数据包的头加一个方向标志，在每个数据包的结尾发送一个累加校验和，用以进行数据校验。每发送完一个数据包，单片机都等待微机反馈过来的信号，如果数据校验一致，则发送下一个数据包；如果数据有错误，则将刚才发送的数据包再重新发送，直至数据正确为止12。6 结束语我们基于8951单片机设计的切削力测量系统，实现了人机对话，便于操作，实验效果比较令人满意。实验表明，该系统具有直观、高效、精度高的特点。7 致谢 本论文的研究工作是在麻东升老师的悉心指导下完成的。在整个论文工作中，麻老师给予了作者全面、认真的指导，为作者创造了浓厚的学术氛围，启发了本人的思路，并为本人的研究设计工作创造了优越的实验条件。麻老师知识渊博、思考敏锐，且以其平凡而伟大的人格影响我、教育我，尤其是老师严于律己、宽以待人的崇高品质以及严谨求实的治学态度使我受益匪浅，令我终生难忘。藉此论文完成之际，谨向麻老师致以最衷心的谢意！最后，对机电系的老师和同