基于单片机的自动售货机设计.docx
- 文档编号:25028799
- 上传时间:2023-06-04
- 格式:DOCX
- 页数:51
- 大小:325.41KB
基于单片机的自动售货机设计.docx
《基于单片机的自动售货机设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的自动售货机设计.docx(51页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的自动售货机设计
摘要………………………………………………………………………………………………2
Aastract…………………………………………………………………………………………3
一、自动售货机的系统结构……………………………………………………………………4
1.1自动售货机的总体系统结构………………………………………………………………4
1.2自动售货过程的控制子系统简述…………………………………………………………5
二、自动售货机的功能介绍……………………………………………………………………6
2.1此次设计的自动售货机的功能简介………………………………………………………6
2.2实现自动售货机的功能的设计思路………………………………………………………7
三、硬件接口电路………………………………………………………………………………7
3.1中央控制元件简介…………………………………………………………………………8
3.2投币及投币总数LCD显示系统…………………………………………………………9
3.2.1投币系统…………………………………………………………………………………9
3.2.3LCD显示…………………………………………………………………………………10
3.3货物选择系统………………………………………………………………………………14
3.4出货系统……………………………………………………………………………………24
3.4.1出货功能的描叙…………………………………………………………………………24
3.4.2出货程序流程图…………………………………………………………………………24
3.5找钱系统……………………………………………………………………………………25
四、设计仿真……………………………………………………………………………………26
4.1Proteus简介…………………………………………………………………………………26
4.2仿真电路……………………………………………………………………………………26
附录………………………………………………………………………………………………33
参考文献…………………………………………………………………………………………48
致谢………………………………………………………………………………………………49
摘要
本文详细介绍了自动售货机系统的方案设计、硬件选择、软件规划和编写,并重点描述了自动售货机系统的工作原理、系统设计、软件编程的原则和技巧。
该系统以单片机AT89C51芯片为核心,采用集中控制方式实现了对自动售货机全过程的自动控制。
本系统选择独立式键盘按键作为货物选择端,实现了投币总数的显示功能。
此外,系统程序采用keil软件进行程序的编写和编译,该软件具有编程简单、查错方便、阅读容易等特点。
汇编语言是程序的基本语言,具有容易理解,便于记忆和使用等特点。
关键词:
自动售货机,AT89C51,LCD显示
TheVendingMachineDesignBasedOnMCU
Abstrct
Thispaperdescribesavendingmachinesystemdesign,hardwareselection,softwareplanningandpreparation,anddescribesthefocusoftheworkvendingmachinesystemtheory,systemdesign,softwareprogrammingprinciplesandtechniques.AT89C51inthesystemasthecorechip,therealizationofacentralizedcontrolofthevendingmachine'sautomaticcontroltheentireprocess.Choiceofthesystemasastand-alonekeyboardkeystochoosethegoodsside,therealizationofthecoinshowsthetotalnumberoffeatures.Inaddition,thesystemprogramusingkeilsoftwaretoprepareandcompileprocedures,thesoftwareprogrammingissimple,convenienterrorchecking,easytoreadandsoon.Assemblylanguageisthebasiclanguageprogramwitheasytounderstand,easytorememberanduseandsoon.
Keywords:
VendingMachines,AT89C51,LCDDisplay
一、自动售货机的系统结构
1.1自动售货机的总体系统结构
自动售货机是集光、机、电一体化的独立机构,它只需要顾客投币和按购物键选择即可自动售货及退找零钱,其工作程序如下图1.1
售货机的工作原理是:
(1)从投币口送入货币,然后通过传感器采集数据、识别器判断货币的真伪并判别面值。
(2)识别器把信息数据传给通信模块。
(3)通信模块与售货机的主控系统通信,主控系统显示面值,启动售货机的面板键,显示出哪个货道有货,哪个货道已经售完,并等待顾客按键选择商品。
(4)顾客选择商品后,售货机自动把商品送出,等待顾客取走。
(5)显示余额,如果金额足够多,顾客可以选择找币或者继续买商品;如果款额不够,售货机经过延时予以退币。
退币分为两种情况:
一种是由货币识别器完成退纸币,另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。
(6)系统复零,完成售货。
自动售货机的硬件原理构成如下图2.2所示
综合所述,售货机系统可以分为三部分组成,即自动售货机的控制子系统、通讯子系统、硬币器子系统以及纸币器子系统。
其中控制子系统是本设计研究重点。
1.2自动售货过程的控制子系统简述
控制子系统由以下四个部分组成,分别是预设自动售货机系统、金额累计、可售指示和退币系统、售完检测系统、售出累计及自测功能系统。
1、预设自动售货机系统。
自动售货机售出的同类商品可分为若干品种,其售前设定价格须预先寄存在控制系统内。
售货机的价格设置由按键和存储器组成。
通过按键选择被设价商品的种类及价格,并将价格写入存储器中,该存储器本身具有掉电保护功能,属于软件设置方式。
此外,在简易售货机中,由于出售商品的种类少,价格变化下,使用币种单一,也可以用硬件设置价格,才用拨码开关对应方式,结构简单,操作方便。
2、金额累计、可售指示和退币系统。
控制系统的核心CPU对识币、退币、无货检验及购货信号进行循环检查,当有识币信号后,将金额数值送入金额累计存储器中进行累计,并通过串行接口使可售指示灯亮,提示购货。
此时可以按下购货按钮,由于CPU检测到有购货信号后,如金额累计器中的数值与预设价格相等,则通过并行扩展接口驱动电磁阀或者微电机驱动出商品,并将金额累计存储器清零,完成一次售货过程,如累计金额大于预设价格时,驱动商品后,相减差额由信号驱动退币,实现退币和找钱功能。
3、售完检测系统。
在自动售货机商品存储存道下方按照有接触行程开关,当存储存道有商品时,压下行程开关,自动售货机正常工作;当商品出售完毕时,行程开关被释放,向CPU发出无货信号,经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号,使机身“售完”指示灯亮,此种商品自动停售,即使投币金额达到该道商品预设价格数值,可售按钮仍然无法启动信号,金额累计存储器也不清零。
4、自动售货机售出累计及自测功能系统。
该机CPU在每次售出商品后,向售出累计存储器中累计售出数据,通过自动售货机内部的按键可在金额显示窗口中读到累计结果。
此外,在按下自测功能键后,出现自测功能信号,由外部按键操作,可检测各商品存储道的驱动商品功能。
二、自动售货机的功能介绍
2.1此次设计的自动售货机的功能简介
基本原理:
货币识别器对所投货币进行识别,根据金额将商品选择权提供用户,用户选择后,控制芯片发出指令将所选择商品从储备料道中送达取物口。
其功能描述:
货物种类一共设有3种,这3种物品分别对应着3个不同的按键选择,其中2元,3元,4元价格不等的物品各1种;自动售货机能够投币总数LCD显示功能。
如果累计投入的货币数目超过物品的预设价格,机器能够实现找钱功能;如果投入的货币没有达到所选择物品的预设价格时,投入的钱将全部退还;在投入一次累加货币后选择物品,如果投入的累加货币数目大大超过所选择物品的预设单个价格时,那么能够实现选择同一个物品购买多个,在本设计中设为可以同时购买2个或3个物品。
本设计中有一共有7个按键选择,其中3个是货物选择键,有2个是多选键(一次购买2个或3个货物),还有1个确定键和1个取消键。
如果没有按照预先设计的流程顺序进行按键选择,自动售货机将会自动返回操作前的状态,等待再次正确的按键选择。
自动售货机的原理框图如图1.2所示
2.2实现自动售货机的功能的设计思路
采用单片机89C51作为中央控制元件;
用P3.4(XO)口作为识别货币输入端;
P1口作为货物选择选择端(采用独立式键盘做为选择货物端);
采用P0口实现掉出货物功能、找零功能;
三、硬件接口电路
图3.0硬件接口电路
如图3.0所示,本次设计的自动售货机系统包括以下几个部分:
中央控制元件89C51、投币及投币总数LCD显示系统、货物选择系统、出货系统、找钱系统。
3.1中央控制元件简介
在本次设计中,中央控制元件采用MCS-51系列单片机中的89C51。
如图3.1所示.
图3.189C51引脚图
1.主要特性:
与MCS-51兼容;4K字节可编程闪烁存储器;寿命:
1000写/擦循环;数据保留时间:
10年;全静态工作:
0Hz-24Hz;三级程序存储器锁定;128*8位内部RAM;32可编程I/O线;两个16位定时器/计数器;5个中断源;可编程串行通道;低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路
2.管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
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。
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。
/PSEN:
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/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
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,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
3.2投币及投币总数LCD显示系统
3.2.1投币系统
投币系统是自动售货设计当中比较重要的一块,涉及到货币识别系统,对于识别货币器是如何设计、如何工作的,在这里将不做进一步的研究。
本课题设计主要是要实现自动售货机的投币总数显示、货物选择、出货以及找零功能。
在本次设计中用P3.4上的一个按键来代替投币系统的电平输出。
在投币系统中可以通过89C51内部的定时器来控制投币时间,在规定的时间范围内完成投币动作,否则投入的货币全部退出。
由于本次设计主要是要体现从投币到操作最后到出货的过程,在设计中没有用到定时设置。
本次设计的货币累加是对判断P3.4上的按键上所按下的次数进行累加来实现的,并将累加的次数送到寄存器B,然后系统根据投币的总数和相应的操作来实现输出。
3.2.3LCD显示
本次设计选用TC1602液晶显示屏,可以直接跟51系列单片接口相连。
液晶模块TC1602采用标准的16脚接口,其引脚功能如下
第1脚:
VSS为电源地,接GND。
第2脚:
VDD接5V正电源。
第3脚:
VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15脚:
BLA背光电源正极(+5V)输入引脚。
第16脚:
BLK背光电源负极,接GND。
TC1602液晶模块内带标准字库,内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了192个5×7点阵字符,32个5×10点阵字符。
另外还有字符生成RAM(CGRAM)512字节,供用户自定义字符。
如表1所示,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令
指令1:
清显示,指令码01H,光标复位到地址00H位置
指令2:
光标复位,光标返回到地址00H
指令3:
光标和显示模式设置I/D:
光标移动方向,高电平右移,低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效,低电平则无效
指令4:
显示开关控制。
D:
控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示C:
控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标B:
控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁
指令5:
光标或显示移位S/C:
高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标
指令6:
功能设置命令DL:
高电平时为4位总线,低电平时为8位总线N:
低电平时为单行显示,高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符,高电平时显示5x10的点阵字符
指令7:
字符发生器RAM地址设置
指令8:
DDRAM地址设置
指令9:
读忙信号和光标地址BF:
为忙标志位,高电平表示忙,此时模块
不能接收命令或者数据,如果为低电平表示不忙。
指令10:
写数据
指令11:
读数据
1602液晶的读写时序如图所示:
读操作时序:
写操作时序:
投币总数LCD显示相关程序程序如下:
MONEYEQU0040H;定义投币显示存储单元
RSEQUP3.0
RWEQUP3.1
EEQUP3.2
MAIN:
MOVMONEY,#01H;赋予MONEY单元初值为1
START:
ACALLDELAY;调用延时程序
MOVP2,#01H;写指令01H,清屏
LCALLENABLE
MOVP2,#38H;写指令38H,设定LCD为16*2显示,5*7点阵,8位数据接口
LCALLENABLE
MOVP2,#0FH;写指令0FH,显示ON,光标ON,闪烁ON
LCALLENABLE
MOVP2,#06H;写指令06H,光标输入方式增量移位
LCALLENABLE
MOVP2,#80H;第一行起始字符地址
LCALLENABLE
MOVDPTR,#TABLE;显示字符表头地址
LCALLDISP;显示第一行数据
RET;返回
ENABLE:
CLRRS;写指令子程序
CLRRW
CLRE
LCALLDELAY
SETBE
RET
DISP:
MOVR4,#6;准备显示一行6个字符
LOOP1:
MOVA,00H;投币数送A
MOVR1,MONEY
L1:
ADDA,#06H;设置偏移量为6
DJNZR1,L1
MOVCA,@A+DPTR;查表取得要显示的数据
LCALLDISPF;写入一个数据
INCDPTR;数据表指针加1,准备取下一个数据
DJNZR4,LOOP1;一行没有显示完就继续
JMPINSERT
DISPF:
MOVP2,A;写1字节数据到显示端口
SETBRS;写数据时序(请参照1602LCD使用说明书)
CLRRW
CLRE
LCALLDELAY
SETBE
RET
TABLE:
DB"0YUAN"
DB"0YUAN"
DB"1YUAN"
DB"2YUAN"
DB"3YUAN"
DB"4YUAN"
DB"5YUAN"
DB"6YUAN"
DB"7YUAN"
DB"8YUAN"
DB"9YUAN"
DB"10YUAN"
DB"11YUAN"
DB"12YUAN"
DB"13YUAN"
DB"14YUAN"
DB"15YUAN"
3.3货物选择系统
按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类,这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。
编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别,非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。
由于本次设计只需要七个按键即可满足设计要求,所以采用独立式键盘,这样对键盘识别的编程也比较简单。
3.3.1独立式键盘按键的识别
独立式按键的识别很简单,如图3.0所示,当某个键按下时,相应的接口会出现低电平,无键按下时则为高电平,由此就可以判断出哪个键有按下。
3.3.2键盘的编码
将P1.0~P1.6上的按键编码为00H、01H、02H、03H、04H、05H、06H,按键所对应的功能见表3.1
表3.1按键功能表
按键号
对应的功能
00H
选择2元钱货物A
01H
选择3元钱货物B
02H
选择4元钱货物C
03H
对选择的货物买2个
04H
对选择的货物买3个
05H
对选择的货物再次确定
06H
对选择的货物取消
3.3.3货物选择系统的程序流程图:
3.4出货系统
3.4.1出货功能的描叙
本设计中,设置了价格分别为2元、3元、4元不等的货物,一共3种。
在通过按键选择物品后,将会把产生的信号输入给89C51的P1的引脚上,89C51接收信号后,经过处理后,将会在货物输出端产生与其相对应的信号输出,控制所选货物的掉出。
本次设计用P1.0~P1.2作为货物的输出端,在货物的输出端采用光电隔离技术,对于光电隔离技术这里不做介绍,在这里用一个LED指示灯代替货物的掉出情况,若有货物掉出则对应输出口为高电平,则指示灯亮,反之指示灯不亮。
由于这里P0口作通用的I/O口输出,所以必须接上拉电阻,如图3.0所示。
图3.5出货程序流程
3.5找钱系统
本次设计中采用P1.3~P1.6口作为找零输出口,P1.3~P1.6分别对应1元找零口、2元找零口、2元找零口、5元找零口。
这样设计的目的是方便实现不同数额的找零输出。
同出货系统一样,找钱系统也用LED指示灯来表示找零,对应的端口上若指示灯亮则表示有零钱掉出。
图3.6找钱程序流程图
四、设计仿真
4.1Proteus简介
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是英国Labcenter公司开发的,是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。
它是一种可视化的支持多种型号单片机(如51、PIC、AVR、Motorolahcll等),并且支持与当前流行的单片机开发环境(Keil、MPLAB、IAR)连接调试的软硬件仿真系统。
Proteus除了具有和其他EDA工具一样的原理图、PCB自动或人工布线及电路仿真功能外,针对微控制系统与外设的混合电路的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真也做到了一体化和互动效果,是目前电子设计爱好者广泛使用的电子线路设计与仿真软件Proteus和Multisim功能的联合和进一步发展。
Proteus软件已有近20年的历史,在全球拥有庞大的企业用户群,是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具,真正实现了在没有目标原型时就可对系统进行设计、测试与验证。
由于Proteus软件包括逼真的协同仿真功能,得到了包括剑桥大学在内的众多大学用户作为电子学或嵌入
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 自动 售货 设计