自動存包柜的設(shè)計

1、全自動存包柜的設(shè)計摘 要本文詳細(xì)介紹了國內(nèi)自動存包控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)展中所面臨的問題。并詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)采用的單片機做控制器，可以同時管理N個存包柜。柜門鎖由電磁閥控制，當(dāng)顧客需要存包的時候，可以自行到存包柜前按“開門”鍵，單片機接收到一脈沖信號，并通過系統(tǒng)I/O口發(fā)出相應(yīng)的信號，控制鎖柜門的電磁閥將一空箱打開，顧客即可存包，并將柜門關(guān)上。當(dāng)顧客需要取包時，要將只要將條碼放置到條形碼閱讀器前方，條形碼閱讀器采集到條碼信息輸出相應(yīng)的高低電平信號傳給單片機，系統(tǒng)比較密碼一致后，發(fā)出開箱信號至電磁閥是柜門打開，顧客即可將包取出。關(guān)鍵詞：自動存包 單片機 光電傳感器 條形碼閱讀器Design of

2、 Automatic Package of CounterAbstractThis paper describes the control system of the domestic auto-save package development status of the problems faceing the development. And details of the system microcontroller to do with the controller, can manage a package of counter N. Controlled by a solenoid

3、valve cabinet locks, when customers need to save the package, they can keep their own bag to the counter before the press the "open" button, the microcontroller receives a pulse signal, and the system I / O port to issue the appropriate signal, control lock door of the solenoid valve will

4、be an empty box is opened, the customer can deposit bags, and cabinet door. When the customer needs to take when the package is to simply place the barcode in front of bar code readers, bar code readers bar code information collected by the high-low output signals to the appropriate microcontroller,

5、 the password system is relatively consistent, the issue out of the box signal to the solenoid valve is the door open, the customer can remove the package. Keywords: Automatic Storage Bag Microcontroller Photoelectric Sensors Bar Code Reader 目 錄前 言1第1章 自動存包柜2第1.1節(jié) 自動存包柜的發(fā)展概述2第1.2節(jié) 總體方案確定3第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4

6、第2.1節(jié) MCS51單片機主要應(yīng)用特性4第2.2節(jié) 自動存包系統(tǒng)面板設(shè)計及控制原理圖6第2.3節(jié) 微型處理器9第2.4節(jié) 系統(tǒng)擴展12第2.5節(jié) 輸入/輸出接口系統(tǒng)設(shè)計20第2.6節(jié) 條形碼閱讀器設(shè)計25第2.7節(jié) 電機控制電路設(shè)計26第2.8節(jié) 電源27第3章 系統(tǒng)流程圖29第3.1節(jié) 控制主程序流程圖29第3.2節(jié) 顯示子程序程圖31第3.3節(jié) 輸入給定值中斷服務(wù)程序32結(jié) 論33附 錄34參考文獻(xiàn)39致 謝40前 言隨著我國的不斷發(fā)展，產(chǎn)品呈現(xiàn)出種類數(shù)目不斷增多、豐富的局面。尤其是生產(chǎn)質(zhì)量的不斷提高，對技術(shù)服務(wù)提出了更高的要求，特別是對物品的自動存儲提出了更新更高的要求。在當(dāng)前各種多功

7、能全自動存包機逐漸進(jìn)入各超市的情況下，我們有必要對國產(chǎn)自動存包控制的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展作進(jìn)一步探討。在超市、綜合商店、個人商店等人流量大的地方，常常需要對顧客隨帶物品進(jìn)行存儲。如果用人工完成不但麻煩，而且效率低，勞動強度大。隨著微型計算機控制的普及，特別是單片機的應(yīng)用，給該類系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的便利，在本次設(shè)計中，將主要介紹單片機控制自動存包控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。第1章 自動存包柜第1.1節(jié) 自動存包柜的發(fā)展概述電子存包柜又名自動存包柜、電子寄存柜，是20世紀(jì)嵌入式計算機快速發(fā)展后在傳統(tǒng)寄存行業(yè)的一大應(yīng)用。從外觀和用途來看，電子存包柜屬于家具類別中的鋼制家具。從實現(xiàn)方式和功能上來看，電子存包柜屬于

8、電子專用設(shè)備。電子存包柜主要由以下幾種類型：(1)機設(shè)條碼式電子存包柜 存物時：按“存”鍵，寄存柜自動打印一張密碼條，機器語音提示：“請取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對應(yīng)的箱門自動打開，存好后關(guān)上箱門。取物時：直接將條碼紙在掃描口掃描，對應(yīng)的箱門會自動打開。語音提示：“請取完物品后關(guān)好箱門?！?2)指紋式電子存包柜 以使用者指紋作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機器會把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號結(jié)合起來，并將信息自動記錄下，同時自動打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門；取物時，只需須先按一下操作鍵盤中的“

9、取”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，寄存柜將指紋數(shù)據(jù)與先前記錄下的進(jìn)行比對，正確后才會打開該箱供使用者取物（同時機器會自動記錄當(dāng)時的時間、指紋以備查詢）。(3)非接觸IC卡電子存包柜 以使用者所持IC卡（即射頻卡）作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時，須先按一下操作鍵盤中的“存”鍵再刷卡（即讓寄存柜讀取卡號），寄存柜先識別是否為該場所的IC卡，若不是則拒絕存物；若是，機器會把該卡號與分配給使用者使用的寄存箱的箱號結(jié)合起來，并將信息自動記錄下，同時自動打開該箱，供使用者存物，存完后自己關(guān)好箱門；取物時，只需須先按一下操作鍵盤中的“取”鍵再刷卡，寄存柜將讀取的卡號與先前記錄下的進(jìn)行比對，正確后才

10、會打開該箱供使用者取物（同時機器會自動記錄當(dāng)時的時間、卡號以備查詢）。 (4)聯(lián)網(wǎng)型非接觸IC卡電子存包柜 聯(lián)網(wǎng)型非接觸IC卡電子存包柜基本功能與非接觸IC卡電子存包柜一致，另外增加了網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，上位機管理軟件等，以實現(xiàn)寄存狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，分段收費，報表打印等功能。 現(xiàn)在公共場所應(yīng)用比較廣泛。因此，研制出一種能自動存包的裝置有很重大的意義，我所研究的就是這方面的課題。第1.2節(jié) 總體方案確定根據(jù)“自動存包”這一目的要求，做如下設(shè)計安排：第一部分：CPU核心控制部分，由單片機8031、復(fù)位電路、時鐘電路等構(gòu)成，是整個系統(tǒng)的核心。第二部分：鍵盤顯示控制部分。對3個數(shù)碼管和2個按鍵進(jìn)行管理，3個數(shù)碼

11、管用于顯示兩位柜號和3位密碼，12個按鍵分別為10個數(shù)字鍵和2個功能鍵。通過這些鍵盤，用戶就可以完成所有的操作。第三部分：執(zhí)行機構(gòu)部分。它是通過8051的并行口擴展一片8255A芯片，并通過8255A控制20個燈的狀態(tài)（亮滅）來模擬柜子的存包取包的過程。軟件部分主要采用我們自己設(shè)定的一種與柜號相關(guān)聯(lián)的算法來產(chǎn)生一組8位的隨機密碼，而密碼的產(chǎn)生、核對過程就對應(yīng)存包、取包的過程。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計第2.1節(jié) MCS51單片機主要應(yīng)用特性MCS-51單片機是美國Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS-48單片機相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)

12、達(dá)111條，MCS-51單片機可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍用MCS-51單片機作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們也以這一代表性的機型進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，其主要功能如下：8位CPU4kbytes 程序存儲器(ROM)128bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)32條I/O口線111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個專用寄存器2個可編程定時/計數(shù)器5個中斷源，2個優(yōu)先級一個全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB外部程序存儲器尋址空間為64kB邏輯操

13、作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝單一+5V電源供電MCS-51以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“名機”，為以后的其它單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。正因為其優(yōu)越的性能和完善的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后來的許多廠商多沿用或參考了其體系結(jié)構(gòu)，有許多世界大的電氣商豐富和發(fā)展了MCS-51單片機，像PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半導(dǎo)體公司都推出了兼容MCS-51的單片機產(chǎn)品，就連我國的臺灣WINBOND公司也發(fā)展了兼容MCS-51的單片機品種。近年來MCS-51獲得了飛速的發(fā)展，MCS-51的發(fā)源公司Intel由于忙于開發(fā)P

14、C及高端微處理器而無精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機，而由其它廠商將其發(fā)展，最典型的是PHILIPS和ATMEL公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原來的基礎(chǔ)上發(fā)展了高速I/O口，A/D轉(zhuǎn)換器，PWM(脈寬調(diào)制)、WDT等增強功能，并在低電壓、微功耗、擴展串行總線(I2C)和控制網(wǎng)絡(luò)總線(CAN)等功能加以完善。ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容MCS-51的單片機，完美地將Flash(非易失閃存技術(shù))EPROM與80C51內(nèi)核結(jié)合起來，仍采用MCS-51的總體結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，F(xiàn)lash的可反擦寫程序存儲器能有效地降低開發(fā)費用，并能使單片機作多次重復(fù)使用。8051是MCS-51系列單片

15、機中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21個專用控制寄存器、4kB的程序存儲器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、4組8位的并行口、兩個16位的可編程定時/計數(shù)器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器。MCS-51采用模塊式結(jié)構(gòu)，MCS-51系列中各種加強型單片機都是以8051為核心加上一定的新的功能部件后組成的，從而使它們完全兼容。表2.1為MCS-51系列單片機常用產(chǎn)品特性。表2.1 MCS-51系列單片機常用產(chǎn)品特性型號片內(nèi)存儲器I/O線定時器/計數(shù)器片外尋址空間（KB）程序數(shù)據(jù)程序數(shù)據(jù)80514K ROM128322個16位646487514K EPROM128322

16、個16位64648031無128322個16位646480C514K ROM128322個16位646487C514K EPROM128322個16位646480C31無128322個16位646480524K ROM256323個16位646487524K EPROM256323個16位64648032無256323個16位6464MCS-51具有比較大的尋址空間，地址線寬達(dá)16條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達(dá)216=64kB，這作為單片機控制來說已是比較大的，這同時具備對口的訪問能力。此外，MCS-51采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個模塊就可使引腳和指令兼容的新產(chǎn)品，從而容易使

17、產(chǎn)品形成系列化。由于MCS-51集成了幾乎完善的8位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。MCS-51的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對于編程來說，是相當(dāng)靈活和方便的。MCS-51單片機的工作頻率為2-12MHz，當(dāng)振蕩頻率為12MHz時，一個機器周期為1us,這個速度應(yīng)該說是比較快的。MCS-51把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運行速度更塊。由于屬于芯片

18、化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)最優(yōu)化，抗干擾能力加強，工作亦相對穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測控系統(tǒng)中，使用單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。鑒于MCS-51的以上特點，本文的設(shè)計就是基于MCS-51的8031型號單片機來設(shè)計的自動存包系統(tǒng)。第2.2節(jié) 自動存包系統(tǒng)面板設(shè)計及控制原理圖2.2.1 面板設(shè)計自動存包控制系統(tǒng)面板如圖2.1所示7821659430警報運行掃描出單區(qū)域顯示區(qū)域存包取包圖2.1 控制面板2.2.2 系統(tǒng)控制原理圖圖2.3 自動存包系統(tǒng)控制原理圖在本系統(tǒng)設(shè)計的自動存包系統(tǒng)中，采用8031單片機設(shè)計一個最小系統(tǒng)，為了讀鍵

19、盤給定值及完成檢測和控制，系統(tǒng)中擴展一片8255A可編程接口及程序存儲器EPROM 2764其原理圖如圖2.3所示。在圖2.3中所示，8031、74LS373、2764組成最小系統(tǒng)。第2.3節(jié) 微型處理器8031單片機是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機基本一樣。2.3.1 8031性能特點8031的主要性能包括:（1）與MCS-51位控制器產(chǎn)品系列兼容。（2）寬工作電壓范圍，VCC可為2.7V6V。（3）全靜態(tài)工作，可從0Hz 至16Hz。（4）128×8位內(nèi)部RAM。（5）32條可編程I/O線。（6）兩個16位定時器

20、/計數(shù)器。（7）中斷結(jié)構(gòu)具有5個中斷源和2個優(yōu)先級。2.3.2 8031硬件結(jié)構(gòu)及引腳功能8031的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)如圖2.4所示：圖2.4 8031引腳圖在圖2.4中所示，8031單片機采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式。采用方形封裝工藝。由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有一些引腳具有第二功能。在單片機的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制和其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。下面分別說明這些引腳的名稱和功能。（1）主電源引腳Vcc和GNDVcc：芯片主電源，正常工作時接+5V電源。GND：接電源地。（2）時鐘振蕩引腳XTAL1和XTAL2XTAL1: 接外

21、部晶體的一端。在單片內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在測外部時鐘電路時，對于HMOS單片機，此引腳必須接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2: 接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部,接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時鐘電路時，對于HMOS單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于CHMOS單片機，此引腳應(yīng)懸空。（3）控制信號引腳RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN和EA/Vpp。ALE/PROG: 地址鎖存使能輸出/編程脈沖輸入端。在擴展系統(tǒng)時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的

22、隔離，P0口作為數(shù)據(jù)地址復(fù)用口線。當(dāng)訪問單片機外部程序或數(shù)據(jù)存儲器或外接I/O口時，ALE輸出脈沖的下降沿用低8位地址的鎖存信號；即使不訪問單片機外部程序或數(shù)據(jù)存儲器或外接I/O口，ALE端仍以晶振頻率的1/6輸出脈沖信號，因此可以作為外部時鐘或外部定時信號使用。但應(yīng)注意，此時不能訪問單片機外部程序、數(shù)據(jù)存儲器或外設(shè)I/O接口。PSEN: 片外程序存儲器讀選通信號。在CPU向片外程序存儲器讀取指令和常數(shù)時，每個機器周期PSEN兩次低電平有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O接口時無效出現(xiàn)。EA/Vpp: 訪問程序存儲器控制信號/編程電源輸入端。當(dāng)EA端輸入高電平時，單片機訪問片內(nèi)的程

23、序存儲器，在低4KB地址時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA輸入低電平時，CPU僅訪問片外程序存儲器。在對8751EPROM編程時，此引腳接+21V的編程電壓VPP。RST/Vpd: 復(fù)位/掉電保護(hù)信號輸入端。單片機上電后，只要在該引腳上輸入24個振蕩周期2個機器周期0寬度以上的高電平就會使單片機復(fù)位；若在RST與Vcc之間接一個10F的電容，則可實現(xiàn)單片機上電自動復(fù)位。RST/Vpd具有復(fù)位功能，在主電源Vcc掉電期間，該引腳可接上+5V的備用電源。當(dāng)Vcc掉到低于規(guī)定的電平，而Vpd在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時，+5V就向片內(nèi)RAM 提供備用電源，以保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失，復(fù)位后

24、能繼續(xù)正常運行。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）P0.0P0.7: P0口是一個8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)(驗證時要外接上拉電阻)。P0口能一吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。P1.0P1.7: P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗證時，它輸入低8位址。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P2.0P2.7: P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證時，它輸出高

25、8位地址。P2口可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3.0P3.7: P3口是8位準(zhǔn)雙I/O端口。它是一個復(fù)用功能口。作為第一功能使用時，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時,各引腳的定義如表2-2所示。P3口的每一引腳均可獨立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。表2.2 各口線的第二功能定義口線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212（外部中斷0）P3.313（外部中斷1）P3.414T0（定時器0外部輸入）P3.515T1（定時器1外部輸入）P3.616（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）P3.717（外

26、部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）第2.4節(jié) 系統(tǒng)擴展 8031數(shù)據(jù)存儲器I/O接口程序存儲器 8031具有很強的擴展功能，允許擴展各種外圍電路以補充片內(nèi)資源不足，適應(yīng)特定應(yīng)用的需要，擴展內(nèi)容包括數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、I/O接口等擴展結(jié)構(gòu)如圖2.5所示：圖2.5 8031系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)圖 2.4.1 I/O接口的擴展 由于我們采集的數(shù)據(jù)量較多，因此CPU的I/O口線不夠用，所以我們使用8255A來擴展I/O口，以滿足系統(tǒng)的要求。8255A是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程并行I/O接口芯片。8031和8255A相連可為外設(shè)提供三個8位I/O端口，允許采用同步、異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。(1)8255A內(nèi)部

27、結(jié)構(gòu)和引腳功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A內(nèi)部由四部分電路組成。它們是A口、B口和C口，A組控制器和B控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀寫控制邏輯，如圖2-6所示。1 A口、B口和C口。A口、B口和C口均為8位I/O數(shù)據(jù)口，但結(jié)構(gòu)上略有差別。A口由一個8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成。B口由一個8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個端口都可以和外設(shè)相連，分別傳送外設(shè)的輸入/輸出數(shù)據(jù)或控制信息。2 A、B組控制電路。這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。A組控制A口及C口的高4位，B組控制B口及C口的低4位。3 數(shù)據(jù)總線緩沖器。它是一個8位的雙向三

28、態(tài)驅(qū)動器，用于與單片機的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或控制信息。4 讀/寫控制邏輯。這部分電路接收MCS-51送來的讀/寫命令和選口地址，用于控制對8255A的讀/寫。圖2.6 8255A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳功能8255A有40條引腳，采用雙列直插式封裝。如圖2.7所示。圖2.7 8255A引腳圖1數(shù)據(jù)總線（8條）：D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255A與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。2控制總線（6條）：RESET: 復(fù)位信號，輸入高電平有效。一般和單片機的復(fù)位相連，復(fù)位后，8255A所有內(nèi)部寄存器清0，所有

29、口都為輸入方式。:片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時有效，表示芯片被選中，允許8255A與CPU進(jìn)行通訊。:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許8255A通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。:寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255A。A0、A1：地址輸入線。當(dāng)=0，芯片被選中時，這兩位的4種組合00、01、10、11分別用于選擇A、B、C口和控制寄存器。其組合如表2.3。表2.3 8255A控制信號功能表A1A2端口地址端口功能0000100 HA口讀A口0001000 HA口寫A口0010101HB口讀B口0011001HB口寫B(tài)口0100102HC

30、口寫C口0101002HC口讀C口0111003H控制口寫控制字1××××××總線高阻3并行I/O總線（24條）：這些總線用于和外設(shè)相連，分別與A、B、C口相對應(yīng)，用于8255A和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，共分三組：PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。4電源線（2條）：VCC為5V電源線，允許變化±10%；

31、GND為地線。 (2)8255A方式控制字8255A有兩個控制字：方式控制字和C口單一置復(fù)位控制字。用戶通過程序可以把這兩個控制字送到8255A的控制寄存器（A1A011B），以設(shè)定8255A的工作方式和C口各位狀態(tài)。這兩個控制字以D7位狀態(tài)作為標(biāo)志。8255A各端口工作于什么方式和是輸入還是輸出方式，是由方式控制字決定的。方式控制字格式如圖2.7所示。D7為控制字標(biāo)志位，若D7=1,則本控制字為方式控制字，若D70，則本控制字為C口單一置復(fù)位控制字。D6D3為A組控制位。其中，D6和D5位A組方式選擇位：若D6D500，則A組設(shè)定為方式0；若D6D501，則A組設(shè)定為方式1：若D6D51&#

32、215;（×為任意），則A組設(shè)定為方式2。D4為A口輸入/輸出控制位：若D40，則PA0PA7，用于輸出數(shù)據(jù)；若D40，則PA0PA7用于輸入數(shù)據(jù)。D3位C口高4位輸入/輸出控制位：若D30，則PC4PC7為輸出數(shù)據(jù)方式；若D31，則PC4PC7為輸入方式。圖2.8 方式控制字D2D0為B組控制位，其作用和D6D3類似。其中，D2為方式選擇位，若D20，則B組設(shè)定為方式0，若D21，則B組設(shè)定為方式1。D1為B口輸入/輸出控制位，D10，則PB0PB7用于輸出數(shù)據(jù)，若D11，則PB0PB7用于輸入數(shù)據(jù)。D0為C口低4位輸入/輸出控制位，若D00，則PC0PC3用于輸出數(shù)據(jù)，若D01，

33、則PC0PC3用于輸入數(shù)據(jù)。如圖2.9所示：圖2.9 置位控制字 (3)8255A的工作方式8255A有三種工作方式：方式0（Mode0）、方式1（Mode1）和方式2(Mode2)。正確的選用方式控制字，并把它通過程序送給8255A的控制字寄存器就可設(shè)定8255A的工作方式。方式0（基本輸入/輸出方式）：這種方式不需要任何選通信號。A口、B口及C口的兩個4位口中的任何一個端口都可以被設(shè)定為輸入或輸出。輸出鎖存，輸入不鎖存。根據(jù)控制字D4、D3、D1、D0位的變化，方式0有16種不同的輸入、輸出組合方式。方式1（選通輸入/輸出方式）：這種方式下，A口、B口、C口分為兩組。A組包括A口和C口的高

34、4位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，C口的高四位則用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；B組包括B口和C口的低4位，B口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，C口的低四位則用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號。A口和B口的輸入輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。方式2（雙向總線方式）：這種方式下，A口為8位雙向總線口，C口的PC3PC7用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；B口和C口的PC0PC2則可編程為方式0或方式1工作。 (4)8255A與CPU 8031的接口8255A與CPU 8031的接口連線如圖2.10所示。圖2.10 8255A與CPU8031的接線圖8255A與單片機間有3組連線：D7D8根

35、數(shù)據(jù)線依次與P0口的P0.7P0.0一一對應(yīng)連接：RD、WR、RESET等3根控制線與單片機的同名引腳互連；片選端CS則與P2口相連；A1、A0兩根地址線與單片機的兩個I/O引腳連接。 2.4.2 存儲功能擴展由于我們需要保存一定的數(shù)據(jù)，而8031片內(nèi)沒有程序存儲功能，因此，EA管腳總是接低電平。根據(jù)保存的數(shù)據(jù)量需要，我們選用了EPROM 2764為外擴的數(shù)據(jù)存儲器。(1)態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，由于單片機的三總線結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)線與地址線的低8位共用P0口，因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信號區(qū)分開。74LS373的鎖存控制端直接與單片機的鎖存控制信號ALE相連，在ALE的下降沿鎖存低8位地

36、址。其中，D0D7為數(shù)據(jù)輸入端；Q0Q7為數(shù)據(jù)輸出端；OE為三態(tài)允許控制端（低電平有效）；LE為鎖存允許端。 圖2.11 74LS373 引腳該片如何工作由功能表2.4決定，表中L為低電平、H為高電平、Z為高阻抗（相當(dāng)開路）X為任意電平，一般將OE接低電平，LE接ALE就能正常工作。表2.4 74LS373真值表LEDnQnLHHHLHLLLLLLLLHHHXXZ (2)2764 EPROM紫外線擦除電可編程只讀存儲器EPROM是國內(nèi)用得較多的程序存儲器。EPROM芯片上有一個玻璃窗口，在紫外線照射下，存儲器中的各位信息均變1，即處于擦除狀態(tài)。擦除干凈的EPROM可以通過編程器將應(yīng)用程序固化到

37、芯片中。本次設(shè)計所選用的是2764 EPROM。 2764的概述這是一種可以擦去重寫的只讀存儲器。通常用紫外線對其窗口進(jìn)行照射，即可把它所存儲的內(nèi)容擦去。之后，又可以對其重新進(jìn)行編程，寫入新的內(nèi)容。一旦寫入，其存儲的內(nèi)容可以長期（幾十年）地保存，即使去掉電源電壓，也不會影響它所存儲的內(nèi)容。圖2.11為通用的EPROM 2764的引腳圖，它的容量為8 K×8bit。8 K表示有8×1024個存儲單元，8位表示每個單元存儲數(shù)據(jù)的寬度是8位。前者確定了地址線的位數(shù)是12位（A0A12），后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是8位（D0D7）。目前，除了串行存儲器之外，一般情況下，我們使用的都是

38、8位數(shù)據(jù)存儲器。單一+5 V供電，工作電流為75 mA，維持電流為35 mA，讀出時間最大為250 ns，DIP28封裝。2764VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGMN.CA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D327648K EPROM圖2.12 2764引腳圖引腳功能其中，A0A12為地址線；D0D7為數(shù)據(jù)線； 為片選線；是讀線；是編程輸入；Vpp為編程電源。除了12條地址線和8條數(shù)據(jù)線之外， 為片選線，低電平有效。也就是說，只有當(dāng)為低電平時，2764才被選中，否則，2764不工作。 EPROM 2764和鎖存器74LS373與8031組成最小系

39、統(tǒng)8031單片機擴展一片2764程序存儲器電路如圖2.12所示。1地址線。單片機擴展片外存儲器時，地址是由P0和P2口提供的。圖2.12中，2764的13條地址線（A0A12）中，低8位A0A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8A12直接與P2口的P2.0P2.3連接，P2口本身有鎖存功能。注意，鎖存器的鎖存使能端LE必須和單片機的ALE管腳相連。圖2.13 8031擴展2764 EPROM硬件接線圖2數(shù)據(jù)線。2764的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機的P0口相連。因此，P0口是一個分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線。3控制線。CPU執(zhí)行2764中存放的程序指令時，取指階段就是對2764行讀操作。注意

40、，CPU對EPROM只能進(jìn)行讀操作，不能進(jìn)行寫操作。CPU對2764的讀操作控制都是通過控制線實現(xiàn)的。2764控制線的連接有以下幾條：CE：直接P2.5。OE：接8031的讀選通信號端。在訪問片外程序存儲器時，只要端出現(xiàn)負(fù)脈沖，即可從2764中讀出程序。第2.5節(jié) 輸入/輸出接口系統(tǒng)設(shè)計輸入/輸出接口系統(tǒng)就是指人與計算機之間建立聯(lián)系、交換信息的輸入/輸出設(shè)備接口，就是人機交互接口。這些輸入/輸出設(shè)備主要有鍵盤和顯示器等。它們是系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間交互的窗口。2.5.1 鍵盤系統(tǒng)設(shè)計鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可以分

41、為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。前者能自動識別按下的按鍵并且能產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，以并行或串行的方式發(fā)送給CPU。它使用方便，接口簡單，響應(yīng)速度快，但是需要專用的硬件電路。本次設(shè)計中所采用的就是編碼鍵盤。如圖2.3中所示，8255A為給定值輸入接口。為了使系統(tǒng)簡單，設(shè)計了一個由二極管矩陣組成的編碼鍵盤，如圖2.14所示：圖2.14 編碼鍵盤原理圖鍵盤輸出信號D，C，B，A（BCD碼）分別接到8255A的A口PA3-PA0，鍵選通信號KEYSTROBE（高電平有效），經(jīng)反向器接到8031的INT0管腳。當(dāng)按下某一個按鍵時，KEYSTROBE為高電平，經(jīng)過反相后的下降沿向8031申請中斷。8031響應(yīng)

42、后，讀入BCD碼值，作為定值，并送顯示。本次設(shè)計只有3位顯示，所以最多只能給定999。輸入順序為從最高位（百位數(shù)）開始。當(dāng)按鍵未按下時，所有輸出端口均為高電平。當(dāng)有按鍵按下以后該按鍵的BCD碼將會出現(xiàn)在輸出線上。2.5.2 顯示系統(tǒng)設(shè)計為了使操作人員及時掌握生產(chǎn)情況，在一般的微型計算機控制系統(tǒng)或者智能儀器當(dāng)中，都配有顯示程序。本次設(shè)計采用LED數(shù)碼顯示。(1)LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及顯示原理常用的顯示器件有：顯示和記錄儀表，CRT顯示終端，LED或者LCD顯示器，大屏幕顯示器。本次設(shè)計所采用的是LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高等優(yōu)點。L

43、ED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成，由于材料的不同，可以發(fā)出各種單色光線。發(fā)光二極管可以有多種組成形式，其中7段數(shù)碼管應(yīng)用最多，根據(jù)發(fā)光二極管內(nèi)部的連接方式不同，又有共陰極或共陽極兩種形式。如圖2.15所示圖2.15 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu) (2)74LS138結(jié)構(gòu)及功能圖2.16 74LS138結(jié)構(gòu)A1、A2、A3分別為輸入端，G1為使能端的高電平，0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7分別為輸出端。(3) 74LS377結(jié)構(gòu)及功能簡單輸出接口通常用74LS377芯片。該芯片是一個種8D鎖存器，該芯片的引腳排列如下圖所示： 圖2.18 74LS377引腳及功能圖中相關(guān)引腳的功能如下：D0-D7:8

44、位數(shù)據(jù)端輸入端。Q0-Q7:8位數(shù)據(jù)輸出端。G：使能控制端。CLK：時鐘信號，上升沿鎖存數(shù)據(jù)。 下圖是利用74LS377進(jìn)行簡單輸出接口的擴展的電路，圖中，由于74LS的G端與P2.7口連接，所以他的地址是：0XXX XXXX XXXX XXXXB。如果把“X”全置1的話，就是0111 1111 1111 1111B即7FFH 圖2.19 74LS377輸出接口的擴展電路 由于51的與74LS的CLK端相連，當(dāng)信號由低電平變高時，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)證實輸出的數(shù)據(jù)。而此時P2.7也正輸出低電平，有效，因此，數(shù)據(jù)就被鎖存，有關(guān)程序如下：MOV DPTR， #7FFH ： 地址MOV A， #DATA

45、 ： DATA為要送出的數(shù)據(jù)MOV DPTR， A : P0口數(shù)據(jù)被74LS377鎖存第2.6節(jié) 條形碼閱讀器設(shè)計條形碼閱讀器是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測的目的。條形碼閱讀器具有如下特點:輸出回路和輸入回路是電隔離的(即電絕緣)，體積小、精度高、檢測距離遠(yuǎn)，防水、防腐蝕、防震動，抗光、電、磁等干擾。所以它可以在冶金、紡織、煙草、造紙、化工、電力、保安等各種行業(yè)得到應(yīng)用。條形碼閱讀器(光電傳感器)利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。條形碼閱讀器將輸入電流在發(fā)射

46、器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。工作原理如圖2.20所示。圖2.20 光電傳感器工作原理條形碼閱讀器在一般情況下由三部分構(gòu)成，它們分別為發(fā)送器、接收器和檢測電路。條形碼閱讀器的重要功能是能夠處理光的強度變化，利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化，利用光束來反射物體，使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間返回。發(fā)射器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管(LED)和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標(biāo)不間斷地運行。接收器由光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透

47、鏡和光欄等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，條形碼閱讀器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。條形碼閱讀器的種類也很多，根據(jù)條形碼閱讀器在檢測物體時發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的同，可分為漫反射式、鏡反射式、對射式等。第2.7節(jié) 電機控制電路設(shè)計為了提高抗干擾能力，系統(tǒng)采用了光電隔離技術(shù)。電機可以采用多種方法控制，如固態(tài)繼電器（SSR）、可控硅（SCR）及大功率場效應(yīng)管等，本設(shè)計采用固態(tài)繼電器（SSR）。采用電機控制是為了提高效率，當(dāng)條形碼確認(rèn)后，由電磁閥帶動電機，拉動柜門打開，代替手工，方便顧客取包。2.7.1 固態(tài)繼電器介紹固態(tài)繼電器（Solid State

48、 Relay）簡稱SSR，它是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關(guān)，而在前級中與光電隔離器融為一體，因此固態(tài)繼電器實際上是一種帶光電隔離器的無觸點開關(guān)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，固態(tài)繼電器有直流型固態(tài)繼電器和交流型固態(tài)繼電器。本設(shè)計采用的是交流型固態(tài)繼電器。(1)直流型SSR。直流型SSR的原理電路如圖2.21所示：圖2.21 直流型SSR的原理電路直流型SSR主要用于帶直流負(fù)載的場合，如直流電機控制。直流步進(jìn)電機控制和電磁閥等。(2)交流型SSR。交流型SSR又可分為過零型和移向型兩類。它采用雙向可控硅作為開關(guān)器件，用于交流大功率場合，如交流電機、交流電磁閥控制等。其原理電路，如圖2.21所示。圖2

49、.22 交流型SSR的原理電路過零型必須在負(fù)載電源電壓接近零且輸入控制信號有效時。輸入端負(fù)載電源才導(dǎo)通，只在流過雙向可控硅負(fù)載電流為零時才關(guān)斷。2.7.2 電機控制電路原理 電機控制電路如圖2.23所示：圖2.23 電機控制電路第2.8節(jié) 電源除了220V的電源，我們還選擇了LM7805三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個5V的電源。其電路如圖2.24所示。圖2.24 +5V電源電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，它是一種串連調(diào)整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊硅片上，整個集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共三個引出端，使用非常方便。典型的有78××正電壓輸出系列，79××負(fù)電壓輸出

50、系列。當(dāng)輸入的電壓VI、輸出電流IO或溫度變化時，輸出電壓VO可保持不變；另外，當(dāng)輸出短路。可使輸出電流IO限制為一定值；若穩(wěn)壓器過熱，則它就停止工作，以免穩(wěn)壓器遭到損壞。三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器，因內(nèi)部有過熱、過流保護(hù)電路，因此它的性能優(yōu)良、可靠性高。有因這種穩(wěn)壓器具有體積小、使用方便、價格低廉等優(yōu)點，所以我們選用了這種芯片。第3章 系統(tǒng)流程圖第3.1節(jié) 控制主程序流程圖根據(jù)硬件設(shè)計要求，控制主程序流程圖如圖3.1所示。存儲柜通上電以后，單片機上電，首先進(jìn)行程序的初始化，包括定時器，外部中斷等初始化，以及各參數(shù)初始值的設(shè)定。默認(rèn)存儲柜為初始狀態(tài)，根據(jù)存包指令，掃面計數(shù)器的存儲包狀態(tài)。然后根據(jù)鍵盤才做的狀態(tài)。確定強度確定存儲狀態(tài)。用數(shù)碼管顯示存儲柜號和密碼。當(dāng)啟動鍵按下以后，存儲柜進(jìn)入待命狀態(tài)，完成存包取密掃描取包的循環(huán)過程。當(dāng)存儲出現(xiàn)錯誤，發(fā)出控制蜂鳴器發(fā)聲。 主程序裝包數(shù)單元和柜體單元清零設(shè)8255A工作方式清顯示單元，指示燈設(shè)中斷方式開中斷啟動電機1計數(shù)單元清零，出取包條形確認(rèn)碼計數(shù)單元加1送顯示柜數(shù)加1存包指令輸入柜門打開了嗎？是否有包裝入？此柜裝滿了嗎？AA輸入密碼后是否打開啟動電機拉動清包和箱計數(shù)單元重新啟動嗎？NNNNYYYYYYNN圖3.1 控制主程序流程圖第3.2節(jié) 顯示子程序程圖 子程序的顯示，顯示緩沖區(qū)