此例程可以用于學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù),基于51單片機(jī)制作的自動(dòng)售貨機(jī)仿真設(shè)計(jì)與調(diào)試,keil工程+proteus工程
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2022-4-26 05:08 上傳
設(shè)計(jì)了一款以INTEL公司出品的80C51單片機(jī)為核心的自動(dòng)售貨機(jī),并且著重詳細(xì)地介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、硬件選擇基礎(chǔ)、軟件使用方法及技巧。以80C51作為CPU處理單元連接各個(gè)功能模塊;以4*4矩陣鍵盤(pán)作為輸入控制模塊對(duì)貨物進(jìn)行種類(lèi)和數(shù)量的選擇以及模擬幣的投入功能;以L(fǎng)CD1602液晶作為顯示模塊來(lái)顯示當(dāng)前的購(gòu)物狀態(tài)以及幣狀態(tài);以L(fǎng)ED的顯示來(lái)表示當(dāng)前選擇貨物以及出貨的狀態(tài)。通過(guò)Protues7.5單片機(jī)電路原理圖進(jìn)行連接布線(xiàn)連接各個(gè)模塊;再用Keil uVision3專(zhuān)業(yè)編譯軟件完成源程序編譯和調(diào)試,最終進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)的實(shí)驗(yàn)電路仿真來(lái)模擬自動(dòng)售貨。結(jié)合工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編譯和實(shí)驗(yàn)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨這一相關(guān)功能。
本課題研究的是通過(guò)核心單片機(jī)80C51控制的自動(dòng)售貨機(jī)。涉及到用keil Uvision3來(lái)進(jìn)行C語(yǔ)言程序的編譯調(diào)試,通過(guò)protues7.5電路連接來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路。通過(guò)80C51與輸入模塊、輸出顯示模塊、找零模塊、顯示模塊的連接來(lái)系統(tǒng)模擬自動(dòng)售貨這一功能。設(shè)計(jì)從能根據(jù)投入的自動(dòng)售貨的機(jī)器。用4*4矩陣鍵盤(pán)來(lái)模擬貨物種類(lèi)以及數(shù)量的選擇,再通過(guò)鍵盤(pán)其他按鍵來(lái)模擬投功能。用LCD1602作為輸出顯示模塊,通過(guò)液晶顯示來(lái)明確按鍵的功能以及自動(dòng)售貨機(jī)的購(gòu)貨狀態(tài)等。用LED燈來(lái)表示貨物的種類(lèi)。因?yàn)樽R(shí)別功能是在自動(dòng)售貨機(jī)的外部硬件電路方面來(lái)加以具體實(shí)施的,而本設(shè)計(jì)是模擬自動(dòng)售貨機(jī)的功能,所以不考慮識(shí)別的模塊設(shè)計(jì),在這里只作原理介紹。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自動(dòng)售貨機(jī)是集光、機(jī)、電一體化的自動(dòng)售貨裝置,能夠獨(dú)立完成自動(dòng)售貨這一功能。 自動(dòng)售貨機(jī)的工作原理是:在初始化的界面等待顧客按鍵選擇貨物的種類(lèi)和數(shù)量顧客投入,按下確定購(gòu)買(mǎi)鍵后等待售貨機(jī)自動(dòng)計(jì)算所購(gòu)商品的總價(jià),然后提示顧客投入。所投的經(jīng)過(guò)外部硬件檢測(cè)傳感器檢測(cè)真假后累加計(jì)數(shù)。若顧客確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)系統(tǒng)則跳轉(zhuǎn)到下一步驟,反之取消購(gòu)買(mǎi)即退出幣返回到主界面,等待顧客下一步操作。自動(dòng)售貨機(jī)通過(guò)幣的總價(jià)與和所購(gòu)商品的總價(jià)的差值來(lái)進(jìn)行出貨找零。總體工作原理如圖2.1: 圖2.1 自動(dòng)售貨機(jī)的總體工作原理圖 2.1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的控制子系統(tǒng)概述自動(dòng)售貨機(jī)的控制子系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成,分別是預(yù)設(shè)自動(dòng)售貨系統(tǒng)、金額累加和找零系統(tǒng)、售完檢測(cè)系統(tǒng)、售出累計(jì)及反饋功能系統(tǒng)。 - 預(yù)設(shè)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng):自動(dòng)售貨機(jī)出售的商品可分為若干個(gè)品種,在其售前設(shè)定價(jià)格時(shí)必須預(yù)先寄存在控制系統(tǒng)內(nèi)。設(shè)定的方式原理:商品的價(jià)格設(shè)置由按鍵和存儲(chǔ)器組成,通過(guò)按鍵選擇被設(shè)價(jià)商品的種類(lèi)及價(jià)格,并將設(shè)定的價(jià)格寫(xiě)入存儲(chǔ)器中,存儲(chǔ)器本身需具有斷電保護(hù)記憶功能,此為采用軟件。此外,如果在自動(dòng)售貨機(jī)中,在出售商品的種類(lèi)少,價(jià)格變化小,使用幣單一的情況下,也可以用比較簡(jiǎn)單的價(jià)格設(shè)定方法----硬件設(shè)置,即采用撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的方式設(shè)置。
- 金額累加和找零系統(tǒng):控制系統(tǒng)的核心CPU對(duì)識(shí)幣 退、無(wú)貨檢驗(yàn)及購(gòu)貨信號(hào)進(jìn)行循環(huán)檢查。如果顧客投入幣,檢測(cè)到信號(hào)后,通過(guò)通信系統(tǒng)把識(shí)別的幣數(shù)值信號(hào)送入累計(jì)存儲(chǔ)器器中進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。要是幣數(shù)值滿(mǎn)足購(gòu)貨需求則通過(guò)串行接口提示購(gòu)貨,售貨機(jī)則通過(guò)并行擴(kuò)展接口驅(qū)動(dòng)電磁閥或者微電機(jī)驅(qū)動(dòng)送出貨物,同時(shí)存儲(chǔ)器計(jì)數(shù)清零跳入到找零系統(tǒng),自動(dòng)售貨完成。如果幣數(shù)值不滿(mǎn)足購(gòu)貨需求則提示顧客繼續(xù)投幣或者取消購(gòu)貨,取消購(gòu)貨后由售貨機(jī)退出投入的幣返回初始化界面。
- 貨物檢測(cè)系統(tǒng):為了貨物供應(yīng)充足,把接觸開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)安裝在自動(dòng)售貨機(jī)貨物存儲(chǔ)存道的下方,當(dāng)存儲(chǔ)存道尚有貨物時(shí),行程開(kāi)關(guān)保持閉合,CPU控制自動(dòng)售貨機(jī)正常售貨。貨物供應(yīng)不足的時(shí)候,行程開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi),向CPU發(fā)出缺貨信號(hào),經(jīng)過(guò)檢測(cè)后發(fā)送到外部電機(jī)或者電磁閥來(lái)推動(dòng)外部貨物進(jìn)入存儲(chǔ)道達(dá)到自動(dòng)添加貨物的目的,以保持貨源充足。
- 售出累計(jì)及反饋功能系統(tǒng):自動(dòng)售貨機(jī)的CPU在每次售出一種貨物后,由通信系統(tǒng)向出貨存儲(chǔ)器中累計(jì)已經(jīng)售出的數(shù)據(jù),通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部控制的按鍵可以顯示出累計(jì)數(shù)據(jù)以掌握銷(xiāo)售情況。此外,由外部按鍵操作在按下自測(cè)功能鍵后,出現(xiàn)自測(cè)功能信號(hào),可以通過(guò)檢測(cè)結(jié)果查看各個(gè)模塊的功能情況,也可以檢測(cè)自動(dòng)售貨機(jī)的貨物存儲(chǔ)道驅(qū)動(dòng)功能。
2.2 自動(dòng)售貨機(jī)的功能簡(jiǎn)介
2.2.1 自動(dòng)售貨機(jī)的功能概述基本原理:通過(guò)矩陣鍵盤(pán)來(lái)選擇貨物的種類(lèi)與數(shù)量過(guò)后自動(dòng)售貨機(jī)提示。自動(dòng)售貨機(jī)的幣識(shí)別器對(duì)所投幣進(jìn)行識(shí)別,根據(jù)金額大小然后將商品選擇權(quán)通過(guò)LCD液晶顯示給客戶(hù),客戶(hù)按鍵選擇后,CPU控制芯片發(fā)出指令將所選擇商品從儲(chǔ)備料道中送達(dá)取物口。 功能描述:貨物種類(lèi)一共設(shè)有8種,這8種商品通過(guò)選擇按鍵進(jìn)行選擇確認(rèn),通過(guò)數(shù)量選擇按鍵確定購(gòu)買(mǎi)數(shù)量,價(jià)格規(guī)定為1-8元不等;幣識(shí)別器能夠識(shí)別各種。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),投了幾次幣后,幣能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)累加功能,這樣設(shè)計(jì)會(huì)把投入的所有幣總額數(shù)目數(shù)據(jù)傳遞到中央控制元器件進(jìn)行處理;在超過(guò)規(guī)定時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉,數(shù)據(jù)處理單元按照總數(shù)和購(gòu)買(mǎi)的數(shù)量和價(jià)格乘積來(lái)進(jìn)行加減運(yùn)算累,實(shí)現(xiàn)購(gòu)買(mǎi)和找回的功能。 本設(shè)計(jì)中有一共有16個(gè)按鍵選擇,其中有兩個(gè)是貨物選擇鍵,有兩個(gè)是數(shù)量選擇鍵,此外還有6個(gè)幣投入鍵1個(gè)確認(rèn)鍵和1個(gè)取消鍵。 2.2.2 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)思路- 本設(shè)計(jì)以這樣的工作流程開(kāi)始自動(dòng)售貨機(jī)的自動(dòng)售貨過(guò)程:
- 啟動(dòng)系統(tǒng),開(kāi)始待機(jī);
- 顧客通過(guò)按鍵選擇商品的種類(lèi)以及數(shù)量并確認(rèn);
- 售貨機(jī)檢查是否有足夠的貨物并通過(guò)LCD提示等待顧客投;
- 顧客投入,售貨機(jī)自動(dòng)檢測(cè)是否足夠;
- 金額足夠多,售貨機(jī)將推出顧客選擇的相應(yīng)數(shù)量的商品,若金額不足則直接退還;
- 推出商品,售貨機(jī)轉(zhuǎn)入找零系統(tǒng)退出余;
- 系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位,完成售貨;
- 系統(tǒng)采用硬件設(shè)計(jì)思路如圖2.3:
- 采用單片機(jī)80C51作CPU;
- 采用P3.5口作為輸入端;
- 采用LCD1602液晶為顯示模塊:
- 采用4*4矩陣鍵盤(pán)連接P1口作為貨物選擇選擇端;
- 采用P0口實(shí)現(xiàn)出貨、找零功能;
圖2.3 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)原理圖 - 輸入:由于本設(shè)計(jì)模擬輸入功能是由4*4矩陣鍵盤(pán)來(lái)完成的,而鍵盤(pán)連接在80C51的P1口上,則幣投入設(shè)定為:
P1口的按鍵值為0X04的時(shí)候代表1的投入; P1口的按鍵值為0X05的時(shí)候代表5的投入; P1口的按鍵值為0X06的時(shí)候代表10的投入; P1口的按鍵值為0X07的時(shí)候代表20的投入; P1口的按鍵值為0X08的時(shí)候代表50的投入; P1口的按鍵值為0X09的時(shí)候代表100的投入; P1口的按鍵值為0X0f的時(shí)候代表購(gòu)物確定“OK”按鈕; P1口的按鍵值為0X0e的時(shí)候代表購(gòu)物取消“NO”按鈕; 本設(shè)計(jì)假定自動(dòng)售貨機(jī)的商品種類(lèi)為8種,價(jià)格為1、2、3、4、5、6、7、8元。每一個(gè)價(jià)格代表一種商品且一經(jīng)售出就由外部電機(jī)自動(dòng)完成補(bǔ)貨。規(guī)定每次最多只能購(gòu)買(mǎi)10個(gè)。貨物選擇: P1口的按鍵值為OX00的時(shí)候代表選擇貨物價(jià)格“price+”; P1口的按鍵值為OX01的時(shí)候代表選擇貨物價(jià)格“price-”; P1口的按鍵值為OX02的時(shí)候代表選擇貨物數(shù)量“num+”; P1口的按鍵值為OX03的時(shí)候代表選擇貨物價(jià)格“num-”; - 輸出:選擇商品由P0口控制的相應(yīng)LED指示燈:
選擇商品1用P0.0控制D1LED燈亮; 選擇商品2用P0.1控制D2LED燈亮; 選擇商品3用P0.2控制D3LED燈亮; 選擇商品4用P0.3控制D4LED燈亮; 選擇商品5用P0.4控制D5LED燈亮; 選擇商品6用P0.5控制D6LED燈亮; 選擇商品7用P0.6控制D7LED燈亮; 選擇商品8用P0.7控制D8LED燈亮; - 顯示:本設(shè)計(jì)的顯示端口由P2端口和P3.2(RS)、P3.3(RW)、P3.4(E)控制LCD1602液晶來(lái)顯示購(gòu)貨狀態(tài),用P0口控制LED燈表示貨物種類(lèi)。通過(guò)它可以顯示購(gòu)貨的種類(lèi)、數(shù)量、總價(jià)以及找零等。
3 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件設(shè)計(jì)
3.1 80C51的簡(jiǎn)介
3.1.1 80C51的基本概述由INTEL公司出品的MCS-51系列的80C51其實(shí)用性非常高。由于它是采用CHMOS的工藝技術(shù)制造,所以它是一款穩(wěn)定性很高的高性能8位單片機(jī),是HCMOS中的最基本的產(chǎn)品之一。在制作工藝的程中不僅繼承和擴(kuò)展了先前單片機(jī)的指令系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)更是把HMOS的高速高密度的技術(shù)特點(diǎn)和CHMOS的低功耗特點(diǎn)相結(jié)合。為了滿(mǎn)足需求,在80C51內(nèi)部置入CPU、RAM(128字節(jié))、I/O(32個(gè)雙向輸入輸出)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(16位)、串行通信口、兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)以及片內(nèi)時(shí)鐘震蕩電路。此外,它還可以通過(guò)選擇空閑和掉電的方式用于低功耗模式來(lái)進(jìn)行工作,空閑模式下保持串行口、中斷系統(tǒng)、RAM和定時(shí)器正常工作而同時(shí)凍結(jié)CPU來(lái)保證其正常運(yùn)行。掉電模式下,自動(dòng)保存RAM數(shù)據(jù),時(shí)鐘震蕩停止、芯片的其他功能停止工作。  圖3.1 80C51單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu) 3.1.2 80C51的引腳功能介紹
圖3.2 80C51的引腳圖 80C51單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類(lèi):電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 - VCC - 芯片電源,接+5V;
- VSS - 接地端。
- 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。
- 控制線(xiàn):控制線(xiàn)共有4根:
- ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖
- ALE功能用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址;
- PROG功能:片內(nèi)有EPROM的芯片,在EPROM編程期間,此引腳輸入編程脈沖。
- RST(Reset)功能是復(fù)位信號(hào)輸入端;
- VPD功能是在Vcc掉電情況下,接備用電源。
- EA/Vpp(內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源):
- EA功能:內(nèi)外ROM選擇端;
- Vpp功能:片內(nèi)有EPROM的芯片,在EPROM編程期間,施加編程電源Vpp。
- I/O線(xiàn):80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口即P0、P1、P2、P3口,共32個(gè)引腳;P3口還具有第二功能——用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)(屬控制總線(xiàn))P0口輸入時(shí)需要接上拉電阻才能置1。
在每次使用單片機(jī)之前,我們都要使單片機(jī)復(fù)位,讓CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),以消除上一次用戶(hù)的操作對(duì)本次用戶(hù)操作的影響。51的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效,持續(xù)時(shí)間要有24個(gè)時(shí)鐘周期以上。例如:若MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz,則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)為2us。通常,80C51的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按紐復(fù)位兩種 自動(dòng)上電復(fù)位電路的工作原理是:電容在通電的時(shí)候相當(dāng)于短路情況,導(dǎo)致RST引腳上的電位為高電平,這樣電容會(huì)因?yàn)殡娮璞怀潆姡缓驲ST端逐漸降低電壓直到變?yōu)榈碗娖剑瑥亩箚纹瑱C(jī)開(kāi)始正常工作。由于自動(dòng)售貨機(jī)的功能需求,本次設(shè)計(jì)采用自動(dòng)上電復(fù)位電路。
3.2 LCD1602字符型液晶簡(jiǎn)介
3.2.1 LCD1602的概述LCD1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成,每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符,每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔,每行之間也有間隔,起到了字符間距和行間距的作用,正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形(用自定義CGRAM,顯示效果也不好)。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行,每行16個(gè)字符液晶模塊(顯示字符和數(shù)字)。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因此基于HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn),在各類(lèi)儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶,圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字,2行16字,兩行20字等等。 3.2.2 LCD1602的硬件結(jié)構(gòu)
圖3.3 LCD1602的基本結(jié)構(gòu)圖 引腳說(shuō)明:LCD1602一般是16個(gè)引腳 第1腳:VSS為接地電源。 第2腳:VDD接5V正電源。 第3腳:VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,通過(guò)連接電源正負(fù)來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)比度的強(qiáng)弱。當(dāng)連接電源正端時(shí)對(duì)比度最弱,反之連接負(fù)極則最高。對(duì)比度太高時(shí)會(huì)產(chǎn)生所謂的“鬼影”,在連接時(shí)可以通過(guò)接一個(gè)電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度。 第4腳:RS為數(shù)據(jù)命令選擇端,電平為H時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、電平為L(zhǎng)時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳:RW為讀寫(xiě)選擇端,電平為H時(shí)進(jìn)行讀操作,電平為L(zhǎng)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 第6腳:E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。 第7~14腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。 第15~16腳:空腳或背燈電源,15腳背光正極,16腳背光負(fù)極。 3.2.3 LCD1602的指令說(shuō)明表3.1 顯示模式設(shè)置 - 顯示開(kāi)/關(guān)及光標(biāo)位置如表3.2所示:
表3.2 顯示開(kāi)/關(guān)及光標(biāo)位置 - 數(shù)據(jù)控制:控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針,可以根據(jù)它來(lái)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部的全部字節(jié)。
- 數(shù)據(jù)指針設(shè)置如表3.3所示:
表3.3 數(shù)據(jù)指針設(shè)置 - 讀數(shù)據(jù):輸入時(shí) RW 、RS、 E均等于H,輸出D0-D7=數(shù)據(jù)
- 寫(xiě)數(shù)據(jù):輸入時(shí)RW=L、RS=H、D0-D7=數(shù)據(jù)、E=高脈沖,輸出無(wú);
- 其他設(shè)置如表3.4所示:
表3.4 其他設(shè)置 - 指令1:清除顯示,指令碼為01H,清楚顯示數(shù)據(jù);
- 指令2:光標(biāo)返回到地址00H即光標(biāo)復(fù)位;
- 指令3:光標(biāo)和顯示位置設(shè)置,光標(biāo)按方向移動(dòng),高/低電平右/左移,S:屏幕上所有文字是否左移或右移,高電平移動(dòng),低電平不移動(dòng);
- 指令4:顯示開(kāi)關(guān)控制D:控制整體的顯示開(kāi)與關(guān),高電平表示開(kāi)顯示,低電平表示關(guān)顯示。C:控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān),高電平表示有光標(biāo),低電平表示無(wú)光標(biāo) B:控制光標(biāo)是否閃爍,高電平閃爍,低電平不閃爍;
- 指令5:光標(biāo)或顯示移位 S/C :高電平時(shí)顯示移動(dòng)的文字,低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo);
- 指令6:功能設(shè)置命令 DL:高電平時(shí)為4位總線(xiàn),低電平時(shí)為8位總線(xiàn) N:低電平時(shí)為單行顯示,高電平時(shí)為雙行顯示,F(xiàn):低電平時(shí)顯示5X7的點(diǎn)陣字符,高電平時(shí)顯示5X10的顯示字符;
- 指令7:字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置;
- 指令8:DDRAM地址設(shè)置;
- 指令9:讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF:忙標(biāo)志位,高電平表示忙,此時(shí)模塊不能接收命令或數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙;
3.2.4 LCD1602的基本時(shí)序操作LCD1602的基本時(shí)序操作以及對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和輸入輸出如表3.5所示:
表3.5 基本時(shí)序操作及對(duì)應(yīng)狀態(tài)的輸入輸出 LCD1602的讀寫(xiě)時(shí)序操作如圖3.4、3.5所示: 圖 3.4讀時(shí)序操作圖 圖 3.5寫(xiě)時(shí)序操作圖
3.3 4*4矩陣鍵盤(pán)簡(jiǎn)介
3.3.1 4*4矩陣鍵盤(pán)的概述4*4矩陣鍵盤(pán)又是4*4行列鍵盤(pán),它是分別用4條I/O線(xiàn)作為行線(xiàn)和列線(xiàn)組成的鍵盤(pán)。每個(gè)鍵的位置設(shè)置在每條行線(xiàn)和列線(xiàn)在交叉處上,可以知道4*4矩陣鍵盤(pán)共有4*4=16個(gè)按鍵。這樣的設(shè)置可以有效地提高單片機(jī)I/O口的利用率,與獨(dú)立式按鍵相比大大降低了接口占用率。當(dāng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要按鍵個(gè)數(shù)要求比較大時(shí),為了釋放出I/O端口來(lái)供其他連接需要時(shí)往往采用這種矩陣式按鍵來(lái)解決問(wèn)題。在矩陣鍵盤(pán)中,行列線(xiàn)均通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接取代了直接交叉相連。這樣,在很大的程度上增加了按鍵數(shù),而直接將端口線(xiàn)連接在鍵盤(pán)上則會(huì)減少一倍的按鍵數(shù)量。在需要很多按鍵的設(shè)計(jì)中采用矩陣鍵盤(pán)明顯地比獨(dú)立式按鍵更合理,而且行列線(xiàn)越多效果越明顯。 3.3.2 4×4矩陣鍵盤(pán)的硬件結(jié)構(gòu)
圖3.6 4*4矩陣鍵盤(pán)的基本結(jié)構(gòu)圖 在應(yīng)用矩陣鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)中要編譯程序的時(shí)候必定會(huì)計(jì)算出每個(gè)按鍵的接口地址是多少以方便編譯,在矩陣鍵盤(pán)的按鍵確定上我們可以采用兩種方法: 行掃描法是我們常用的一種識(shí)別按鍵的方法,這種方法需要我們逐行逐列進(jìn)行掃描查詢(xún),分為兩個(gè)步驟: - 將連接的全部行線(xiàn)置為低電平,然后檢測(cè)所有列線(xiàn)的電位狀態(tài)。只要某一列列線(xiàn)電位為低電平,就表示矩陣鍵盤(pán)中這列有鍵被按下,并且在被按下的閉合的按鍵在低電平列線(xiàn)與全部根行線(xiàn)相交叉的4個(gè)按鍵之中。反之,若所有列線(xiàn)電位均為高電平,則表示矩陣鍵盤(pán)中沒(méi)有按鍵被按下;
- 通過(guò)前一可知按鍵處在判斷的4個(gè)按鍵之中,在確認(rèn)了有按鍵被按下后,就可進(jìn)入到確定具體被閉合鍵的操作。然后再依次將所有行線(xiàn)電位置為低電平,即只有一根行線(xiàn)為低電平,其余行線(xiàn)則為高電平。在確定了某根行線(xiàn)電位為低電平后,再逐行檢測(cè)所有列線(xiàn)的電平狀態(tài)。若某根列線(xiàn)的電位為低電平,則被按下的按鍵就處在這根列線(xiàn)和低電平行線(xiàn)的交叉處;
這種確定矩陣鍵盤(pán)按鍵的方法也是非常有效的方法,也分為兩個(gè)步驟: - 先讓所連接的端口高四位為高(1),低四位為低(0),若矩陣鍵盤(pán)上有按鍵被按下,則高四位中會(huì)有一個(gè)電平從1被翻轉(zhuǎn)到0,低四位則不會(huì)改變電平狀態(tài),然后即可確定矩陣鍵盤(pán)上被按下的按鍵的所在行的具體位置;
- 讓讓所連接的端口高四位為低(0),低四位為高(1)。若矩陣鍵盤(pán)上有按鍵被按下,則低四位中會(huì)會(huì)有一個(gè)電平1翻被轉(zhuǎn)為0,高四位則不會(huì)改變電平狀態(tài),然后即可確定矩陣鍵盤(pán)上被按下的按鍵的所在列的具體位置。綜合這兩個(gè)步驟就可以判斷出被按下的按鍵具體位置;
3.4 識(shí)別系統(tǒng)
3.4.1對(duì)硬幣的識(shí)別目前在國(guó)內(nèi),對(duì)于硬幣的識(shí)別可采用多種方法,比如激光掃描、應(yīng)變片測(cè)重量、光電管檢測(cè)大小等,然而在自動(dòng)售貨機(jī)中采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量準(zhǔn)確及其非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)集一身的渦流傳感器檢測(cè)。 電渦流檢測(cè)原理:以高頻的電信號(hào)通過(guò)一個(gè)線(xiàn)圈,在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)通過(guò)硬幣的表面即變化磁通通過(guò)硬幣的表面,相應(yīng)地硬幣表面上產(chǎn)生電渦流, 并產(chǎn)生反向的變化磁場(chǎng),以削弱原來(lái)線(xiàn)圈產(chǎn)生出來(lái)的磁場(chǎng)。然后根據(jù)激勵(lì)磁場(chǎng)線(xiàn)圈幅值的變化,通過(guò)變化的給定值即可測(cè)出真假硬幣。
圖3.7 電渦流檢測(cè)電路原理圖 圖3.7中Q2所需要的頻率由Q1、L、C4等元件組成的振蕩電路所提供,從而在C點(diǎn)產(chǎn)生一正弦波振蕩信號(hào);然后再A、B 兩點(diǎn)外接一個(gè)傳感線(xiàn)圈,當(dāng)有硬幣投入通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)會(huì)改變C點(diǎn)原有信號(hào)的幅值大小,而真假硬幣通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)改變的幅值大小是不一樣的,通過(guò)對(duì)比設(shè)定給定真幣的參照值來(lái)判斷真假硬幣。 但是在實(shí)際應(yīng)用中,由于某些條件的原因會(huì)影響到電子線(xiàn)路元器件的判定值,比如溫漂的影響,由于材質(zhì)的差異比較小,從而導(dǎo)致信號(hào)值得差距變小,若受到的溫漂影響稍微增強(qiáng)一點(diǎn),那么則很難精確地確檢測(cè)出不行的,為此可以采用電橋的方法來(lái)進(jìn)行改善彌補(bǔ),從而減小由溫漂造成的干擾。圖中L3、L4都是激勵(lì)線(xiàn)圈,L3上方放置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的1元硬幣或其它用低碳鋼做成的圓片,L4為檢測(cè)有無(wú)硬幣通過(guò)和是否為真假的激勵(lì)線(xiàn)圈,A、B兩信號(hào)通過(guò)通信模塊同時(shí)送到后續(xù)的運(yùn)算放大器之中進(jìn)行相減,從而抵消因溫漂所造成的影響。
3.5 貨物選擇系統(tǒng)貨物選擇系統(tǒng)主要通過(guò)矩陣鍵盤(pán)按鍵操作來(lái)完成。4*4矩陣鍵盤(pán)是自動(dòng)售貨機(jī)中的輸入裝置,價(jià)格低廉,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛地應(yīng)用。鍵盤(pán)按照接口原理可分為編碼鍵盤(pán)與非編碼鍵盤(pán)兩類(lèi),它們的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤(pán)主要是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別,非編碼鍵盤(pán)主要是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的定義與識(shí)別。 CPU可以采用查詢(xún)或中斷方式了解有無(wú)將鍵輸入,并檢查是哪一個(gè)鍵按下,然后通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序,執(zhí)行完后再返回主程序。 一個(gè)完整的矩陣鍵盤(pán)控制程序應(yīng)該具備以下功能: - 能夠準(zhǔn)確檢測(cè)鍵盤(pán)上有無(wú)按鍵按下,為了消除鍵盤(pán)的按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)可以采取硬件或軟件措施;
- 有良好的邏輯處理方法,按鍵處理可以獨(dú)立開(kāi)展,在處理期間對(duì)任何一個(gè)按鍵的操作不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,只要按鍵按下系統(tǒng)都只執(zhí)行一次按鍵功能程序;
- 輸出的按鍵值或者鍵號(hào)可以達(dá)到很精確的狀態(tài)來(lái)正確執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令;
圖3.9 貨物選擇系統(tǒng)圖
3.6 出貨及找零系統(tǒng)在本系統(tǒng)中,總共設(shè)計(jì)了8種飲料,價(jià)格分別為1、2、3、4、5、6、7、8元不等,由顧客通過(guò)按鍵選擇確定后,投入售貨機(jī)可識(shí)別的幣(幣可以累加計(jì)數(shù))。當(dāng)投入的幣總值不夠購(gòu)買(mǎi)選擇的商品總值時(shí),售貨機(jī)顯示金取消交易并退出所投幣,如果所投幣大于等于購(gòu)買(mǎi)選擇的商品總值時(shí),由售貨機(jī)出貨并計(jì)算剩余幣。但是在單片機(jī)的輸出中只有高電平和低電平之分。在自動(dòng)售貨機(jī)中只需要安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī),待顧客投入幣后將信號(hào)送入系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推出相應(yīng)商品即可。本設(shè)計(jì)只模擬實(shí)現(xiàn)此功能,負(fù)責(zé)軟件仿真,暫不考慮硬件電機(jī)方面,只作介紹。在這里,我們選用光敏三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。當(dāng)單片機(jī)輸出端為高電平時(shí),則驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光,使驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路導(dǎo)通,這時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始工作等待信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)輸出端為低電平時(shí),則二極管熄滅。驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路斷開(kāi),即完成推貨動(dòng)作,LED燈閃爍。售貨機(jī)通過(guò)投幣時(shí)累計(jì)的計(jì)數(shù)和購(gòu)買(mǎi)商品的總金額進(jìn)行相減的運(yùn)算,在LCD液晶上顯示出余幣的數(shù)量,顧客取走貨物后自動(dòng)退還余幣。 圖3.10 出貨及找零
4 系統(tǒng)的軟件流程圖設(shè)計(jì)
4.1 自動(dòng)售貨機(jī)貨物選擇流程圖本設(shè)計(jì)提供1-8元不等的貨物,分別用1-8的序號(hào)對(duì)應(yīng)貨物。當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)后進(jìn)入初始化界面,等待顧客選擇貨物種類(lèi)和數(shù)量,按鍵“OK”則跳入投幣系統(tǒng),按鍵“NO”則返回初始化等待界面。在這里只以1號(hào)商品作為例子來(lái)講解具體流程如圖4.1: 圖4.1 自動(dòng)售貨機(jī)貨物選擇流程圖
4.2 自動(dòng)售貨機(jī)投幣系統(tǒng)流程圖在4*4矩陣鍵盤(pán)上模擬投入幣,若投入一種面值的幣就累加一種面值的幣,如果沒(méi)有投入幣或者投入幣值不足購(gòu)買(mǎi)商品的話(huà)則提示繼續(xù)投幣。當(dāng)所投幣足夠時(shí),進(jìn)入出貨找零系統(tǒng)如圖4.2所示: 圖4.2 自動(dòng)售貨機(jī)投幣系統(tǒng)流程圖
4.3 自動(dòng)售貨機(jī)出貨找零系統(tǒng)流程圖進(jìn)入出貨找零系統(tǒng)時(shí),如果購(gòu)買(mǎi)商品后沒(méi)有剩余幣則直接推出商品,若還有剩余幣則找出余幣,如圖4.3所示: 4.3 自動(dòng)售貨機(jī)出貨找零系統(tǒng)流程圖
5.2 仿真結(jié)果設(shè)計(jì)好程序之后,還需要通過(guò)protues7.5和keil3.0來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的調(diào)試和仿真,仿真結(jié)果圖如下: - 當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)售貨機(jī)時(shí)機(jī)器進(jìn)入初始化等待狀態(tài),等待按鍵輸入,如圖5.1所示:
圖5.1 初始化等待界面 - 通過(guò)按鍵price+和price-來(lái)選擇貨物的種類(lèi),然后通過(guò)num+和num-來(lái)選擇所購(gòu)買(mǎi)貨物的數(shù)量,同時(shí)代表被選擇貨物的LED指示燈亮,如圖5.2所示:
圖5.2 選擇貨物的種類(lèi)及數(shù)量 - 當(dāng)選擇好貨物后,按下“OK”鍵進(jìn)入到投幣系統(tǒng),此時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)計(jì)算出所購(gòu)貨物總金額,如圖5.3所示:
圖5.3 貨物選擇并計(jì)價(jià) - 當(dāng)機(jī)器計(jì)算出總價(jià)等待顧客投入幣并按下“OK”鍵后,當(dāng)投入幣幣值大于或等于總價(jià)時(shí)就出貨并找零,若投入幣幣值小于總價(jià)則不能出貨只能按下“NO”退出所投幣或繼續(xù)投幣,如圖5.4所示:
圖5.4 出貨找零 - 當(dāng)完成以上步驟后則完成一次自動(dòng)購(gòu)物過(guò)程,機(jī)器自動(dòng)復(fù)位回到初始化界面如圖5.5所示:
圖5.5 自動(dòng)復(fù)位返回初始化界面
附錄B:系統(tǒng)總圖
單片機(jī)源程序如下: - #include<reg51.h>
- /*******************define*************************/
- #define WAIT_SALE 0 //定義1602顯示狀態(tài)
- #define NO_WATER 1
- #define INPUT_MONEY 2
- #define SALING 3
- #define CHANGE 4
- #define CANCLE 5
- #define NO_DATA 0
- #define water_change(x, y) ((x) & (~(0x01 << y))) //宏 控制水種類(lèi)的切換
- #define uint unsigned int
- #define uchar unsigned char
- unsigned char water_total[] = {10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10};
- unsigned char water_price[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
- uchar code wait_sale[]="for sale"; //定義所顯示的內(nèi)容
- uchar code no_water[] = "no water!";
- uchar code price[] = "price:";
- uchar code number[] = "num:";
- uchar code sum[] = "SUM:";
- uchar code input[] = "INPUT:";
- uchar code change[] = "change:";
- uchar code put_water[] = "put water...";
- uchar code cancle[] = "cancle...";
- unsigned char e=0x00;
- sbit P2_0=P2^0; //定義接端口
- sbit P2_1=P2^1;
- sbit P2_2=P2^2;
- sbit P2_3=P2^3;
- sbit lcd_en=P3^4;
- sbit rs=P3^2;
- sbit rw = P3^3;
- /****************************************************/
- /***********************function**********************************/
- /************lcd 1602*************************/
- void lcd_1602_delay(uint z) //延時(shí)
- {
- uint x,y;
- for(x=z;x>0;x--)
- for(y=110;y>0;y--);
- }
- void lcd_1602_write_com(uchar com) //寫(xiě)命令
- {
- rs=0;
- rw=0;
- P2=com;
- lcd_1602_delay(5);
- lcd_en=1;
- lcd_1602_delay(5);
- lcd_en=0;
- }
- void lcd_1602_write_data(uchar date) //寫(xiě)數(shù)據(jù)
- {
- rs=1;
- rw=0;
- P2=date;
- lcd_1602_delay(5);
- lcd_en=1;
- lcd_1602_delay(5);
- lcd_en=0;
- }
- void lcd_1602_init() //LCD1602初始化函數(shù)
- {
- lcd_en=0;
- lcd_1602_write_com(0x38);
- lcd_1602_write_com(0x0e);
- lcd_1602_write_com(0x06);
- lcd_1602_write_com(0x01);
- }
- void lcd_1602_wait_sure() //顯示'OK'&'NO'界面
- {
- lcd_1602_write_com(0x80+0x40);
- lcd_1602_write_data('O');
- lcd_1602_write_data('K');
-
- lcd_1602_write_com(0x80+0x4e);
- lcd_1602_write_data('N');
- lcd_1602_write_data('O');
- }
- void lcd_1602_show_num(uint num) // 1602顯示數(shù)字的函數(shù)
- {
- if(num <= 9)
- {
- lcd_1602_write_data('0'+num);
- lcd_1602_write_data(' ');
- }else if(num >= 10 )
- {
- lcd_1602_write_data('0'+num/10);
- lcd_1602_write_data('0'+num%10);
- }
- }
- void lcd1602_info_display(uint choose, uint num_type, uint num_count) //1602顯示函數(shù)
- {
- int num;
- lcd_1602_write_com(0x01);
- switch(choose)
- {
- case WAIT_SALE:
- lcd_1602_write_com(0x80+0x03); //
- for(num = 0; num < 8; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(wait_sale[num]);
- }
- break;
- case NO_WATER:
- lcd_1602_write_com(0x80+0x03);
- for(num = 0; num < 9; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(no_water[num]);
- }
- break;
- case SALING:
- //price
- lcd_1602_write_com(0x80+0x00);
- for(num = 0; num < 6; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(price[num]);
- }
- lcd_1602_write_data('0'+(num_type+1));
- lcd_1602_write_data(' ');
- //number
- lcd_1602_write_data(' ');
- for(num = 0; num < 4; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(number[num]);
- }
- lcd_1602_show_num(num_count);
-
-
- break;
- case INPUT_MONEY:
- //need money
- lcd_1602_write_com(0x80+0x00);
- for(num = 0; num < 4; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(sum[num]);
- }
- lcd_1602_show_num(num_type);
- //input
- lcd_1602_write_data(' ');
- lcd_1602_write_data(' ');
- for(num = 0; num < 6; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(input[num]);
- }
- lcd_1602_show_num(num_count);
- break;
- case CHANGE:
- if(!num_count)
- {
- //put water
- lcd_1602_write_com(0x80+0x02);
- for(num = 0; num < 13; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(put_water[num]);
- }
- }
- else
- {
- //cancle water
- lcd_1602_write_com(0x80+0x02); //取消選擇時(shí)寫(xiě)命令退幣
- for(num = 0; num < 9; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(cancle[num]);
- }
- }
- //change
- lcd_1602_write_com(0x80+0x43);
- for(num = 0; num < 7; num++)
- {
- lcd_1602_write_data(change[num]);
- }
- lcd_1602_show_num(num_type);
- break;
- default:
- break;
- }
- lcd_1602_write_com(0x0c);
- }
- void lcd_1602_saling(uint type, uint num)
- {
- lcd1602_info_display(SALING, type, num);
- lcd_1602_wait_sure();
- }
- void lcd_1602_inputing(uint need, uint input)
- {
- lcd1602_info_display(INPUT_MONEY, need, input);
- lcd_1602_wait_sure();
- }
- /*************************************************/
- void delay1(unsigned int t) // 延時(shí)函數(shù)
- {
- unsigned int i,j;
- for(i=0;i<t;i++)
- for(j=0;j<10;j++);
- }
- void out_water() //推出水函數(shù)
- {
- int i, j = 100;
- while(j--)
- {
- for(i = 0; i < 8; i++)
- {
- P0 = water_change(0xff, i);
- delay1(50);
- }
- }
- P0 = 0xff;
- }
- unsigned char key(void) //按鍵響應(yīng)函數(shù)
- {
- unsigned char key,key1,key2;
- P1=0XF0;
- if((P1&0XF0)!=0XF0) //ked down
- {
- delay1(10); //延時(shí)去抖動(dòng)
- if((P1&0XF0)!=0XF0) //仍然有鍵按下
- {
- key1=P1&0XF0; //讀入列線(xiàn)值
- P1=0X0F;
- key2=P1&0X0F;
- key=key1|key2;
- switch(key) //按鍵映射
- {
- case 0xee: e=0x00;break;
- case 0xde: e=0x01;break;
- case 0xbe: e=0x02;break;
- case 0x7e: e=0x03; break;
- case 0xed: e=0x04;break;
- case 0xdd: e=0x05;break;
- case 0xbd: e=0x06;break;
- case 0x7d: e=0x07; break;
- case 0xeb: e=0x08;break;
- case 0xdb: e=0x09;break;
- case 0xbb: e=0x0a;break;
- case 0x7b: e=0x0b; break;
- case 0xe7: e=0x0c;break;
- case 0xd7: e=0x0d;break;
- case 0xb7: e=0x0e;break;
- case 0x77: e=0x0f; break;
- }
- while((P1&0X0F)!=0X0F);
- delay1(10);
- return 1;
- }
- }
- return 0;
- }
- /*********************************************************************/
- /*****************main********************************/
- void main()
- {
- unsigned char ok = 0, water_type = -1, water_is_choose = 0;
- char water_count = 0;
- unsigned int flag = 0, money = 0, need_money;
- lcd_1602_init();
- again:
- ok = 0; water_type = -1; water_count = 0; water_is_choose = 0;
- flag = 0; money = 0; need_money = 0;
- lcd1602_info_display(WAIT_SALE, 0, 0);
- while(!ok) //choose the water and count
- {
- flag=key();
- if(flag)
- {
- switch(e) //不同的按鍵進(jìn)行不同的操作
- {
- case(0x00):
- water_type++;
- water_is_choose = 1;
- if(water_type == 8)
- {
- water_type = 0;
- }
- P0 = water_change(0xff, water_type);
- break;
- case(0x01):
- water_type--;
- water_is_choose = 1;
- if(water_type == -1 || water_type == -2)
- {
- water_type = 7;
- }
- P0 = water_change(0xff, water_type);
- break;
- case(0x02):
- if(water_is_choose == 1)
- {
- water_count++;
- if(water_count > water_total[water_type])
- {
- water_count = water_total[water_type];
- }
- }
- break;
- case(0x03):
- if(water_is_choose == 1)
- {
- water_count--;
- if(water_count < 0)
- {
- water_count = 0;
- }
- }
- break;
- case(0x0e): // 返回
- goto again;
- break;
- case(0x0f): // 確認(rèn)
- if(water_is_choose == 1)
- {
- ok=1;
- }
- break;
- default:
- break;
- }
- lcd_1602_saling(water_type, water_count);
- }
- }
-
- //choose ok: calculate the money //計(jì)算總數(shù)
- need_money = water_count * water_price[water_type];
- lcd_1602_inputing(need_money, money);
- ok = 0;
- while(!ok) //get money
- {
- flag=key();
- if(flag)
- {
- switch(e)
- ……………………
- …………限于本文篇幅 余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………
復(fù)制代碼
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2022-4-25 20:57 上傳
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