自動(dòng)存包柜的設(shè)計(jì)與仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自動(dòng)存包柜的設(shè)計(jì)與仿真摘 要本課題是基于單片機(jī)的自動(dòng)存包柜設(shè)計(jì)。自動(dòng)存包柜是新一代的存包柜，具有功能實(shí)用、操作簡(jiǎn)單、管理方便、安全可靠等特點(diǎn)，能夠更好的服務(wù)于不同市場(chǎng)的廣大群眾，使用者可以根據(jù)簡(jiǎn)明清晰的操作說(shuō)明自行完成存包取包工作。本系統(tǒng)由MCS-51單片機(jī)構(gòu)成核心控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由主控部分、鍵盤顯示控制部分、執(zhí)行部分三部分組成，通過(guò)隨機(jī)密碼的產(chǎn)生和核對(duì)完成自動(dòng)存包取包過(guò)程。本設(shè)計(jì)中各元器件便于安裝且操作簡(jiǎn)單，能基本實(shí)現(xiàn)存包取包功能。關(guān)鍵詞：自動(dòng)存包柜；單片機(jī)；隨機(jī)密碼Design and Simulation of Automatic Lockers ABSTRA

2、CTThis topic is microcontroller-based automatic lockers.Automatic lockers is a new generation of lockers, with a practical, simple operation, easy management, safe and reliable, able to better serve the broad masses of the different markets, users are based on a clear and concise instructions to com

3、plete the deposit bags to take the package. The system consists of MCS-51 microcontroller core control system, the entire system from the main section, the keyboard display control part of the implementation of some of the three-part composition, random password generation and check completed automa

4、tically save the package to take the package process. Various components of this design is easy to install and easy to operate, can basically save the package to take package function.Key words :Automatic lockers; microcontroller; random password目 錄專心-專注-專業(yè)自動(dòng)存包柜的設(shè)計(jì)與仿真1 緒 論近年來(lái)，隨著生活水平的提高，人們對(duì)于社會(huì)消費(fèi)品的質(zhì)量要

5、求在不斷增加，對(duì)技術(shù)服務(wù)也提出了更高的要求。在超市、綜合商店、個(gè)人商店等人流量大的地方，常常需要對(duì)顧客隨帶物品進(jìn)行存儲(chǔ)。為了更好的為廣大顧客服務(wù)，在一些商場(chǎng)、影院尤其是超市等公共場(chǎng)合通常有電腦控制的自動(dòng)存包柜，顧客進(jìn)入商場(chǎng)購(gòu)物時(shí)可寄存一些隨身攜帶的較重物件或多余的現(xiàn)金，十分便利。顧客可以根據(jù)簡(jiǎn)明清晰的操作說(shuō)明自行的完成存取物品的工作，自助式存取可以避免開(kāi)放式存取帶來(lái)的不必要的糾紛，又可以節(jié)約人員開(kāi)支，達(dá)到減員增效的目的。自動(dòng)存包系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求有高的可靠性，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件電路和運(yùn)行軟件的可靠性。安全性是設(shè)計(jì)自動(dòng)存包柜時(shí)必須考慮的另一個(gè)重要因素。安全性是指系統(tǒng)能夠保證人和財(cái)物的安全，電子存包柜

6、要有緊急情況保護(hù)等措施。友好的人機(jī)界面對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也是相當(dāng)重要的?？梢暬娜藱C(jī)接口操作起來(lái)比較方便，用戶可以直觀的了解到存包柜的各種信息，通過(guò)圖形進(jìn)行各種操作并清楚地顯示電子存包柜的各種信息。電腦控制的存包柜無(wú)需專職的管理人員且安全可靠,頗受顧客的信任1。1.1 自動(dòng)存包柜的種類 自動(dòng)存包柜又名電子存包柜，電子寄存柜。主要由以下幾種類型：（1）機(jī)設(shè)條碼式電子存包柜：存物時(shí)，先按“存”鍵，寄存柜自動(dòng)打印一張密碼條，使用者抽出密碼紙，對(duì)應(yīng)的箱門自動(dòng)打開(kāi)，存好后關(guān)上箱門；取物時(shí)，直接將條碼紙?jiān)趻呙杩趻呙?，?duì)應(yīng)的箱門會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，取物完成后關(guān)上箱門。（2）指紋式電子存包柜：以使用者指紋作為寄存的憑證；存

7、物時(shí),先按一下“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機(jī)器會(huì)把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下來(lái)，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，先按一下“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(duì)，正確后才會(huì)打開(kāi)該箱供使用者取物。（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；存物時(shí)，先按一下“存”鍵再刷卡（即讓存包柜讀取卡號(hào)），存包柜應(yīng)先識(shí)別是否為該場(chǎng)所的IC卡，若不是則拒絕存物；若是，機(jī)器會(huì)把該卡號(hào)與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下來(lái)，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)該箱，

8、供使用者存物，存完后自己關(guān)好箱門；取物時(shí)，先按一下“取”鍵再刷卡，寄存柜將讀取的卡號(hào)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后打開(kāi)該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、卡號(hào)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，上位管理軟件等，以實(shí)現(xiàn)寄存狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，分段收費(fèi)，報(bào)表打印等功能2。1.2 自動(dòng)存包柜控制系統(tǒng)的基本原理及技術(shù)要求 本系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)做控制器，具有較高的自動(dòng)化程度，當(dāng)顧客需要存包的時(shí)候,可以自行到存包柜前按“ON/C”鍵,單片機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào),并通過(guò)系統(tǒng)I/O口發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)

9、,數(shù)碼管顯示8位隨機(jī)密碼，然后一發(fā)光二極管亮，顧客即可存包。當(dāng)顧客需要取包時(shí)，先按“=”鍵，系統(tǒng)進(jìn)入取包狀態(tài)，然后輸入密碼，輸入完畢后按“+”鍵表示確定，系統(tǒng)比較密碼一致后，對(duì)應(yīng)二極管滅，顧客即可將包取出。根據(jù)“自動(dòng)存包”這一目的要求，做如下設(shè)計(jì)安排：第一部分：CPU核心控制部分，由單片機(jī)8031、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等構(gòu)成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。第二部分：鍵盤顯示控制部分。對(duì)8個(gè)數(shù)碼管和2個(gè)按鍵進(jìn)行管理，8個(gè)數(shù)碼管用于顯示2位柜號(hào)兒和8位密碼，14個(gè)按鍵分別為10個(gè)數(shù)字鍵和4個(gè)功能鍵。通過(guò)這些鍵盤，用戶就可以完成所有的操作。第三部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。它是通過(guò)8031的并行口擴(kuò)展一片8255A芯片，并

10、通過(guò)8255A控制8個(gè)燈的狀態(tài)（亮滅）來(lái)模擬柜子的存包取包的過(guò)程。軟件部分主要采用我們自己設(shè)定的一種與柜號(hào)兒相關(guān)聯(lián)的算法來(lái)產(chǎn)生一組8位的隨機(jī)密碼，而密碼的產(chǎn)生、核對(duì)過(guò)程就對(duì)應(yīng)存包、取包的過(guò)程。本系統(tǒng)具有如下特色：（1）經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)單且便于安裝。（2）能產(chǎn)生一組8位隨機(jī)密碼，密碼使用一次有效；有三次容錯(cuò)功能和解鎖功能，因此系統(tǒng)安全可靠。（3）利用軟件產(chǎn)生隨機(jī)密碼而不是硬件，使得硬件更為簡(jiǎn)潔、可靠、穩(wěn)定。1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)功能（1）完成矩陣鍵盤輸入命令進(jìn)行取包的任務(wù)；（2）存包時(shí)系統(tǒng)能產(chǎn)生隨機(jī)密碼；（3）隨機(jī)數(shù)在單片機(jī)中的保存及刪除；（4）液晶數(shù)碼管的選擇及與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)；（5）

11、發(fā)光二極管模擬柜子的實(shí)現(xiàn)。2 系統(tǒng)方案概述及硬件設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)存包柜系統(tǒng)框圖自動(dòng)存包柜由電子電路和機(jī)械兩部分組成，本設(shè)計(jì)的存包柜主要實(shí)現(xiàn)電子電路方面的功能，它可以通過(guò)單片機(jī)完成密碼的隨機(jī)產(chǎn)生、密碼的確認(rèn)和顯示以及用發(fā)光二極管模擬柜子的開(kāi)閉狀態(tài)等功能。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：圖2-1 自動(dòng)存包柜的系統(tǒng)框圖從硬件上看，它的部分組成分別是：發(fā)光二極管，通過(guò)亮滅來(lái)模擬柜子的開(kāi)閉狀態(tài)；電源，為電路提供一個(gè)5V 的工作電壓；單片機(jī)，整個(gè)電路的核心部分；LED 數(shù)碼管，用于顯示柜號(hào)和密碼；還有鍵盤部分，鍵盤有14個(gè)按鍵，其中的十個(gè)分別 為 0-9的數(shù)字鍵，其他四個(gè)分別為存包鍵（隨機(jī)產(chǎn)生密碼）、取包鍵（確認(rèn)密

12、碼）、確定鍵、取消鍵。2.2主機(jī)電路核心器件的選擇單片機(jī)是在一塊硅片上集成了微處理器，存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口，這樣的一塊芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)也較為容易3。MCS-51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá)111條，MCS-51單片機(jī)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(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，我們也以這一代表性的機(jī)型

13、進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。8031內(nèi)部包括一個(gè)8位CPU、128個(gè)字節(jié)RAM，21個(gè)特殊功能寄存器、4個(gè)8位并行I/O口，1個(gè)全雙工串行口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，需要外部EPROM芯片。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4K ROM，作為程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序不超過(guò)4K字節(jié)的小系統(tǒng)。8751是在8031的基礎(chǔ)上，增加4K字節(jié)的EPROM，它構(gòu)成了一個(gè)程序小于4KB的系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM內(nèi)，可以反復(fù)修改程序。但是它的價(jià)格比較昂貴。8031外擴(kuò)一片4KB EPROM就相當(dāng)于8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。經(jīng)過(guò)

14、計(jì)算和考慮，我們這里所設(shè)計(jì)的自動(dòng)存包柜是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，用8031就完全可以達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)存包柜的各項(xiàng)功能，所以我們選用8031作為我們的主機(jī)電路核心器件。8031單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)中的一種，除無(wú)片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機(jī)基本一樣。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(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（7）中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)4。2.2

15、.1 8031內(nèi)部結(jié)構(gòu)8031內(nèi)部有8個(gè)部件組成，即CPU、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、串行口、并行口（P0P3）、定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)5。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：圖2-2 8031的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）CPU中央處理器中央處理器是8031的核心，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。中央處理器主要由運(yùn)算部件和控制部件組成。它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或輸入口送到CPU，或?qū)PU數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)的運(yùn)算。（2）時(shí)鐘電路8031內(nèi)部有一個(gè)頻率最大為12MHz的時(shí)鐘電路，它為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘序列，但

16、需要外接石英晶體做振蕩器和微調(diào)電容調(diào)整頻率。（3）內(nèi)存內(nèi)部存儲(chǔ)器可分做程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但在8031中無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。（4）定時(shí)/計(jì)數(shù)器8031有兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。（5）并行I/O口MCS-51有四個(gè)8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。（6）串行口它有一個(gè)全雙工的串行口，它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間或單片機(jī)同其它外設(shè)之間的通信，該串行口功能較強(qiáng)，可以作為全雙工異步通訊的收發(fā)器，也可以作為同步移位器用。（7）中斷控制系統(tǒng)8031有五個(gè)中斷源，既外部

17、中斷兩個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)，全部的中斷分為高和低的兩個(gè)輸出級(jí)6。2.2.2 8031引腳介紹采用40管腳雙列直插式DIP封裝,引腳如圖2-3所示：圖2-3 8031引腳圖引腳功能說(shuō)明：Vcc 40引腳 主電源引腳接+5V電壓；Vss 20引腳 接地；XTAL1 19腳 接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳

18、接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。RST/VPD 9腳 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個(gè)約10F的電容，以保證可靠地復(fù)位。VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 ALE/PROG 30腳 當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使

19、不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。PSEN 29腳 此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。 EA/VPP 31引腳 當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA保持

20、低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。 P0口 39腳32腳 是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。 P1口 腳至8腳 是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。P2口 21腳至28腳 是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和

21、程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。 P3口 10腳至17腳 是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載7。 作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。第二功能如表1所示：表1 P3口各引腳的第二功能 2.3 8031的系統(tǒng)擴(kuò)展8031具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，允許擴(kuò)展各種外圍電路以補(bǔ)充片內(nèi)資源不足，適應(yīng)特定應(yīng)用的需要，擴(kuò)展內(nèi)容包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、I/O接口等擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)擴(kuò)展圖如圖2-4所示：圖2-4 8031系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)圖

22、在這里我們介紹外部地址鎖存器74LS373擴(kuò)展芯片8255A。 2.3.1 74LS373介紹MCS-51單片機(jī)由于受引腳數(shù)的限制，數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，由P0口兼用。為了將它們分離出來(lái)，以便同單片機(jī)片外的擴(kuò)展芯片正確的連接，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器。我們這本設(shè)計(jì)中使用74LS373。74LS373是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其引腳如圖2-5所示：圖2-5 鎖存器74LS373的引腳 其引腳的功能如下：D7D0：8位數(shù)據(jù)輸入線Q7Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線LE：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)，高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平的時(shí)候，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。OE：數(shù)據(jù)輸出允

23、許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平的時(shí)候，三態(tài)門打開(kāi)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平的時(shí)候，輸出線為高阻態(tài)8。2.3.2 系統(tǒng)I/O接口擴(kuò)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擴(kuò)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。1 8255A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組控制器，數(shù)據(jù)緩總線沖器及讀寫(xiě)控制邏輯，如圖2-6所示：圖2-6 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（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

24、個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成。B口由一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個(gè)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(gè)8位的雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或控制信息。（4） 讀/寫(xiě)控制邏輯。這部分電路接收MCS-51送來(lái)的讀/寫(xiě)命令和選口地址，用于控制對(duì)8255A的讀/寫(xiě)9。2 8255A的引腳功能8255A有40條引腳，采用

25、雙列直插式封裝。引腳如圖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(shí)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。（2）控制總線（6條）：RESET:復(fù)位信號(hào)，輸入高電平有效。一般和單片機(jī)的復(fù)位相連，復(fù)位后，8255A所有內(nèi)部寄存器清0，所有口都為輸入方式。CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)有效，表示芯片被選中，允許8255A與CPU進(jìn)行通訊。RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255A通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。WR:寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)

26、輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)入8255A。A0、A1：地址輸入線。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。（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(duì)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(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)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

27、化±10%；GND為地線。3 輸入輸出電路自動(dòng)存包柜的設(shè)計(jì)中輸入輸出部分是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，輸入輸出系統(tǒng)就是人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系，交換信息的設(shè)備，即人機(jī)交互設(shè)備。在這里我們需要輸入存包取包命令，檢測(cè)箱內(nèi)是否有物體，在顧客需要的時(shí)候檢測(cè)密碼，并自動(dòng)打開(kāi)柜門，還需要顯示是否有空箱以及空箱的位置，來(lái)為顧客提供選擇。3.1鍵盤設(shè)計(jì)鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。該系統(tǒng)中鍵盤的主要功能是用于顧客選擇適當(dāng)?shù)陌翊姘冒存I來(lái)控制柜門的打開(kāi)，鍵盤是用8031單片機(jī)經(jīng)74LS373擴(kuò)展一片8255A構(gòu)成鍵盤借口電路的。鍵盤的閉合與否，映在行線

28、輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，相反如果高電平表示斷開(kāi)的話，那么低電平就表示鍵閉合，所以通過(guò)對(duì)行線電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可以確認(rèn)按鍵按下與否。常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。我們?cè)谶@里選用矩陣式鍵盤接口，如圖3-1所示：圖3-1 矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻接到+5V電源上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平；列線電平如果為高，則行線電平也為高電平。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。

29、由于矩陣鍵盤中行、列 線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵在行和列的電平，因此各按鍵彼此將互相發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置10。鍵盤實(shí)際是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令和數(shù)據(jù)的接口設(shè)備這里我們選用4*4矩陣鍵盤接口，用14個(gè)按鍵控制箱門的打開(kāi)，其中，數(shù)字鍵10個(gè)，分別為09，功能鍵4個(gè)，“ON/C”表示存包鍵，“=”表示取包鍵，“+”表示確定鍵，“”表示取消鍵。如圖3-2所示：圖3-2 4*4矩陣鍵盤該鍵盤工作方式采用的是外部中斷掃描，中斷式鍵盤掃描原理是：當(dāng)有鍵按下將會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷源，提醒處理器進(jìn)行鍵值掃描查詢。鍵盤的中斷方式一般有

30、定時(shí)中斷和外部中斷兩種，本系統(tǒng)采用的是外部中斷INT0。單片機(jī)先讓行線輸出低電平，當(dāng)有鍵按下時(shí)列線電平不全為高，將觸發(fā)外部中斷 INT0，單片機(jī)進(jìn)入中斷后先延時(shí)去抖動(dòng)，再掃描查尋鍵盤，讀出鍵值，然后處理相應(yīng)的鍵值處理子程序，無(wú)鍵按下則不進(jìn)入中斷，單片機(jī)不掃描，從而節(jié)約了大量的資源11。3.2顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了使操作人員及時(shí)掌握生產(chǎn)情況，在一般的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或者智能儀器當(dāng)中，都配有顯示程序。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(jì)所采用的是LED數(shù)碼管。LED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。根據(jù)發(fā)光二極管

31、內(nèi)部的連接方式不同，又有共陰極或共陽(yáng)極兩種形式。如圖3-3所示： 共陰極 共陽(yáng)極圖3-3 LED顯示器LED數(shù)碼管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長(zhǎng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)我們使用兩個(gè)4位數(shù)碼管來(lái)顯示8位密碼，數(shù)碼管如圖3-4所示：圖3-4 4位數(shù)碼顯示管3.3 輸出系統(tǒng)功能擴(kuò)展 由于本人能力有限，考慮不周，此次設(shè)計(jì)的存包柜與實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)存包柜相差甚遠(yuǎn)，功能不全，而且還存在一些問(wèn)題。按實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)各種需要，可以在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。如：（1）限位開(kāi)關(guān)：利用電磁鐵或可控硅、電磁耦合器，再加上一些機(jī)械裝置，就能實(shí)現(xiàn)柜門的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。（2）光電開(kāi)關(guān)：對(duì)存包柜進(jìn)行檢測(cè)，

32、實(shí)時(shí)顯示無(wú)物的箱號(hào)。（3）打印機(jī)：將產(chǎn)生的隨機(jī)密碼打印出來(lái)。（4）語(yǔ)音服務(wù)：用戶存取包時(shí)，語(yǔ)音致詞“歡迎使用”、“請(qǐng)關(guān)門”、“謝謝使用”等。（5）報(bào)警服務(wù)：用戶忘記關(guān)門時(shí)，提醒顧客關(guān)門。4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真為了使本系統(tǒng)的整個(gè)程序清晰明白，便于調(diào)試和修改，程序設(shè)計(jì)時(shí)把系統(tǒng)的各種功能分為若干部分，于每一部分功能編制相對(duì)獨(dú)立的程序塊，對(duì)各程序在運(yùn)行的時(shí)候各負(fù)其責(zé)。4.1 主程序模塊設(shè)計(jì)該模塊的功能包括顯示的初始化，判斷是否有空箱，鍵盤掃描，密碼掃描等功能。存儲(chǔ)柜通上電以后，單片機(jī)上電，首先進(jìn)行程序的初始化，包括定時(shí)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(chǔ)柜為初始狀態(tài)，根據(jù)存包指令，掃

33、面計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)包狀態(tài)，用數(shù)碼管顯示存儲(chǔ)柜號(hào)和密碼。主流程圖如圖4-1所示：4-1 主程序流程圖4.2鍵輸入子程序模塊鍵盤采用掃描工作方式,輸入程序功能有以下4個(gè)方面：(1) 判斷鍵盤上有無(wú)鍵閉合，其方法為掃描口PA07輸出全“0”，讀PC口的狀態(tài)，若PC03為全“1”（鍵盤上行線全為高電平）則鍵盤上沒(méi)有閉合鍵,若PC03不全為“1”，則有鍵處于閉合狀態(tài)。(2) 去除鍵的機(jī)械抖動(dòng)，其方法為判斷出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時(shí)間再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認(rèn)為是鍵的抖動(dòng)。(3) 判別鍵閉合的鍵號(hào)，方法對(duì)鍵盤的列線進(jìn)行掃描，掃描口PA07依次輸出：相應(yīng)的依次

34、讀PC口的狀態(tài)，若PC03為全“1”則列線為“0”的這一列上沒(méi)有鍵閉合。閉合鍵的鍵號(hào)等于為低電平的列號(hào)加上為低電平的行的首鍵號(hào)。(4) 使CPU對(duì)鍵的一次閉合僅做一次處理，采用的方法為等待閉合鍵釋放后在作處理。流程圖如圖4-2所示：圖4-2 鍵輸入子程序流程圖4.3 系統(tǒng)仿真本設(shè)計(jì)我們采用Proteus仿真，軟件調(diào)試先將事先編寫(xiě)好的各模塊部分程序?qū)懭敕抡孳浖锏膯纹瑱C(jī)中，然后通過(guò)Proteus仿真軟件進(jìn)行仿真。如有錯(cuò)誤或?qū)崿F(xiàn)不了預(yù)想的功能，則需要對(duì)程序進(jìn)行修改以達(dá)到設(shè)計(jì)的最終要求。此次設(shè)計(jì)中，燈亮表示柜中存有物品，燈滅表示柜空。（1）各元器件的連接圖，如圖4-3所示圖4-3 各元器件的連接（2

35、）按“ON/C”鍵（即存包鍵），數(shù)碼管顯示8位隨機(jī)密碼，作為取包時(shí)的核對(duì)密碼，然后密碼消失，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮，即可存包。仿真結(jié)果如圖4-4,4-5所示：圖4-4 產(chǎn)生8位隨機(jī)密碼圖4-5 燈亮，對(duì)應(yīng)柜子可存包（3）按“=”鍵（即取包鍵），顯示取包狀態(tài)，輸入密碼后，按“+”確定，系統(tǒng)需要對(duì)密碼與原先保存的密碼進(jìn)行比較，如果密碼正確，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二級(jí)管熄滅，即可取包。如圖4-6所示：圖4-6 密碼正確，燈滅，即可取包結(jié) 束 語(yǔ)在做畢業(yè)設(shè)計(jì)這短短的幾個(gè)月當(dāng)中，我不僅鞏固了以前學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，更重要的是也學(xué)到了許多新知識(shí)，在本系統(tǒng)中，基本模擬了超市存包的功能，以8031為核心CPU進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度，內(nèi)

36、部的隨機(jī)數(shù)模塊、發(fā)光二極管模塊、箱子模擬模塊和鍵盤輸入模塊，通過(guò)系統(tǒng)主程序來(lái)調(diào)度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能。從而了解了51系列單片機(jī)的具體使用，加深了對(duì) LED數(shù)碼管、發(fā)光二極管、矩陣鍵盤等常規(guī)元件的使用。也學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的步驟、方法和設(shè)計(jì)思想。在畢業(yè)設(shè)計(jì)之初，首先尋找素材，確定選題，從中知道這次設(shè)計(jì)的目的、要求以及要完成的工作。開(kāi)題之后進(jìn)入資料 檢索階段，通過(guò)在網(wǎng)上及圖書(shū)館查找資料，了解了自動(dòng)存包控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r以及現(xiàn)狀，從中得到了許多對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)有用的東西，并最終確定一套方案。此方案是利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以翻閱了大量的單片機(jī)書(shū)籍。因?yàn)橐郧暗膶W(xué)習(xí)是圍繞51系列的單片機(jī)，所以此次設(shè)計(jì)我選擇80

37、31為CPU。在圖書(shū)館和和網(wǎng)站上查到了好多的單片機(jī)和傳感器方面的知識(shí)，這對(duì)設(shè)計(jì)是很有必要的，它對(duì)后面的工作有很大的幫助。當(dāng)然設(shè)計(jì)總是在不斷的改進(jìn)和完善中完成的，每一個(gè)器件的選擇都要有很多的考慮。在本次設(shè)計(jì)中也不斷的更換新的器件和設(shè)計(jì)方法，最后做成了設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的要求。由于時(shí)間、資金等各個(gè)因素在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中還存在很多不能令人滿意的地方，這些地方也暴露了我們?cè)谝郧皩W(xué)習(xí)過(guò)程中的疏漏之處。我一定會(huì)在以后的工作中逐步的改正。參 考 文 獻(xiàn)1劉德?tīng)I(yíng),張志霞,李志偉.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:中國(guó)水利水電出版社,2006:1 54,90121. 2潘新民,王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

38、M.北京:電子工業(yè)出版社,2003:7199,360364.3宋浩,田豐.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2005:139,134179.4薛棟梁.MCS-51/151/251單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京:中國(guó)水利水電出版社,2001: 254 261. 5王路茜.電子設(shè)計(jì)技術(shù)J.維普中文期刊.2006年02期. 6方佩敏.新編傳感器原理應(yīng)用電路詳解J.北京:電子工業(yè)出版社,1994:112117.7何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002:97104,149156.8姜德譚,范茂軍.新編電子電路大全M.北京:計(jì)量出版社,1985:90121. 9丁元杰.單片

39、微機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:4077. 10何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997:100103.11李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京:北京航空航天大學(xué),1999:90148. 附 錄主程序清單 ORG 00H JMP MAIN ORG 23H JMP COM-INT主程序開(kāi)始 ORG 30HMAIN: MOV SP,#30H LCALL REST LCALL COMM JMP $初始化REST: MOV P0,#00H MOV P2,#255 CLR BEEP MOV P1,#255 RET串口初始化設(shè)置串行口工作方式1，定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器

40、波特率設(shè)置為 2400 ；COMM: MOV TMOD,#20H MOV TL1,#0F3H MOV TH1,#0F3H SETB EA SETB ES MOV PCON,#00H MOV SCON,#50H SETB TR1 RET串口中斷服務(wù)程序COM_INT: CLR ES CLR RI MOV A,SBUF MOV P1，A MOV DPTR,#TAB CJNE A,#0FFH,IN-1 MOV SBUF,#255 JNB TI,$ CLR TI SETB ES RETIIN-2： CJNE A,#2，IN-3 MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR

41、 TI SETB ES RETIIN-3： MOV A,#03H MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI SETB ES RETITAB: DB '2','H','E','J' END鍵輸入字程序清單：KEYI: ACALL KS1 JNZ LK1NI: ACALL DIR AJMP KEYILK1： ACALL DIR ACALL DIR ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DIR AJMP KEYILK2： MOV R2,#0FEH MOV R4，#00HLK4： MOV

42、DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR JB ACC.0，LONE MOV A,#00H AJMP LKPLONE: JB ACC.1,LTWO MOV A,#08H AJMP LKPLTWO: JB ACC.2，LTHR MOV A,#08H AJMP LKPLTHR: JB ACC.3，NEXT MOV A,#18HLKP: ADD A,R4 PUSH ALK3： ACALL DIR ACALL KS1 JNZ LK3 POP A RETNEXT: INC R4 MOV A,R2 JNB ACC.7,KN

43、D RL A MOV R2,A AJMP LK4 KND: AJMP KEYIKS1: MOV DPTR,#7F01H MOV A,#00H MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RET8255A工作：MOV A,#90HMOV DPTR,#0FF7HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0FF7CHMOVX A,DPTRMOV DPTR,#0FF7DHMOV A,#DATA1MOVX DPTR,AMOV DPTR,#0FF7EHMOV A,#DATA2MOVX DPTR,A顯示子程序：MOV DPTR,#8000HMOV A,#01HMOVX DPTR,AACALL F-BUSYMOV A,#30HMOVX DPTR,AACALL F-BUSYMOV A,#0EHMOV DPT