自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

綜合課程設(shè)計報告書題 目：自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：13級2班姓 名：付少官學(xué) 號：1314216222指導(dǎo)教師：崔茂齊教師職稱：講師2016年6月29日機(jī)械與電氣工程學(xué)院綜合課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：2013-2 姓名：付少官 學(xué)號：1314216222綜合課程設(shè)計題目自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計綜合課程設(shè)計的任務(wù)、要求一、設(shè)計任務(wù) 售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水（4元）、花茶（6元）和咖啡（10元），自動售貨機(jī)有3個投幣孔，分別為1元、5元和10元。投幣總額或當(dāng)前值顯示在7段數(shù)碼管上。投幣值等于或大于貨物金額時，貨物可選。按下對應(yīng)按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s后自動停止，表示飲料已經(jīng)掉出。如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣鈕找回余額，退回金額如果大于10元，則先退10元再退1。 二、設(shè)計要求1查找資料，根據(jù)要求的格式，以設(shè)計報告書的形式寫出設(shè)計方案的全過程，操作的 步驟、數(shù)據(jù)以及結(jié)論；2學(xué)習(xí)使用Protel軟件，利用Protel完成原理圖繪制；3. 學(xué)習(xí)使用Proteus軟件，利用Proteus畫出原理圖并進(jìn)行仿真；4. 進(jìn)行實物制作。參考文獻(xiàn)1 王浩全。單片機(jī)原理及應(yīng)用C語言版M.北京：人民郵電出版社，2013.2 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.北京：高等教育出版社，2006.。3 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 陳永強(qiáng) 模擬電子技術(shù) M.人民郵電出版社 2013綜合課程設(shè)計工作進(jìn)度計劃起訖日期主要工作內(nèi)容2016.06.6-2016.06.6選題、調(diào)研、收集資料2016.06.7-2016.06.15軟、硬件設(shè)計、仿真與調(diào)試2016.06.16-2016.06.17撰寫設(shè)計報告書2016.06.25綜合課程設(shè)計答辯指導(dǎo)教師簽名 指導(dǎo)教師： 年 月 日教研室意見 負(fù)責(zé)人： 年 月 日目 錄自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計1摘 要1Abstrct11、緒 論12、自動售貨控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案22.1元器件選擇22.2 開發(fā)工具23、自動售貨控制系統(tǒng)硬件設(shè)計33.1 硬件總體框圖33.2 AT89C51單片機(jī)模塊（介紹本次設(shè)計所到的功能）33.2.1特點33.2.2管腳說明43.3.3 本次所應(yīng)用的管腳說明43.3 單片機(jī)驅(qū)動模塊53.4 選擇按鍵模塊53.4.1商品選擇63.4.2投幣63.5系統(tǒng)顯示模塊63.5.1 數(shù)碼管顯示器63.5.2 顯示器的驅(qū)動電路73.6出貨以及退幣模塊84、自動售貨控制系統(tǒng)軟件設(shè)計84.1系統(tǒng)流程圖84.2元器件計算95、系統(tǒng)總電路圖及調(diào)試仿真105.1總電路圖105.2系統(tǒng)調(diào)試115.3系統(tǒng)仿真11總結(jié)及致謝14參考文獻(xiàn)15附 錄16附錄1、元件清單16附錄2、源程序16附錄3、自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)protel99se原理圖23自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計付少官摘 要 本文詳細(xì)介紹了自動售貨機(jī)系統(tǒng)的方案設(shè)計、硬件選擇、軟件規(guī)劃和編寫，并重點描述了自動售貨機(jī)系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程的原則和技巧。該系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51芯片為核心，采用集中控制方式實現(xiàn)了對自動售貨機(jī)全過程的自動控制。本系統(tǒng)選擇獨立式鍵盤按鍵作為貨物選擇端，實現(xiàn)了投幣總數(shù)的顯示功能。此外，系統(tǒng)程序采用keil軟件進(jìn)行程序的編寫和編譯，該軟件具有編程簡單、查錯方便、閱讀容易等特點。匯編語言是程序的基本語言，具有容易理解，便于記憶和使用等特點。關(guān)鍵詞：自動售貨機(jī),AT89C51,LCD顯示AbstrctThis paper describes a vending machine system design, hardware selection, software planning and preparation, and describes the focus of the work vending machine system theory, system design, software programming principles and techniques. AT89C51in the system as the core chip, the realization of a centralized control of the vending machines automatic control the entire process. Choice of the system as a stand-alone keyboard keys to choose the goods side, the realization of the coin shows the total number of features. In addition, the system program using keil software to prepare and compile procedures, the software programming is simple, convenient error checking, easy to read and so on. Assembly language is the basic language program with easy to understand, easy to remember and use and so on.Key words:Vending Machines,AT89C51,LED Display1、緒 論自動售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式，從自動售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運而生了。隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動售貨機(jī)市場越來越呈現(xiàn)出多元化及個性化的需求。人們通過自動售貨機(jī)自助購物，這種簡單、快捷的方式正逐漸成為市民的一種新的消費時尚，并且滿足了人們在當(dāng)今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會追求高品質(zhì)生活的需要。自動售貨機(jī)在城市商業(yè)區(qū)、寫字樓大廳、風(fēng)景區(qū)、車站、碼頭、繁華街道等公共場所的布設(shè)能夠美化城市環(huán)境，方便群眾生活，它已經(jīng)成為城市各角落的一道亮麗風(fēng)景線。自動售貨機(jī)必將在國內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標(biāo)志。 本文詳細(xì)介紹了如何控制、要求進(jìn)行自動售貨機(jī)系統(tǒng)的方案設(shè)計、硬件選擇、軟件規(guī)劃和編寫，并重點描述了自動售貨機(jī)系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程的原則和技巧。2、自動售貨控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案 2.1元器件選擇在控制系統(tǒng)設(shè)計中可以用PLC和單片機(jī)作為主要器件，但是出于設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性和可操作性以及編程的的便捷性。本設(shè)計選用單片機(jī)作為主要控制器件。一下器件選擇均基于此基礎(chǔ)。1）單片機(jī)：選用AT89C51作為控制核心，該單片機(jī)是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。2）晶振：本設(shè)計選用的晶振是CRYSTAL，作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的倍頻或分頻后就成了單片機(jī)中各種不同的總線頻率。3）排阻：排阻RP1是用來并行口的上拉或者下拉電阻用。4）數(shù)碼管：2位7段共陰數(shù)碼管，用來顯示投幣和找零金額。5）一般電阻：設(shè)計中需要用到的電阻均是起下拉作用，用來穩(wěn)定系統(tǒng)。6）電容：本設(shè)計中所用到的電容有3個，其中2個是去耦電容，其起作用一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲， 起到抗干擾的作用。1個接復(fù)位輸入端口，與外接電阻構(gòu)成復(fù)位電路。7）按鍵：選用8個獨立按鍵，3個按鍵用來代表貨物的不同價格，1個用來確認(rèn)，1個用來取消，還有3個用來模擬貨幣投入。8）三極管9013NPN型低頻放大50V 0.5A 0.625W9) 綠色發(fā)光二極管3個 壓降為3.03.2 正常工作電流20mA2.2 開發(fā)工具Keil uVision2是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操 作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。3、自動售貨控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件總體框圖經(jīng)過分析自動售貨控制系統(tǒng)的設(shè)計得出自動售貨控制系統(tǒng)的總體框圖如2。系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)為控制核心，外圍電路有AT89C51單片機(jī)驅(qū)動電路，貨物選擇按鍵電路，數(shù)碼管顯示電路，取貨顯示，退幣顯示以及投幣電路。各部分相互協(xié)調(diào)工作，共同完成自動售貨控制系統(tǒng)的運行。AT89C51單片機(jī)單片機(jī)驅(qū)動模塊貨物選擇按鍵電路數(shù)碼管顯示電路取貨顯示退幣顯示投幣電路圖2總體框圖3.2 AT89C51單片機(jī)模塊（介紹本次設(shè)計所到的功能）3.2.1特點4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；寬工作電壓范圍VCC可為2.7V到6V ；全靜態(tài)工作可從0Hz至16MHz 本次設(shè)計選擇12MHZ；三級程序存儲器鎖定；128*8位內(nèi)部RAM ；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器 ；5個中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.2.2管腳說明 VCC：接電壓；GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1、P2、P3口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 /EA/VPP：當(dāng)-EA保持低電平時，在此期間外部程序存儲（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。單片機(jī)在上電后檢查到復(fù)位端為復(fù)位電平（有的時候高電平復(fù)位，有的則是低電平復(fù)位），則會啟動一段內(nèi)部代碼，這段代碼會初始化系統(tǒng)重要的寄存器，重要寄存器被初始化才能保證用戶程序的正常執(zhí)行；這個初始化過程需要一定時間。3.3.3 本次所應(yīng)用的管腳說明用P10-P12口作為商品選擇口；用P13-P15口作為投幣口；用P16-P17口作為確認(rèn)取消端；用P30口作為出貨口；用P31-P32口作為退幣口；P0口為數(shù)碼管選段接口；P2口位數(shù)碼管選位接口。3.3 單片機(jī)驅(qū)動模塊單片機(jī)驅(qū)動模塊是用來驅(qū)動單片機(jī)工作的電路，由2個去耦電容與晶振并聯(lián)接入晶振接口，構(gòu)成時鐘電路，為單片機(jī)提供時鐘信號；復(fù)位電容與一電阻接入復(fù)位接口，是為系統(tǒng)提供初始化信號。實際電路圖如圖圖3 AT89C51單片機(jī)的驅(qū)動電路圖中C1，C2均為20pf的去耦電容，C3為10u的復(fù)位電容，X1為12M的晶振，R1上拉電阻，晶振X1兩端分別與C1,C2的一端相連并接入晶振接口XTAL1,XTAL2。C1,C2的另一端接R1的一端并一起接地，R1的另一端與C3一端接入復(fù)位接口，C3的另一端接片內(nèi)存儲器，并接入電源接口。C1,C2,X1構(gòu)成時鐘電路，為單片機(jī)提供時鐘信號。此單片機(jī)片內(nèi)存儲器有效，可使用片內(nèi)存儲器，不用外部拓展，R1起下拉作用，穩(wěn)定系統(tǒng)。3.4 選擇按鍵模塊鍵盤為8個獨立按鍵，按鍵1-3是購物鍵，分別代表了4元、6元、10元貨物價格，按鍵4-5是投幣鍵，分別代表投幣1元、5元、10元。7按鍵是確認(rèn)鍵，用戶在選定所欲購買的貨物后必須按確認(rèn)鍵，8是取消鍵，當(dāng)某個操作錯誤是可以按取消鍵返回上一級菜單。該模塊中8個鍵并聯(lián)，一端接公共地，一端接單片機(jī)的P1.0-P1.7口。按鍵選擇電路如圖4所示圖4 系統(tǒng)按鍵模塊 3.4.1商品選擇我們采用獨立鍵盤,鍵盤識別的編程比較簡單，通過按下BUTTON改變電位，C語言中相應(yīng)按鍵的定義來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。識別獨立按鍵：無鍵按下時則為高電平，當(dāng)P10-P12某個鍵按下時,對應(yīng)的接口會出現(xiàn)低電平,鍵盤定義的數(shù)值反映在編程內(nèi)部變量的累加與數(shù)碼管上的變化；我們將商品的價格賦予在P10-P12對應(yīng)的if語句中。3.4.2投幣 用按鍵改變的電平來代替核驗真鈔電平的變化。本次設(shè)計中沒有運用芯片內(nèi)部的定時器來控制投幣時間，這是還需要繼續(xù)改進(jìn)的地方。3.5系統(tǒng)顯示模塊3.5.1 數(shù)碼管顯示器系統(tǒng)顯示模塊采用4位8段共陽數(shù)碼管顯示金額。首先顯示所選物品金額，然后顯示投入金額，最后顯示找還金額。P0口沒有內(nèi)置上拉電阻，要在外部接排阻上拉，數(shù)碼管段選接P0口，為選經(jīng)過三極管驅(qū)動與P2.0-P2.3相接。數(shù)碼管顯示：數(shù)碼管有共陰共陽兩種，而我們選擇的是共陰的，因此0-9顯示分別是0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x27,0x7F,0x6F 3.5.2 顯示器的驅(qū)動電路下圖中RP1為排阻，因為P0口沒有內(nèi)置上接電阻，需要在外部接排阻進(jìn)行上拉，數(shù)碼段選接P0口，位選與P2.0-P2.3相連接。位選的接口為低電平是該位被選中，能夠顯示數(shù)據(jù)，為高電平時，該位不被選中，則不亮，不能顯示任何數(shù)據(jù)。圖5 顯示器驅(qū)動電路如3.6出貨以及退幣模塊出貨：通過邏輯判斷選擇符合條件的，即backmoney=0,此時借助延時函數(shù)讓LED燈閃爍3秒后停止，就代表完成交易。退幣：兩個LED分別代表退1元、10元。4、自動售貨控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程圖 現(xiàn)在我們來簡單模擬一下顧客的購物流程：當(dāng)顧客需要從自動售貨機(jī)購買貨物時。顧客首先通過一些外部控件選擇自己需要的貨物。此時顧客需要知道自己應(yīng)該支付多少金額。所以自動售貨機(jī)顯示顧客所選貨物的總金額。然后顧客可以向自動售貨機(jī)的投幣口投入錢幣。自動售貨機(jī)顯示顧客投入的錢幣總金額。當(dāng)投入的金額大于所需的金額的時候，顧客購買的貨物將從出貨口送出，同時退幣口退還顧客多余的金額。圖1自動售貨機(jī)原理流程框圖4.2元器件計算去耦電容2個22pf復(fù)位電容1個10uf電阻1個10K 去耦電容是電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容，此電容可以提供較穩(wěn)定的電源，同時也可以降低元件耦合到電源端的噪聲，間接可以減少其他元件受此元件噪聲的影響。相當(dāng)于電池，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當(dāng)于濾紋波。復(fù)位電容的大小決定復(fù)位時間，不存在電壓大小的問題。限流電阻的計算 公式：限流電阻=（電源電壓-工作電壓）/要求的工作電流（1） 數(shù)碼管位選相連的電阻（數(shù)碼管正常工作時電流為10-20mA，3mA時即可點亮）R=（5V-1.7V）/10mA因此我們選擇430歐的電阻符合條件（2） 與LED相連的電阻R=（5V-2.2V）/10mA因此我們選擇330歐的電阻符合條件5、 系統(tǒng)總電路圖及調(diào)試仿真5.1總電路圖5.2系統(tǒng)調(diào)試5.3系統(tǒng)仿真以購買咖啡為例，展示投幣累加、退幣、出貨的過程初始狀態(tài)購買10元咖啡分別投入1元5元10元后，投幣額累計為16元確認(rèn)，找零6元出貨口亮燈，出貨完成總結(jié)及致謝近兩周的課程設(shè)計即將接近尾聲，與其說是一次設(shè)計，倒不如說是一次新的學(xué)習(xí)機(jī)會。兩周的設(shè)計中，不僅對自己所學(xué)的單片機(jī)課程以及C語言課程有了更深的了解，而且更加認(rèn)識到自身的不足與所學(xué)的淺陋。以便更好地反省自己在以后的學(xué)習(xí)中更加認(rèn)真，要有針對性。在課程最后，特此感謝我的指導(dǎo)老師崔老師、姜老師、常老師。在元器件的選擇，程序語言編寫，常用設(shè)備的支持等方面的幫助以及不厭其煩的指導(dǎo)。謝謝老師，老師們辛苦了！通過這次綜合設(shè)計，確實讓我們學(xué)到了很多知識。本次課程設(shè)計主要是綜合C程序設(shè)計教程 、 數(shù)字電子技術(shù) 、單片機(jī)原理及應(yīng)用 、模擬電子技術(shù) 、電力電子技術(shù) 、 PLC等課程，對三年來所學(xué)的知識系統(tǒng)的整理學(xué)習(xí)，對培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計能力、提高實驗技術(shù)，深化理論理解起到了非常好的效果。在這次課程設(shè)計中，通過上網(wǎng)、去圖書館、請教老師等途徑，為順利完成我們的任務(wù)，起到了非常大的幫助作用。最后我們反復(fù)的研究、計算、修改，成功地實現(xiàn)了自動售貨機(jī)關(guān)于控制部分的功能。感謝搭檔同學(xué)一直不拋棄不放棄的，堅持在做實驗；最后特別感謝崔茂齊老師在設(shè)計前對設(shè)計的指導(dǎo)性建議，對設(shè)計過程中出現(xiàn)的困難給予的積極指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1.閻石 數(shù)字電子電路 高等教育出版社 2007 2.譚浩強(qiáng) C程序設(shè)計教程 清華大學(xué)出版社 20073.陳永強(qiáng) 模擬電子技術(shù) 人民郵電出版社 20134.張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 高等教育出版社 2004附 錄附錄1、元件清單元件名稱型號個數(shù)(個)備注單片機(jī)AT89C511晶振CRYSTAL112MHZ去耦電容222pf復(fù)位電容110uf 電阻10K1430歐21K3兩位七段數(shù)碼顯示管7SEG MP*2-cc1共陰LED燈（綠色）2.2V,10mA3電源1單片機(jī)插座1獨立按鍵8排阻ResPack-811K三極管90123附錄2、源程序#include/位定義sbit key1=P10; /選擇4元汽水sbit key2=P11; /選擇6元花茶sbit key3=P12; /選擇10元咖啡sbit key4=P13; /投幣1元sbit key5=P14; /投幣5元sbit key6=P15; /投幣10元sbit key7=P16; /確認(rèn)sbit key8=P17; /取消sbit led1=P30;sbit led2=P31;sbit led3=P32;int step =1; /執(zhí)行步驟int price=0; /商品價格int num=1; /商品數(shù)量int table1=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x27,0x7F,0x6F; /數(shù)碼管顯示0-9unsigned char dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,;int table2=0xe0,0xc0,0xa0,0x80,0x20;/控制退幣int total_money=0;/所選商品總價格int back_money=0; /應(yīng)退金額int in_money=0; /*延時功能*/void delay(int z)int x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-) ;/ 調(diào)用時重新初始化 復(fù)位函數(shù)void reset()step=1;price=0;num=1;total_money=0; back_money=0; in_money=0;/*選擇商品函數(shù) 每個按鍵對應(yīng)不同的物品價格及數(shù)量*/void choose()if(key1=0) delay(80);if(key1=0) num=1;price=4; else if(key2=0) delay(80);if(key2=0) price=6;num=1; else if(key3=0) delay(80);if( key3=0) price=10;num=1; /*確定及取消確定則執(zhí)行 step加一 取消則執(zhí)行step減一*/void apply()if(key7=0) delay(80);if(key7=0) step+; else if(key8=0) delay(80);if(key8=0) step-; /*計算所選商品所需金額*/void totalmoney()total_money=price*num;/*/累加投入幣值*/void inmoney()if(key4=0) delay(80); if(key4=0) in_money+=1; else if(key5=0) delay(80); if(key5=0) in_money+=5 ; else if(key6=0) delay(80); if(key6=0) in_money+=10 ; /*計算所需退還幣