（计算机应用技术专业论文）pos终端的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第日页 a b s t r a c t w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f t h e t e c h n o l o g y o f c o m p u t e r n e t w o r k , b a r c o d e a n d d a t a b a s e , t h e m o d e o f t r a d i t i o n a l b u s i n e s s h a s b e e n g r a d u a l l y t r a n s f o r m e d t o t h a t o f m o d e r n b u s i n e s s . b e c a u s e o f t h e p e c u l i a r m o d e l o f b u s i n e s s m a n a g e m e n t i n c h i n a a n d t h e p r i c e , t h e a d v a n c e d p o s t e r m i n a l s m a d e i n w e s t e r n n a t i o n s h a v e n o t b e e n w i d e l y u s e d i n t h e c h i n e s e m i d d l e a n d s m a l l m a r k e t p l a c e , w h i l e t h e m e t h o d o f c o m m u n i c - a t i o n i n t h e m o s t p o s t e r m i n a l s m a d e i n c h i n a u s e d t h e r s 2 3 2 i n t e r f a c e , w h i c h t r a n s m i t s d a t a r e l a t i v e l y s l o w l y a n d i n t h o s e p o s s y s t e m , t h e b a c k g r o u n d d a t a b a s e d e a l s w i t h t h e d a t a f r o m t h e p o s t e r m i n a l r e l a t i v e l y c o m p l i c a t e d l y . h a v i n g b e e n f a m i l i a r w i t h t h e p r i n c i p l e o f t h e c o m m e r c e a u t o m a t i s m , t h e a u t h o r d e s i g n s a n d i m p l e m e n t s t h e p o s t e r m i n a l w h i c h i s m a i n l y u s e d i n t h e m i d d l e a n d s m a l l m a r k e t p l a c e a n d t h e m e t h o d o f c o m m u n i c a t i o n o f w h i c h i s b a s e d o n t c p / i p p r o t o c o l . a c c o r d i n g t o s y s t e m d e s i g n t h o u g h t , t h e a u t h o r f i r s t l y c a r r i e s t h r o u g h s y s t e m a n a l y s i s a n d i n t e g r a l d e s i g n i n d e t a i l , s e c o n d l y , d e t a i l e d l y a n a l y s e s t h e s c h e m e o f d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n . i n t h e h a r d w a r e d e s i g n , t h e i n t e g r a l s t r u c t u r e o f f o u r b o a r d s , n a m e l y c o n t r o l b o a r d , p o w e r s u p p l y b o a r d , d i s p l a y b o a r d a n d k e y b o a r d b o a r d , i s i n t r o d u c e d a n d t h e d e s i g n p r i n c i p l e o f t h e c o n t r o l b o a r d i s g i v e n i n d e t a i l , i n c l u d i n g m i n i m u m a p p l c a t i o n s y s t e m i n t e r f a c e p a r t , s e r i a l i n t e r f a c e p a r t , e t h e r n e t i n t e r f a c e p a r t e c t . i n t h e s o f t w a r e d e s i g n , t h e t h e s i s m a i n l y s e t s f o r t h t h e i n t e g r a l s t r u c t u r e o f s o f t w a r e w h i c h m a i n l y s t a n d o u t t h e i d e a o f t h e p r o g r a m i n g b a s e d o n t h e m e s s a g e m e c h a n i s m , t h e d e s i g n p r o c e s s o f s e l f - c h e c k m o d u l e , t h e d i s p l a y m o d u l e , t h e k e y b o a r d m o d u l e w h i c h m a i n l y s h o w s t h e i d e a o f s t a t e t r a n s f o r m , t h e s e r i a l i n t e r f a c e m o d u l e a n d t h e t c p / i p c o m m u n i c a t i o n m o d u l e w h i c h i n c l u d e s a r p p r o t o c o l , i p p r o t o c o l , u d p p r o t o c o l . i n t h e l a s t , t h e w o r k t h a t s h o u l d b e d o n e i n t h e n e x t p e r i o d a n d s h o u l d b e i m p r o v e d o n i s g i v e n . k e y w o r d s : p o s t e r m i n a l , t c p / i p p r o t o c o l , m e s s a g e m e c h a n i s m 西南交通大学硕士研究生学位论文第下 页 第一章 绪论 1 . 1商业自动化的概念与组成 随着人类社会的不断进步，人们从事劳动的环境也在不断变化，以计 算机为特征的第三次工业革命，使人类由工业社会进入以创造和分配信息为 丛础的信息社会。由于技术方面的许多进步， 从7 0 年代末， 商业自动化的兴 起，为商业企业的经营管理带来了一场革命。现代化的商业企业是通过 p o s ( 销售点终端系统) 收集销售时点的信息， 随时分析及掌握顾客的需求变化， 并根此进行进、销、存管理，从而充分地将科技转化为生产力，其赚取的利 润是智慧和时间的价值。 商业自动化是根据商业企业规范化管理的特征与要求，充分利用计算机 技术，网络与数据库技术，条码技术等来实现商业企业自 动化的科学管理， 是现代化技术与现代化管理密切结合的系统工程。它是商业企业在当代信息 社会中实现管理现代化，决策科学化的重要过程，其核心是信息控制和信息 处理问题。一个完整的商业自动化概念，即广义的商业自 动化系统，是产销 体系的全面 自动化，简言之，是由4 个系统和 1 个网络构成，即商品销售自 动化，后台业务管理的自动化，商品配送自动化，信息流通标准化和商业增 值网络系统，而狭义的商业自 动化系统通常是指有p o s 终端和后台管理信息 系统组成的系统。本论文是立足于狭义商业自动化系统而设计的p o s 终端。 1 .2建设商业自动化系统的必要性 建设 商业自 动化系统是商业大环境和现实的需求。 当前计划经济的商业 行为正在转变为市场经济， 然而我国的 许多商业企业的 管理模式却依然是计 划体系下的以人为中心的管理模式，而现代商业管理则以物为中心的 “ 大物 流模式” ， 整个商业经营过程视为一个生产线， 各个环节定岗不定人。 这种方 式体现了工业化的特点，加速了商品流转，降低了经营成本。经济的加速发 展要求商业企业必须具有快速反应的管理和决策手段。 建设商业自 动化系统是企业自 身利益的需求。 由于市场变化快， 影响企 业发展的外在因素较多，使企业进行经营管理，制定有效的经营决策越来越 困难。采用商业自动化后，领导层可以快速地根据经过计算机分析处理的大 量数据结果来调整企业的经营策略， 而这一点在未采用商业 自 动化系统以前， 山于数据量太大，不可能及时获得信息，很难做出科学的判断。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 建设商业自 动化系统也是人员管理和企业管理的要求。商业企业人员较 多， 人员活动频 r , 难以进行有效的劳动考核， 不利于体现多劳多得的方针， 这样导致员工劳动积极性难以调动起来。采用商业自动化系统，在前台 p o s 终端上采集的销售信息中包含有每笔交易的经手者，根据此信息，可以方便 地解决职工的劳动考核问题。同样在商业企业中业务量大，数据量大，信息 量多而且 复杂，而采用商业自 动化系统来处理这些问题则是很自 然的。企业 管理人员在资金、库存、销售核算方面可以大大减轻劳动强度，提高工作效 率，腾出时间与精力来处理更高层次上的问题，这样可以使得商业企业的经 营管理水平提高一个层次。 综上所述， 采用商业自 动化可以使经营管理者准确掌握商品销售趋势， 科 学及时地制定出各种销售策略，使企业加快交易处理，减少各种投入、降低 成本、实现销售分析、库存管理控制、完善商品核算等，这样，可以使得企 业提高竞争力。 1 . 3国内外 p os终端现状 随着计算机应用技术的飞速发展与日益普及， 计算机信息管理已成为计算 机应用的一个重要方面， 尤其是条形码自动识别技术和磁卡阅读技术的出现， 为这一领域注入了新的活力，增添了更完备的手段。将计算机技术，条形码 自动识别技术与磁卡识别技术的结合，应用于商品流通和销售领域，就组成 了销售点终端 ( p o s )系统。 p o s终端的发展到至今，根据其结构、性能和应用方向可分为一类 p o s 终端、 二类p o s 终端、 三类p o s 终端三种类型. 最初的p o s 终端， 即一类p o s , 其基本功能是对商品销售进行加、减、折扣、退货、更正、消除等操作，配 置有打印机，提供两类、四种基本报表，不能完成联网功能，只能进行本地 数据处理。随着经济和计算机网络技术的发展，出现了由专用的单片机硬件 和专用的外部设备构成的， 能够实现联网功能的p o s 终端， 即二类p o s 终端， 山于它的专用性， 使得它具有以 下优点: 体积小巧、 结构一体化、 可靠性高、 价格低、 操作简单， 同时它也具有以下缺点: 不同厂家产品之间的互换性差、 前台软件的灵活性小。三类p o s 终端是由 通用的电脑主板和专用的外部设备 构成的，山于它的通用性，使得它具有以下优点:灵活性大 ( 主要表现在前 台软件(f it 以任意编写) 、 产品互换性强、 可以实现实时通信， 同时它也具有以 下缺点:整机可靠性差、操作复杂、价格昂贵、安全性差 ( 易受病毒侵害) 、 数据保密性差的缺点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 在西方发达国家， p o s 终端在零售商店和商场中的应用以到达非常普及的 程度， 美国、日 本、 英法等国 的 销 售点8 0 % 应用p o s 终端， p o s 终 端连同 计算机技术的飞速发展使国外所有的商业， 大到拥有2 0 0 0多连锁店的百货公 司，小到个体商贩，无一不使用p o s 终端，计算机，条码阅读器等现代化的 电子设备。目 前国外公司的p o s 终端一般处于三类的水平上。现以东芝最新 p o s产品c v - 7 1 1 n - c y v , h 为例介绍国外 p o s终端的技术水平。c v - 7 1 1 n - c y v 除了p o s 终端最基本的功能外，具有以下突出的功能: i 广告发布功能 彩色液晶显示器可以不停地广播广告，包括天气预 言、新品广告、与购物有关的动态广告等。 i i数据备份功能 店铺里使用的每台p o s 机及备用机之间，可以不停地 交换数据，当一台p o s 机有故障时，可以 迅速地切换到另外一台。 i i i 故障自 动诊断功能 当p o s 机出 现异常时，可以自 动将故障部位通知 t e c 服务中心;当消耗品或易损件消耗异常时，也能自 动向t e c 服务中心发 出通知。 t e c 服务中心可以实时监控p o s 机的使用情况，这样，可能在机器 故障尚未发生或用户还不知晓的情况下，服务中心的人员已经赶到现场。 i v 通信手段也很先进 可以采用l a n 也可以采用 i s d n . 国内目前的 p o s终端大多是处于二类的水平上，例如我国在方面做的比 较好的公司希诺达国际商用设备有限公司 ( w w w . u n b i s . n e t )， 它的代表产品 二 类收款 机希诺达m i n i x t ，可以 说明 我国 在p o s 终端的 技术水平。 该产品 有以下特点: i打印技术比较先进。打印速度快 ( 普通针打的 5倍) 、超静无声、字 迹清i断、打印机寿命长。 n 具有汉字处理功能。 川 可以实现iz s 2 3 2 联网、r s 4 8 5 联网和通过电话线的远程联网，与计算 机之间进行通信。 iv可以连接条形码扫描器、磁卡阅读器、m o d e m ,票据打印机等多种外 部设备。 从以上可以看出，国外p o s 终端多采用三类而国内多应用二类产品;国外的 功能强大，齐全，国内的功能相对单一，简单;国外一般采用网卡或 工 s d n 进行通信而国内则多采用 r s 2 3 2联网、r s 4 8 5 联网;国外在 p o s终端故障检 测或容错方面做的很好而国内 在这一方面几乎没有涉及;国外价格昂贵 ( 一 般为2 5 0 0 0 元一 3 0 0 0 0 元 ， ) 而国内 则相对 便宜 ( 一 般为 1 0 0 0 0 元“ 1 5 0 0 0 1 , 元左右) 。 西南交通大学硕士v究生学位论文第4 页 1 .4研制中低档 p o s终端的必要性 p o s 系统的出现， 极大地促进了商场的现代化管理和商品的流通， 为生产 厂家，出口商，批发商和零售商及广大顾客带来了方便，但国内外的应用经 验表明， 对商场来讲， p o s 终端的选择对整个管理信息系统的建立三关重要。 前台的效率和可靠性直接影响到整个系绞的正常运行几乎所有失败的系统 都是山于p o s 终端选择不当造成的。选挥档次过高的p o s 终端，往往只是使 用其简单的功能， 结果不仅使得投资大大增加， 而且造成设备资源严重浪费， 而选择档次过低的p o s 终端，要么是功能简单无法满足系统要求，要么是质 量低劣无法经久耐用。所以市场上需要一种中档的、能够联网的、价格使一 般1一卜 小型商场可以接受p o s 终端，故开发这样一类中档p o s 终端是市场的要 求 。 第二， 从前 几年的p o s 市场数据上分析， p o s 终端市场平均以 约1 0 % ， 的 速度在增长， 特别是2 0 0 0 年的p o s 终端一市 场增长率竟达到5 9 % , 。 现以2 0 0 0 年 p o s 终端市场为例进行分析， 2 0 0 0 年中国大陆p o s 终端市场上的总销售量 8 7 3 7 3 ， 台， 其中 一 类p o s 终 端 有3 多【4 万台 ， 主 要的 厂家 有 卡 西欧 浪 潮、 商 融， 高腾等; 二类机的 销量为2 万多勺 台 主要商家有希诺达、 卡西欧浪潮; 三类机销量为2 万多 山 台， 主 要商家 有i b m . 富 士通、 汕头川田 、 欧 姆龙 等。 从以上分析的数据可以看出，在整个p o s 终端市场上以国外厂家为主，国内 的厂家的市场份额主要集中在一类p o s 终端市场上，而一类p o s 终端市场份 额，这些商家基本上是以价格优势来开拓的，从这一点上来讲，一类p i s 终 端如果没有价格的优势的话， 就成了潜在的二类p o s 终端市场份额。 加入w t o 以后， 我国的经济会有一个很大的变化， 气 年 别是在流通领域内， 过去的保护性 限制少了，国外资本、国外零售业大量j1 . 入中国 市场 必然会引 起一场大的 变革。 9 0 年代初中期， 我国连锁店发展的第二次浪潮给p o s 终端市场带来连 续 2 0 % - 3 0 % 的高速增长，随 着我国 加入w t o 后， 必将会出 现第三次连锁超 市的发展高潮，继而也会出现一个大发展的p o s 终端市场，连锁超市和分店 的发展， 一类 p o s终端的市场需求必将下降， 二类p o s 的市场需求必将增长， 所以开发这类中档p o s 终端具有潜在的市场需求。 第三，目前在我国市场上销售的大多数 p o s终端，其联网功能是通过 r s 2 3 2或者 r s 4 8 5 联网和通过电话线的远程联网，与计算机进行通信，沮这 利 ， 通信方式有以下缺点: . 传输速度低下，效率不高。像 r s 2 3 所规定的异步传输时，波特率 +x ri ， . j . 曰 . . .们 . . .一 . . . . . . . . . . . . . . . . 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 达到 2 0 k 而同步传输时波特率最大也不超过 6 4 k . . 传输距离有限， 在传输误码率小于等于4 % 时， 最大传输距离为巧米， 即 使有较好的线路器件、优良的信号质量，电缆长度也不会超过6 0 米。 . 与后台数据库进行通信的程序实现起来复杂。 本文正是基于市场情况、潜在市场分析以及目前我国 p o s终端技术上的 缺点而设计一种新型p o s 终端，该p o s 终端通过以 太网与后台数据库进行通 信，通信方式采用当前事实标准 t c p / i p协议，这种通信方式克服了 r s 2 3 2 通信传输速度低一 ，效率不高、传输距离有限的缺点，而且与后台数据库通 信可以直接采用流行开发工具的w i n s o c k 套接字进行编程，程序实现起来也 不复杂。这种p o s 终端主要应用于中小型商场，超市或连锁店，使这些中小 型商场也能够搭乘信息化时代的 快车， 从而使商业自 动化真正地在我国 普及 和应用。 1 . 5作者所做的工作和论文章节的安排 作者在完成论文的过程中，所做的工作如下: p o s 终端的需求分析，包括功能分析、芯片的选取; p o s 终端的硬件设计，包括硬件原理图的设计，主要有电源板，键盘板， 两个显示板，以及控制板，并绘制了各个板的p c b 板; p o s终端的部分软件设计，包括显示模块，串口模块，键盘模块、通信 模块以及商业事务处理模块的设计。 沦文的章节安排如下: 第 1 章 ( 本章) : 通过介绍商业自 动化概念、 组成以及建立商业自 动化的 必要性阐述研制中低档 p o s 终端的必要性。 第2 章:p o s 终端需求分析与总体设计; 第3 章:p o s 硬件部分的详细设计; 第4 章:p o s 软件部分的详细设计; 结论 西南交通大学硕士研究生学位论文第s 页 2 . 2尸 o s终端总体设计 2 . 2 . 1 p o s 终端硬件方案确定 通常的 p o s 终端按硬件结构分为专用 p o s 终端和基于p c 的p o s 终端两大 类。专用型 p o s 终端具有以下优点: . 体积小 一般专用 p o s终端的体积比基于 p c的p o s终端的要小，这样可 以节省前台收银的空间; . 针对性强，能满足用户的特殊需求，这是因为专用型 p o s终端专门为前 台收银而设计的; . 价格低廉 与荃于 p c的p o s 终端相比专用 p o s 终端的成本相对要低; . 女全性好基于p c 的p o s 终端容易受到病毒侵袭而专用p o s 终端则很难 受病毒侵袭。 基于以上几个方面， 我们的p o s 终端采用了专用型， 其硬件模块图如2 . 2 图所示， 它分为串口部分、 显示部分、 键盘部分、 通信部分和最小应用系统。 在 p o s 终端的硬件实现中， 必须具有能够维护单片机运行的最简单配置系统， 即最小应用系统，对于内 部无r o m / e p r o m 的8 0 c 3 1 来说，其最小应用系统除 了外部配置品振、电源外，还应该外接e p r o m 作为程序存储器用。 图2 . 2 p o s 终端的硬件模块图 为了保证 p o s终端的稳定性和防止程序 “ 跑飞”现象的产生，在硬件中 增加了看门狗电路，这样做为了减小软件编程的复杂性。为了驱动获得商品 代码，用户信息和一些必要信息，可以通过串口通信来获得，但8 o c 3 1 只有 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 一个串口， 所以必须进行串口扩展。 在p o s 终端应用环境中， 收银员要对p o s 终端进行必要控制， 同时p o s终端还要给收银员和顾客显示一些必要的信息， 而这些功能则通过显示器和键盘来完成的。由于p o s 终端采用以太网与后台 数据库进行通信，所以在p o s 终端的硬件中必须有以太口接口部分。在具体 实现p o s 终端的硬件中， 分成了四部分: 控制板，电源板， 键盘板， 显示板， 在第三章中将分别详细介绍各个板的工作原理。 2 . 2 . 2 p o s终端硬件框图 p o s 终端的结构图如图2 . 3 所示，下面分别介绍各个芯片的选取。 a . c p u 的选取 山于商业 p o s终端运行的速度主要取决于工作在分时状态下 主 机的处理 能力， 对终端的主 要要求是保证工 作稳定可靠，而对速度和实时 性要求不高， 基于这样的考虑， 作者采用了8 位单片机m c s - 5 1 系列进行开发， m c s - 5 1 系列单片机芯片有 8 0 5 1( 片内有4 k 字节r o m ) , 8 7 5 1( 片内有4 k 字 节e p r o m ) 和8 0 3 1( 片内无r o m 和e p r o m ) 。考虑到8 0 c 3 1 的价格最便宜， 而 扩展问题也总是存在的 ( r a m必须扩展) ，所以最终采用了价格低廉，功能简 化且采用c m o s 工艺， 功耗低8 0 c 3 1 进行开发. b . 程序存储器的选取选用2 7 c 5 1 2 作为e p r o m的主要原因是在p o s 终端系 统中运行的程序较大，加之随着集成电路的发展，e p r o m的容量越来越大， 通常只需要扩展一片或两片e p r o m 芯片，大大简化了扩展电路的结构，第二 个原因选大容量的程序存储器芯片还可以降低对总线的负载要求，而且由于 连线少，也可以减少存储系统的分布电容，从而减少附加的延时，提高存储 速度。 。 . 地址锁存器 m c s - 5 1 系列单片机由于受到引脚的限制， 数据线与地址线( 低 8位)是时分复用的，为了将它们分离出来，以便和单片机之外的芯片正确 连接，在单片机外部增加了地址锁存器，构成与一般c p u 类似的三类总线。 d . 静态r a m 的选取 采用静态r a m 是因为与动态r a m 相比， 静态r a m 无须考虑 保持数据而设置刷新电路，故扩展电 路较简单。6 2 2 5 6 是3 2 k的静态随机存 储器芯片，典型存储时间为2 0 0 n s ，可以保证存取要求。 e . 1 / 0 扩展 对8 0 c 3 1 来说能真正提供给用户使用的工 /0 口只有p 1 和p 2 口线， 而在 p o s 终端中由于要连接票务打印机， 顾客和收银员显示部分及键盘部分， 所以必须进行1 / 0 扩展。 具体实现中， 采用了两个8 2 5 5 进行i / 0 扩展， 每个 8 2 5 5 有 2 4 个 i / 0口总线，两个8 2 5 5 就有4 8 个 i / 0口总线，4 8 个 i / 0口总 线足够对两个显示板 ( 一个为顾客显示， 一个为收银员显示) 、 打印机和键盘 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 扩展。因为一个l c d ( l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y ) 有1 4 个引脚，打印机并口 ( c e n t r o n i c s ) 有3 6 个引脚， 实际用了1 0 个引脚， 键盘为5 x 6 矩阵型， 它 与l c d 复用 6 个引脚，所以2 个8 2 5 5 进行 工 / 0 扩展足够。 c串口 控制芯片 在p o s 终端硬件中， 由于要接较多的外部设备， 所以需用较 多的串口， 在选用芯片中， 作者选用了e x a r 公司的s t 1 6 c 5 5 4 d 芯片， 该芯片 具有以下特点: . 发送、接收速率大，最大速率可达到 1 . 5 m b p s ; .1 6 个字节的接收、发送 f i f o ; . 具有 4 个串口; 图2 . 3 p o s 终端的结构框图 选用这种芯片的主要原因在于该芯片除了接收、发送速率大外，更重要的是 在于它有具有4 个串口，一个芯片就可以满足p o s 终端硬件接外部设备的要 求，这样就大大简化了硬件电路。 g . l c d 的选取 l c d 液晶显示器，液品显示器可以分为图形模式l c d 及文本模 式 l c d ，山于在商业交易过程中，为收银员显示一些收款及商品的信息而不 涉及图形而且一次显示的内容也不是很多，所以 p o s终端的显示部分采用 s h a r p 公司生产的显示格式为1 6 字x2 行单行显示的l t n 2 1 1 型号的文本模式 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 l c d. 2 . 2 . 3 p o s 终端软件整体设计 在整个 p o s 终端的设计过程中， 软件部分的好坏对整个系统的影响极大， 好的软件设计可以弥补硬件设计的不足之处。由于p o s 终端外接设备较多， 所以在软件设计中的中断处理程序很多，当中断要处理的东西很多时，就会 导致中断服务程序执行时间过长，这时如有另外中断发生，单片机就不能及 时地进行处理， 特别是对m c s - 5 1 这样的只有两级中断优先级的单片机， 在具 体实现时，作者借鉴了w i n d o w s 编程的原理，在单片机编程中引入消息的概 念，这样一面减少了中断服务程序的长度，提高了响应中断的速度，另一方 面又不影响数据的处理。很好地解决了快速获取数据和数据处理耗时之间的 矛盾。此外，由于在作者采用的f r a n k l i n p v 3 2 w i n 9 5 / 9 8 的c 5 1 集成编译系 统不支持代码重入，而本方法还有效的防止了代码重入带来的问题。 p 0 s 终端的软件部分主要分为自 检模块、 键盘模块、串口处理模块、 显示 模块和通信模块。在系统上电后，首先运行自 检模块，主要是为了提供该系 统是否处于正常工作状态，在自检中主要对r a m 进行自 检和r o m 进行自检。 如果自 检不通过则提示系统错误的信息并停止运行程序。 在键盘的工作方式中， 有编程扫描方式、 定时方式和中断方式。由于p o s 终端在工作中，并不经常需要键盘的输入，所以 无论编程扫描方式或定时方 式， c p u 经常处于空扫描状态，为了提高c p u 的工作效率， 采用了中断扫描 工作方式，即在键盘有键按下时，才执行键盘扫描并执行该键功能程序。同 时山于p o s 终端键盘键数较多， 为了保证键的正确操作和解决键的锁定问题， 在具体实现中，采用了状态转移法的思想，这样简化了程序的编写而且程序 实现起来比较简单。 显示模块主要是向顾客和收银员显示必要的信息，该模块实现起来比较 简单，对显示模块控制器进行操作即可。串口处理模块主要与外接设备进行 通信，向外接设备发送、接收信息，具体的实现见第四章。 在软件的实现中，相当的工作在通信模块中，可以说通信模块是整个软 件实现的核心。 通信模块分为两部分， 即对网络控制器芯片的操作和t c p / i p 协议的实现。网络控制器芯片的操作包括帧接收、帧发送以及中断处理， t c p / i p 1 , 议主要实现 a r p , i p , u d p 协议。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 . 3小结 本章先介绍了 p o s终端的应用环境，然后分别对 p o s终端的硬件和软件 的设计思想进行了介绍。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第三章 p o s 终端硬件设计与实现 3 . 1 控制板设计与实现 3 . 1 . 1 最小应用系统部分 p o s 终端最小应用系统部分如图3 . 1 所示， 地址锁存器采用可带三态缓冲 输出的八d 锁存器7 4 h c 3 7 3 ，只有三态门的使能信号/ e 为低电平时，三态门 处于导通状态，允许 q输出，所以在应用 7 4 h c 3 7 3首先使/ e为低电平。当 7 4 h c 3 7 3 的g 引脚为高电平时， 才具有锁存功能，所以接8 0 c 3 1 的地址锁存 信号a l e ,具体的接法见图3 . 1 0 图3 . 1 p o s 最小应用部分 e p r o m采用 2 7 c 5 1 2 ，由于 2 7 c 5 1 2 共 6 4 k ，所以片选信号/ c e 接地，e p r o m 的输出允许端/ o e与 8 0 c 3 1 的外部程序存储器 “ 读取” 信号/ p s e n 相连， 数据 线，地址线分别与c p u 的数据线， 地址线相连即可。 r a m 的数据线，地址线， 写信号/ w e ，读信号/ o e分别与 c p u的数据线，地址线相连，写信号/ w r ，读 信号/ r d . 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 3 . 1 . 1 . 1 译码部分 在单片机中，地址译码的方法一般分为线选法和全地址译码法。线选法 是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选 中该芯片。线选法的优点是硬件电路结构简单，但山于所用片选线都是高地 址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。 全地址译码法是将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位进行译码，译 码器输出的地址选择线用作片选线， 对于r a m 和工 / 0 容量较大的应用系统， 当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，常采用该方法。在p o s 终端 硬件设计中，作者采用了二者相结合的方法，主要是因为p o s 终端的片选信 号较多而采用 7 4 h c 1 5 4芯片的话，则地址空间有些浪费，如果单纯地采用 7 4 1 ic 1 3 8 进行译码的话， 片选则不够。 具体的译码部分原理图如图3 . 2 所示， 在p o s 终端采用译码芯片7 4 h c 1 3 8 , 7 4 h c 1 3 8 有3 个输入端， 8 个输出端， 其 真值表为 e 3 为高电平，/ e l , / e 2为低电平时，输出选择由c , b , a的编码 决定，它们分别连接c p u 的p 2 . 6 , p 2 . 5 , p 2 . 4引脚。通过c p u 的p 2 . 7 引脚 不 1 1 7 4 1 1c o 4反向器来实现线选，c p u的 p 2 . 7引脚为高电平时 ( 这时 7 4 1 ic 1 3 8 输出无效) ，通过7 4 h c o 4 反向器后，连接看门狗芯片m a x 6 9 3 a的/ c e i n 引脚 后，/ c e o u t连接 6 2 2 5 6的片选信号，这样一来 e p r o m的地址范围为 7 0 0 1 h - f f f f h 。当 c p u的 p 2 . 7引脚为低电平时 ( m a x 6 9 3 a的/ c e i n无效) ， 7 4 1 ic 1 3 8 正常工作， 片选s t 1 6 c 5 5 4 - a , s t 1 6 c 5 5 4 - b , s t 1 6 c 5 5 4 - c , s t 1 6 c 5 5 4 - d , 8 2 5 5 - 1 , 8 2 5 5 - 2 , p r i n t e r , j u m p 条线。具体如3 - 1 表: 表3 - 1地址分配与片选 译码信号 ( p 2 . 7 - p 2 . 0 ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 地址范围 o o o o h - o o f f h o l o o h o l f f h 0 2 0 o h - 0 2 f f h 0 3 0 o h - 0 3 f f h 0 4 0 o h - 0 4 f f h 0 5 0 o h - 0 5 f f h 0 6 0 0 1 1 - 0 6 f f h 0 7 0 o h - 0 7 f f h 选中的芯片 s t 1 6 c 5 5 4 b口 s t 1 6 c 5 5 4 a口 s t 1 6 c 5 5 4 c口 s t 1 6 c 5 5 4 d口 p r i n t 8 2 5 5 - 2 8 2 5 5 - 1 j u m p 跳线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 5 页 图3 . 2控制板译码部分原理图 3 . 1 . 1 . 2 复位部分 控制板的复位方法有上电复位和手动复位两种。 p o s 终端复位系统的原理 图见图3 . 3 . p o s 终端采用了既能上电复位又能手动复位的方法， 现简述如下: 上电复位 在电源开关 s w 4 接通瞬间，由于 c 9 , c 6电容两端电压不能立 即跃变，电源经c 9电容通过7 4 h c 3 2 直接加到c p u 的r e s e t 端;同时由于电 容 c 6 两端的电压为0 ,经过反相器 7 4 h c o 4 输出也是高电平。此后，v c c 经 r 1 2 给电容c 6 不断充电，a点的电压不断上生，c p u 的r e s e t 端的电压不断 下降， 只要r 1 2 x c 6 常数足够大( 大约 l o m s 左右) ， 就可以保证c p u 的r e s e t 端有足够的时间处于t t l高电平，使 c p u 复位。随着 a点电位上升，c p u 的 r e s e t的电位逐步降低到低于t t l 低电平，使c p u 脱离复位状态。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 日曰州m曰0四01 .卫.月. 价 m s ,.7 1 8 0 3 2 图3 . 3控制板复位系统原理图 手动复位手动复位可以用手压合一次图3 . 3 开关s w 3 即可完成。 一般， 用手压合一次开关s w 3 , s w 3 的闭合时间大约为几毫秒到几十毫秒。 s w 3 在如 此长的闭合时间只要保证c 9 , c 6 电容充分放电后， a 点电位依然有充分长时 间处于低电平，这样， 一 即可以保证c p u 的r e s e t 有足够的时间处于高电平， 使 c p u 复位。当手松开时，s w 3 打开，v c c经r 1 2 给c 6 充电，a点电位不断 上升，这样 c p u 的 r e s e t电位不断下降，当 c p u 的 r e s e t的电位低于 t t l的 低电平时，c p u 就脱离了复位状态。 3 . 1 . 2 微处理监控电路原理 在 p o s终端中，为了保证硬件系统的可靠性，必须解决电压不稳和软件 受干扰 “ 起飞”等问题，常用的办法采用硬件实现和软件实现两种方法，在 具体的实现中作者采用硬件的方法， 选用看门狗 ( w a t c h d o g ) 芯片m a x 6 9 3 a , 因为该芯片具有以下特点: 西南交通大学硕士研究生学位论文第飞 了 页 微处理器上电、掉电、不正常低压供电时产生一个复位输出 ( / r e s e t ) ; 被 m a x 6 9 3 a监控的微处理在设置的时间之外 ( 缺省值为 1 . 6 8 ) ，将触发 w a t c h d o g 电路输入端w d i ，芯片将输出一个w a t c h d o g 输出/ w d o ; 具体的看门狗 ( w a t c h d o g )电路原理图如图3 . 4 所示。 : 图3 . 4看门狗电路原理图 看门狗的定时时间为 1 . 6 s ，并使用一条 工 / 0线，在 1 . 6 s之内定期改变 w d 工 输入端的电平，当c p u 由于某种故障出现 “ 死锁” ， 将不定期改变w d i 的 1七 平，这时m a x 6 9 3 a 的r e s e t 引脚变为高电 平，从而使c p u 复位。在正常的 工作条件下，/ c e i n 输入等于/ c e o u t 输出，从而片选r a m ，进行正常读/ 写。 如果电源掉电， / c e 工 n 传输门断开， / c e o u t 输出变为高电平，不再片选r a m , 从而对 r a m 起保护作用。 3 . 1 . 3 串口接口部分 在 p o s终端的串口设计中，作者采用了s t 1 6 c 5 5 4 d芯片，该芯片的内部 结构与一般的串口控制芯片的内部结构基本相同， 都有数据总线与控制逻辑、 中断控制逻辑、时钟与波特率发生器、发送和接收控制逻辑和m o d e m 控制逻 辑。不同的是山于该芯片有四个串口通道，所以在该芯片中增加了4 个片选 弓 脚， 主要目的是完成选择不同串口通道o s t 1 6 c 5 5 4 d 是带有四个串口通道的 串口控制芯片，该芯片具有6 8 引脚和6 4 引脚两种形式，二者主要的区别在 于6 8 引脚既可以应用于 i n t e l 系列的微处理器也可以应用于m o t o r o l a 的微 处理器， 而6 4引脚的s t 1 6 c 5 5 4 d 则专门为 i n t e l 系列的微处理器设计的， p o s 终端采用了6 4 引脚的s t 1 6 c 5 5 4 d 芯片。 主要原因是为了连线方便， 使电路简 单。一 卜 面简单介绍在p o s 终端中用到的引脚， 有关该芯片详细资料参照文献 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 理图如图3 . 7 所示，按键设置在行、列线交点行，行、列线分别连接到按键 开关的两端，当行线通过上拉电阻接+ 5 v时，被钳位在高电平状态。 表3 - 2键盘键的分布图 登录密码取消锁定退格退款 票据货号/ 条码 789 优惠 票号数量 456 小计 实收单价 123 合计 折扣对一 帐0回车退出 键盘中有无按键是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。 其方法是:给列线的所有的 1 / 0线置高电平，然后读行线电平状态。如 果有键按下，总会有一根行线被拉至低电平，从而使行输入不全为 t o键盘 中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态。其方法是:依 此给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为 1 ，则按下的键不在此 列。如果不全为 1 ，则按下的键必在此列，而且是与 0电平行线相交的交点 上的那个键。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 j 斤6, 龙月性任 31。工j-7.-，功-nu巧n乃价 91协工u工“一姚1杜 u 艺 x . c ， 0 盯吕 日 图3 . 7 键盘的工作原理 3 . 4显示板设计与实现 显示板共分为两块板， 其中一个是顾客显示板， 另一个是收银员显示板， 二者的工作原理都一样， 在此以 收 银员显示板为例介绍显示板的 工作原理， 顾客显示板工作原理可以 参照收银员显示板的工作原理. 具体见图3 . 8 所示。 在显示板中，采用了l t n 2 1 型字符型的l c d ( l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y ) 显示模块， 其参数为显示格式1 6 字x 2 行， 外形尺寸8 4 x 4 4 x1 2 ， 字符大小 4 . 6 8 x 2 . 9 6 ， 功耗8 . o m w 。有关l c d 显示的基本原理参照文献7 和8 ，在此略 去。l c d模块封装了显示功能的主要部分 l c d控制器和一些辅助的电路，其 向外提出的引脚共 1 4 个， 在这 1 4 个引脚中， 其中比较重要的引脚有