毕-业-设-计---太阳能发电型自动售卖机控制系统设计.docx

毕 业 设 计题目： 太阳能发电型自动售卖机控制系统设计 学 生： 学 号： 院 （系）： 专 业：机械设计制造及其自动化 指导教师： 2011 年 6月10日太阳能发电型自动售卖机控制系统设计摘 要太阳能发电型自动售卖机是劳动密集型的产业构造向技术密集型转变的产物，同时又考虑到利用新型能源来代替现有能源，以达到节能的目的。自动售卖机是以单片机为核心的自动化控制装置，它集按键选择技术、单片机技术和显示技术于一体，具有功能强大、可靠性高、使用方便、维护简单等特点。因此，在商业、生活中得到了广泛的应用。太阳能发电型自动售卖机是一种以INTEL 公司的8051单片机为核心的控制系统。详细介绍了自动售卖机控制系统的方案设计、硬件选择、软件规划和程序的编写，并重点描述了自动售卖机控制系统设计、软件编程的原则和技巧。该系统以单片机8051芯片为核心，采用集中控制方式实现了对自动售卖机全过程的自动控制。本系统选择44矩阵式键盘按键作为货物选择端，采用了1个可编程并行接口8255A实现并行接口的扩展，解决了单片机8051芯片输入/输出口引脚紧张的问题，同时选用了可编程键盘/显示器接口芯片Intel8279来完成键盘的输入功能。对于控制系统原理图的编制应用了Protel99SE，该软件学习容易，应用方便，提高了做图效率。 关键词：自动售卖机，8051单片机,8255A,8279Automatic Vending Machines Solar Power Control System DesignABSTRACTAutomatic vending machines solar power is labor-intensive to technology-intensive industrial structure of the product, while taking into account the use of new energy sources to replace existing energy sources to achieve energy saving. Vending machine is a single chip as the core of the automatic control device, which combines key selection techniques, microcontroller technology and display technology, and has a powerful, high reliability, easy to use, easy maintenance and so on. Thus, in business, life has been widely used. Automatic vending machines solar power is a kind of machine to INTELs 8051 core control system. Details of the vending machine control system design, hardware selection, software, planning and procedures for the preparation and focus on describing vending machine control system design, software programming principles and techniques. The system takes microcontroller the 8051 chips as the core, utilizes concentrating control mode realized to be purchased the whole process of automatic control machine. The system chosen 4 4 matrix keyboard keys selected as cargo terminal, using one programmable parallel interface parallel interface 8255A extended to solve the 8051 microcontroller input / output port pin problem of the shortage, while use of the programmable Keyboard / display interface chip Intel8279 to complete the keyboard input. Control system schematic diagram for the preparation of the application of Protel99SE, learning the software easy and convenient, make plans to improve the efficiency. KEY WORDS: vending machine，MCU8051，8255A，8279 目 录摘 要1ABSTRACT21.1 太阳能发电型自动售卖机简介51.2 国内外应用现状61.3 设计的主要内容61.4 自动售卖机的功能简介72 自动售卖机控制系统硬件设计82.1 控制系统结构框图92.2 方案论证92.2.1 单片机与PLC比较92.2.2 单片机的简介102.1.3 单片机最小应用系统132.3 键盘接口设计132.3.1接口电路详细设计132.3.2 软件编制152.4 LED显示182.4.1 LED显示接口电路详细设计182.4.2出货及显示的功能驱动流程图192.5 系统硬件设计202.5.1 8255A可编程并行I/O扩展接口202.5.2 可编程键盘/显示器接口芯片8279232.5.3 74LS373芯片介绍252.5.4 74LS138芯片介绍252.5.5 步进电机驱动电路设计252.4 出错报警系统简述282.5 PROTEL99的应用简介293 自动售卖机控制系统软件程序设计303.1 流程图303.1.1 按键选择程序流程图303.1.2 一元钱货物处理子程序流程图313.1.3 电机驱动程序流程图333.1.4 报警驱动程序流程图353.2 驱动程序363.2.1 货物选择系统的驱动程序363.3.2报警驱动程序41致谢43参 考 文 献44附录461 绪论1.1 太阳能发电型自动售卖机简介中国蕴藏着丰富的太阳能资源, 太阳能利用前景广阔。目前, 我国已是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家以及重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较成熟的太阳能产品有两项: 太阳能光伏发电系统和太阳热水系统。太阳能产业在我国得到了迅猛的发展, 中国已成为仅次于日本和德国之后居世界第三的光伏产品生产大国, 这是我国为改善全球日益恶化的环境做出的巨大贡献, 而中国随着相关法律和政策的出台, 能源长期性短缺的中国将有望成为世界上最大的光伏发电市场【1】。自动售卖机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物，进入21世纪，自动售卖机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。使未来的自动售卖机不仅仅具有售货功能，而是更加多元化，及人性化，如：手机支付、远程联机管理、个性的LCD广告显示屏。自动售卖机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。它的出现是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。消费模式和销售环境的变化，要求新的流通渠道，相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言，场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售卖机作为一种必须的机器便应运而生了。从自动售卖机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售卖机作为一种必须的机器便应运而生了。自动售卖机从广义来讲就是投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售卖机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。进入21世纪时，自动售卖机产业正在走向信息化并进一步实现合理化【2】。并且向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。当今社会的能源主要以电力、煤炭、石油等不可再生能源为主，这些不可再生能源数量是有限的，当他们用完后，我们还能依靠什么呢。现在各个国家都致力于可再生能源的研究，如太阳能，风能，潮汐能等。本次设计的自动售卖机将以太阳能作为能源驱动。自动售卖机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技发展水平，是一个国家文明程度的象征。实践和直觉告诉我们，自动售卖机在中国的横空出世，必将为国内的食品、香烟、饮料等诸多行业的发展带来新的契机，中国的现代文明又将以自动售卖机的应用和普及开启一个新的里程碑！1.2 国内外应用现状受金融危机的影响，2009 年全球出现不景气，太阳能发电普及速度下降，太阳能发电装置生产过剩，成交额下降。日本因政府的强化普及太阳能发电政策， 从2009 年1 月起建立家庭用太阳能发电装置补助制度，11 月开始实施剩余电力收购制度，普及趋势扩大。由于短期内太阳能发电装置不具有经济性，普及扩大仍需政府的财政支持。在欧洲，各国已经实施新能源/可再生能源发电固定价格收购制度(Feed-in Tariff)，随着技术开发的进展和装机容量的增加，预计太阳能发电成本每年将下降8%，8 年降至现在的一半。欧洲太阳能发电协会(EPIA)称，随着系统成本的下降效果和太阳能电池市场的逐步竞争， 预计2020 年76%的欧洲电力市场无需国家补助【3】。同样我国也加大了对太阳能发电产品的政策倾向。国内自动售卖机业因起步较晚，以及社会环境的制约等因素影响，落后于发达国家，但是随着国内东部和各省大城市的不断进步，自助这种独特的消费方式逐渐被人们所认可。报告显示，经过10余年的发展，在我国自动售卖机已逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向中高档社区普及。随着我国零售业态、现代物流的不断发展和2010年上海世博会的临近，我国无店铺销售业绩获得了良好的发展环境和契机，尤其是国外大型企业的加入，会更进一步带动我国自动售卖机产业的成长。自1993年从日本、韩国引进自动售卖机并投放中国市场以来至今已有10余年。到目前为止，仅有l0多家研发、制造和运营企业，而且各企业发展极不平衡，其中天津戈德集团占据中国自动售卖机市场的大部分，其它企业则处于零敲碎打状态。从技术含量和性能方面来看，我国也和国外有较大的差距，国外自动售卖机牢牢占据中国市场的主流。以浙江省为例，目前浙江省从事自动售卖机生产、研发的企业仅为两家，这与浙江经济强省的地位是极不相称的【4】。 因此，对于太阳能发电型自动售卖机，我国的发展还是很落后，不论是太阳能发电，还是自动售卖机的研发，但从人们的消费理念上理解，我国的太阳能发电型自动售卖机的应用前景是非常广阔的。1.3 设计的主要内容（1）通过分析现有自动饮料售卖机的工作原理，创新性的开发设计能完成小商品售卖的自动化设备。（2）学习单片机8051的基本内部结构，以及应用系统。（3）I/O口扩展用8255A，以及键盘，显示芯片8279的应用。（4）单片机对步进电机的控制设计。（5）学习并运用Protel画出系统原理图。（6）完成控制系统的地址分配，以及编程设计。1.4 自动售卖机的功能简介基本原理：先投入货币，然后客户选择所需的产品，系统识别后进行取货，然后将货物运送到出货口，最后找钱。其功能描述：货物种类一共设有10种，这10种物品分别对应着10个不同的按键选择，对应有十层不同的货物，每层有十五个货物。总体上讲一个售卖过程可以分为可分为六段：第一段：机械手从起始孔位到取货孔位。此段运动，垂直电机首先向上运动到取货层，根据系统的记忆判断，那个位置有货物，然后由旋转电机转动一个角度。其他电机无动作。第二段：取物动作。水平电机控制机械手向前移动L，机械手进入抓取孔内，抓取电机将料盒及物料，水平电机控制机械手向后移动L，将料盒及物料拖出到机械手挡板上。第三段：物料运到出料口。垂直电机首先向下运动到最低端，旋转电机驱动旋转使货物对准出料口。第四段：出料动作。水平电机控制机械手向前移动L，将料盒及物料拖到出料通道内，让推杆将物料推落，水平电机控制机械手向后移动L，将料盒拖到机械手挡板上。第五段：回程，完成第三段的逆过程。第六段：水平电机控制机械手向前移动L，机械手手抓缩小，水平电机控制机械手向后移动L，机械手退出抓取孔外。本设计中有一共有16个按键选择，其中10个是货物选择键，有2个是多选键（一次购买2个或3个货物），还有1个确定键和1个取消键，两个可以扩展的按键。如果没有按照预先设计的流程顺序进行按键选择，自动售货机将启动报警系统，等待再次正确的按键选择。在投币过后，显示投币钱数。在出货系统中设计了，显示购买货物的共花钱数。在找零系统中设计了，显示找零的货币数。其工作程序如下图1-1：顾客投入货币机器自动计数顾客按动按钮机器送出选定商品顾客取出商品顾客取出余币机器将余币送出图1-1 自动售货机工作时序图2 自动售卖机控制系统硬件设计2.1 控制系统结构框图信号隔离放大驱动控制信号8255A货币识别系统步 进 电 机8051键盘键盘8279显示报警系统图2-1 控制系统结构框图2.2 方案论证2.2.1 单片机与PLC比较PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它是工业控制的核心部分.PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同. PLC投入运行后，在其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。单片机又称单片微控制器,单片机是嵌入式系统的独立发展之路，它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择【5】。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机在汽车电子中的应用非常广泛，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 使用单片机技术的目的是：（1）节省成本，减少资源浪费。 （2）单片机编写的程序更合理，就像上面比方的表格不够用一样。因此，在设计中选用单片机来做控制器。2.2.2 单片机的简介20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS51系列单片机和美国Atmel公司的89C51单片机【6】。MCS51系列单片机包括三个基本型8031、8051、87518031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用8051是在8031的基础上，片内集成有4K ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。因此，在设计中选用8051单片机。目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。89C51是Intel公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个256K的片内数据存储器RAM；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。其引脚极其功能：图2-2 8051引脚8051系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。（1）电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）：接+5V电源正端；VSS（20脚）：接+5V电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。（3）控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。ALE/ P （30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低电平。PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。EA/V pp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源V pp【7】。（4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见下表： 表2-1 单片机P3.0管脚含义【8】引脚第2功能P3.0RXD（串行口输入端0）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1（时器/计数器1数脉冲端）P3.6WR（外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD（外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）2.1.3 单片机最小应用系统图2-3 单片机最小应用系统2.3 键盘接口设计2.3.1接口电路详细设计（1）矩阵式键盘接口 矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个33的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。同理，一个44的行列结构可以构成一个16键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端【9】。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响所在行列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来比做适当的处理，才能确定闭合键的位置。 （2）独立式按键接口 独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。由于该系统需要的按键比较多所以采用矩阵式键盘接口，节省了大量I/O口线。键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干扰单片机的主要手段。本设计采用8279为I/O扩展。 （3）消除键抖动 一般按键在按下的时候有抖动的问题，即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳，需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。若在簧片抖动时进行扫描就可能得出不正确的结果。因此，在程序中要考虑防抖动的问题【10】。最简单的办法是在检测到有键按下时，等待（延迟）一段时间再进行“行扫描”，延迟时间为1020ms。这可通过调用子程序来解决，当系统中有显示子程序时，调用几次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的。（4）单片机与键盘接口图2-4 单片机与键盘接口2.3.2 软件编制（1）矩阵式键盘程序流程图图2-5 矩阵式键盘程序流程图（2）矩阵式键盘驱动子程序KEY1: ACALL KS1 ;调用判断有无键按下子程序 JNZ LK1 ;有键按下时，（A） 0转消除抖动延时 AJMP KEY1 ;无键按下，返回LK1: ACALL TM12ms ;调12ms延时子程序ACALL KS1 ;查有无键按下JNZ LK2 ;键（A） 0逐列扫描AJMP KEY1 ;无键按下，返回LK2： MOV R2，#0EFH ;初始列扫描字（0列）送入R2 MOV R4，#00H ;初始列（0列）号送入R4LK4： MOV A,R2 ;列扫描字送入P1口 MOV P1，A MOV A,P1 ;从P1端口读入行状态 JB ACC.1,LONE ;若第1行无键按下，则转查第2行 MOV A，#00H ;若第1行有键按下，则行首键码#00H送入AAJMP LKP ;转求键码LONE： JB ACC.2,LTWO ;若第2行无键按下，则转查第3行MOV A，#04H ;若第2行有键按下，则行首键码#04H送入AAJMP LKP ;转求键码LTWO： JB ACC.3,LTHR ;若第3行无键按下，则转查第4行MOV A，#08H ;若第3行有键按下，则行首键码#08H送入AAJMP LKP ;转求键码LTHR： JB ACC.3,NEXT ;若第4行无键按下，则转查下一行MOV A，#0CH ;若第4行有键按下，则行首键码#0CH送入ALKP: ADD A,R4 ;求键码,键码=行首键码+列号 PUSH ACC ;键码进栈保护LK3： ACALL KS1 ;等待键释放 JNZ LK3 ;键未释放，等待 POP ACC ;键释放，键码送入A RET ;键扫描结束，出口状态（A）=键码NEXT： INC R4 ;准备扫描下一列，列号加1MOV A，R2 ;取列号送入累加器AJNB ACC.8，KEND ;判断列扫描是否完成，若完成，则返回RL A ;扫描字左移一位，变成下一列扫描字MOV R2，A ;扫描字送入R2AJMP LK4 ;转入下一列扫描KEND： AJMP KEY1;*判断键是否按下*KS1： MOV P1，#0FH ;RL端口高4位列置0，低四位行置1，做输入准备 ;读入RL端口行状态 CPL A ;变正逻辑，以高电平表示有键按下 ANL A, #0FH ;屏蔽高4位，只能保留低4位行线值RET ;出口状态:（A） 0时有键按下;*延时12ms子程序*TM12ms: MOV R7，#18H TM: MOV R6, #0FFHTM6： DJNZ R6，TM6 DJNZ R7，TM RET2.4 LED显示2.4.1 LED显示接口电路详细设计（1）LED静态显示方式 静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出去后，数码管始终显示该数据(不变)，CPU不再控制LED。到下一次显示时，再传送一次新的显示数据。 静态显示的接口电路采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阴极或共阳极分别接地或接VCC。这种接法，每个数码管都要单独占用一个并行I/O口，以便单片机传送字形码到数码管控制数码管的显示。显然其缺点就是当显示位数多时，占用I/O口过多【11】。（2）LED动态显示方式 动态扫描方法是用其接口电路把所有数码管的8个笔划段ag和 d p同名端连在一起,而每一个数码管的公共极COM各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码。但究竟是哪个数码管亮，则取决于COM端，COM端与单片机的I/O口相连接，由单片机输出位码到I/O控制何时哪一位数码管亮。动态扫描用分时的方法轮流控制各个数码管的COM端，使各个数码管轮流点亮。在轮流点亮数码管的扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为短暂。但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉，给人的印象就是一组稳定的显示数据【12】。以下为LED静态显示与动态显示的比较：优点：当显示位数较多时，采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示简单。缺点：其稳定度不如静态显示方式。而且在显示位数较多时CPU要轮番扫描，占用CPU较多的时间。所以，由于本系统只涉及到6位显示输出，就采用了6位7段数码管来显示，使用了LED静态显示方式。以下为单片机控制下的LED显示接口【13】。图2-6 单片机控制下的LED显示接口2.4.2出货及显示的功能驱动流程图图2-7 出货及显示的功能驱动程序流程图2.5 系统硬件设计2.5.1 8255A可编程并行I/O扩展接口由于还要实现显示，步进电机的驱动等功能，这样导致I/O接口紧张，考虑到8051自身资源有限，并不能很好的满足系统的要求，明显需要实现并行接口的扩展，在本设计中采用了8255A实现扩展并行I/O接口功能。 5255A是一个具有两个8位（A口和B口）和两个4位（C口高/低4位）并行输出输入端口的接口芯片。5255A可作为提供TTL电平兼容的接口，如打印机、A/D、D/A转换器、键盘以及需要同时两位以上信息工作的一切形式的并行接口，还提供按位控制的功能，5255A能适应CPU与I/O接口之间的多种数据传送控制方式要求，如无条件传送，应答方式传送和中断方式传送。5255A使用方式字、控制字和置位/复位控制字因而执行功能很强。（1）8255A的内部结构 8255A的内部结构有以下几部分组成：（a）并行I/O端口A、B、C 8255A的内部有3个8位并行I/O口：A口、B口、C口。3个I/O口都可以通过编程选择为输入口或输出口，但在结构和功能上有所不同。A口：含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入锁存器。B口：含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入锁存器（不锁存）。C口：含有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入锁存器（不锁存）。当数据传送不需要联络信号时，这3个端口都可以用作输入口或输出口。当A口B口需要有联络信号时，C口可以作为A口和B口的联络信号线。（b）工作方式控制电路：8255A的三个端口在使用使可分为A、B两组。A组包括A口8位和C口高4位：B组包括B口8位和C口的低4位。两组的控制电路中分别有控制寄存器，根据写入的控制字决定两组的工作方式，也可对C口每一位置“1” 或清“0”。（c）数据总线缓冲器：数据总线缓冲器是三态双向的8位缓冲器，是8255A与单片机数据总线的接口，8255A的D0D7可以和AT89C51单片机的P0.0P0.7直接相连。数据的输入输出、控制字和状态信息的传递，均可通过数据总线缓冲器进行。（b）读/写控制逻辑：8255A读/写控制逻辑的作用是从CPU的地址和控制总线上接受有关信号，转变成各种控制命令送到数据缓冲器及A组和B组的控制电路，控制A、B、C3个端口的操作【14】。（2）8255A引脚功能图2-8 8255A的引脚8255A共有40个引脚，一般为双列直插DIP封装，40个引脚可分为与CPU连接的数据线、地址和控制信号以及与外围设备连接的三个端口线。D0D7：双向三态数据总线。RESET：复位信号，输入，高电平有效。复位后，控制寄存器清0，A口、B口、C口被置为输入方式。：片选信号，输入，低电平有效。：读信号，输入，低电平有效。有效时。：写信号，输入，低电平有效。A1A0：端口控制信号，输入。2位可构成四种状态，分别寻址A口、B口、C口和控制寄存器PA0PA7：A口为数据线，双向。PB0PB7：B口为数据线，双向。PC0PC7：C口为数据/信号线，双向。当8255A工作为方式0时，PC0PC7分为两组（每组4位）并行I/O数据线；当8255A工作为方式1或方式2时，PC0PC7为A口、B口提供联络信号。A1A0与 、信号一起，可确定8255A的操作状态，如图所示：表2-2 8255A功能操作【15】A1A0操 作001010000111000A口数据总线B口数据总线C口数据总线输入操作00110101111100000000数据总线A口数据总线B口数据总线C口数据总线控制口输出操作x1xx1xX01x11100数据总线为高阻态非法状态数据总线为高阻态禁止操作（3）8255A与8051接口电路 在连接键盘电路采用8255A为扩展I/O口时，要在中间加入一个74LS373，74LS373是一个三态门的8D锁存器，它可以作为8051外部的一个扩展输入口，借口电路的工作原理是当外设把数据准备好后，发出一个控制信号加到74LS 373的G端，即锁存端，使输入数据在74LS 373中锁存，同时信号加到8051单片机的中断请求端，单片机响应中断，在中断服务程序中执行下面程序： MOV DPTR，#0BFFFH MOVX A，DPTR在执行上面的第二条指令时，P2.6=0，有效，通过或门后加到74LS 373的端，即74LS 373的三态门控制端，使三态门畅通，锁存的数据读入到累加器A中【16】。电路如图：图2-9 8255A与8051接口电路2.5.2 可编程键盘/显示器接口芯片82798279 是可编程的键盘、显示接口芯片。它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。8279内部有键盘 FIFO （先进先出堆栈） /传感器， 双重功能的 8*8=64B RAM，键盘控制部分可控制 8*8=64 个按键或 8*8 阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖，并具有双键锁定保护功能。显示 RAM容量为 16*8，即显示器最大配置可达 16 位 LED数码显示。（1）8279引脚功能 图2-10 8279管脚及引线功能 （a） 数据线 DB0DB7 是双向三态数据总线，在接口电路中与系统数据总线相连，用以传送 CPU 和8279 之间的数据和命令。 （b） 地址线 CS=0 选中8279，当 A0=1 时，为命令字及状态字地址；当A0=0 时，为片内数据地址，故 8279芯片占用 2个端口地址。 （c） 控制线 CLK：8279 的时钟输入线。 IRQ：中断请求输出线，高电平有效。 RD、WR：读、写输入控制线。 SL0-SL3：扫描输出线，用来作为扫描键盘和显示的代码输出或直接输出线。 RL0-RL7：回复输入线，它们是键盘或传感器矩阵的信号输入线。 SHIFT：来自外部键盘或传感器矩阵的输入信号，它是 8279 键盘数据的次高位即 D6 位的状态，该位状态控制键盘上/下档功能。在传感器方式和选通方式中，该引脚无用。 CNTL/S：控制/选通输入线，高电平有效。键盘方式时，键盘数据最高位（D7）的信号输入到该引脚，以扩充键功能；选通方式时，当该引脚信号上升沿到时，把 RL0-RL7 的数据存入 FIFO RAM 中【17】。OUTA0-OUTA3：通常作为显示信号的高 4 位输出线。 OUTB0-OUTB3：通常作为显示信号的低 4 位输出线。 BD：显示熄灭输出线，低电平有效。当/BD=0 时将显示全熄灭。（2）8279与单片机的接口图2-11 8279与单片机接口 2.5.3 74LS373芯片介绍74LS373是一种带有三态门的8D锁存器，74LS373是带有三态门的八D锁存器，当使能信号线OE为低电平时，三态门处于导通状态，允许1Q-8Q输出到OUT1-OUT8，当OE端为高电平时，输出三态门断开，输出线OUT1-OUT8处于浮空状态。G称为数据打入线，当74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号OE为低电平，这时，当G端输入端为高电平时，锁存器输出（1Q-8Q）状态和输入端（1D-8D）状态相同；当G端从高电平返回到低电平（下降沿）时，输入端（1D-8D）的数据锁入1Q-8Q的八位锁存器中。74LS373的功能表见下表：表2-3 74LS373真值表GDQ0111010000不变1高阻态2.5.4 74LS138芯片介绍74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式。其工作原理如下： 当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A0A1A2=110时，则Y6输出端输出低电平信号。 利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。可用在8086的译码电路中，扩展内存。2.5.5 步进电机驱动电路设计（1）步进电机结构图2-12 步进电机结构图（2）步进电机方向控制与控制模型根据步进电机的型号130BYG350，可以确定为三相步进电机，三相