毕业设计论文--基于80C51的自动存包柜设计.doc

河南机电高等专科学校毕业论文 河南机电高等专科学校 毕毕业业设设计计 论论文文 论文题目 论文题目 基于 80C51 的自动存包柜设计 系 部 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2011 年 4 月 5 日 河南机电高等专科学校毕业论文 目录 摘要 ABSTRACT 第 1 章 概述 1 1 1 题目来源及课题意义 1 1 2 自动存包柜控制系统的工作原理及技术要求 1 第 2 章 系统方案论证 2 2 1 自动存包柜系统框图 2 2 2 主机电路核心器件的选择 2 2 3 光电开关的选择 7 2 4 键盘 显示器接口电路 7 2 5 开箱控制电路 8 2 6 打印机控制电路 8 第 3 章 系统硬件设计 9 3 1 8031 的组成及管脚介绍 9 3 2 输入电路设计 13 3 2 1 条码技术介绍 13 3 2 1 1 条形码的识别原理 14 3 2 1 2 条码识读系统 15 3 2 1 3 条码印制 15 3 2 2 光电开关介绍 16 3 2 2 1 光电开关的工作原理 17 3 2 2 2 光电开关的分类 17 3 2 2 3 光电开关的使用注意事项 18 3 2 3 限位开关介绍 19 3 2 4 输入电路连接 20 3 2 5 键盘设计 21 3 3 芯片使用 22 3 3 1 外部地址锁存器介绍 22 3 3 2 程序存储器 EPROM 的扩展介绍 24 3 3 3 静态数据存储器的扩展介绍 26 第 4 章 系统软件设计 29 4 1 主程序模块 29 河南机电高等专科学校毕业论文 4 2 键输入程序设计 30 4 3 驱动电路程序设计 31 结束语 34 致谢 35 参考文献 36 河南机电高等专科学校毕业论文 I 摘要 本课题由8051单片机构成核心控制系统 整个系统由主控部分 键盘显示控制 部分 执行部分三部分组成 通过密码的核对完成自动存包取包程 第一部分 CPU核心控制部分 由单片机8051 复位电路 时钟电路构成是整 个系统的核心 第二部分 键盘显示控制部分 用HD7279A对8个数码管和14个按键进行管理 8个数码管用于显示两位柜号和8位密码 14个按键分别为10个数字键和4个功能键 通过这些键盘 用户就可以完成所有的操作 第三部分 执行机构部分 它是通过8051的并行口扩展一片8255A芯片 并通 过8255A控制20个灯的状态 亮灭 来模拟柜子的存包取包的过程 软件部分主要采用我们自己设定的一种与柜号相关联的算法来产生一组8位的随 机密码 而密码的产生 核对过程就对应存包 取包的过程 本系统具有如下特色 1 经济实用 操作简单且便于安装 2 能产生一组8位随机密码 密码使用一次 有效 有三次容错功能和解锁功能 因而系统安全可靠 3 利用软件产生随机密码 而不是硬件 使得硬件更为简洁 可靠 稳定 关键词 自动存包柜 算法 随机密码 容错 解锁 河南机电高等专科学校毕业论文 II Abstract This subject is become key control systems by 8051 forms and anorganization The whole system is shown and is controlled partly carried out some three parts to make up by top management part keyboard Through checking that finishes storing and wrapping upand fetch the course of the bag automatically of thepassword The first part CPU core control and partly form of 8051 one chipcomputers whole core of system Through these keyboards userscan finish all operation Second part The keyboard show that controls some In charge ofwith HD7279A to 8 number and 14 button go on and manage 8 numberin charge of and use for and show two cupboard symbol and 8password 14 buttons are 10 numerical keys respectively and 4function keys Through these keyboards users can finish alloperation The third part Executive body s part In it through the notrunning side by side because there aren t mouth and controlthrough 8255 A there aren t the states of light of 20 pieces on tokill of 8051 and simulate Storing and wrapping up the course whichfetches the bag Software part adopt we one that oneself establish correlate withnumber of the cupboard algorithm that unite come and produce onepassword at random of 8 of group mainly And production checkcourse correspond to and deposit the bag fetch the course of thebag of password This system has the following characteristic 1 Economical andpractical operate simple and easy to installly 2 Can produce onegroup 8 password at random password use one effective There isfault tolerant function three times and locking the function therefore the system is safe and reliable 3 Utilize softwareproduce password instead of hardware make hardware more succinct reliable stability at random Keyword Store a bag of cupboards algorithm the password fault tolerant unblock at random automatica 河南机电高等专科学校毕业论文 1 第 1 章 概述 1 1 题目来源及课题意义 近年来 随着生活水平的提高 人们对于社会消费品的质量和数量的要求以及 对社会的服务质量也在逐渐增加在 为了更好的为广大的顾客服务 在一些商场 影院 尤其是超市 等公共场合通常有电脑控制的自动存包柜 来方便广大的顾客 朋友们 各种各样的自动存包柜也陆续的产生了 它具有功能实用 操作简便 安 全可靠 抗干扰性强等原则 能够更好的服务于不同市场的广大群众 顾客可以根 据简明清晰的操作说明自行的完成取物品的工作 自助式存取可以避免开放式存包 带来的不必要的纠纷 又可以节约人员开支 达到减员增效的目的 同时 存包可 以解放顾客的双手 是顾客放开双手 更方便的进行购物 1 2 自动存包柜控制系统的工作原理及技术要求 本系统采用MCS51单片机做控制器 可以同时管理24个存包柜 柜门锁由电磁 阀控制 当顾客需要存包的时候 可以自行到存包柜前按 开门 键 单片机接收 到一脉冲信号 并通过系统I O口发出相应的信号 控制锁柜门的电磁阀将一空箱打 开 顾客即可存包 并将柜门关上 当顾客需要取包时 要将只要将条码放置到条 形码阅读器前方 条形码阅读器采集到条码信息输出相应的高低电平信号传给单片 机 系统比较密码一致后 发出开箱信号至电磁阀是柜门打开 顾客即可将包取出 要求本系统具有较高的自动化程度 它是以MCS51单片机为核心 自动控制柜 门的打开 并通过条码技术实施红外线检测开门 关门后通过打印机打印条码 并 自动切纸 实时显示无物的箱体号 并具有断电保护功能 用红外线检测箱内是否 有物品 并报警 在现实生活中有着积极的作用 第 2 章 系统方案论证 河南机电高等专科学校毕业论文 2 2 1 自动存包柜系统框图 自动存包柜的系统框图如图 2 1 该系统 MC51 单片机为核心 还有显示屏及按 键 打印机 红外线检测 断电保护等部分 MCS51 关门 开门 存包 红外线检测 箱内 扫描条码 断电保护 打印机打印 条码 空箱显示 有物体 门开 报警 开门 图 2 1 自动存包柜系统框图 2 2 主机电路核心器件的选择 单片机是在一块硅片上集成了微处理器 存储器和各种输入 输出接口 这样 的一块芯片具有一台计算机的属性 因而被称为单片微型计算机 简称单片机 单 片机的优点是体积小 重量轻 抗干扰能力强 对环境要求不高 价格低廉 可靠 性高 灵活性好 开发也较为容易 目前单片机已经广泛的应用在工业自动化控制 自动检测 智能仪表 家用电器等各个方面 随着单片机的发展趋势 为了满足不 同用户的需要 单片机有了很大的改善 MCS 是 Intel 公司生产的单片机符号 如 MCS 48 MCS 51 系列单片机 MCS 51 系列包括三个基本型 8031 8051 8751 等 8031 内部包括一个 8 位 CPU 128 个字节 RAM 21 个特殊功能寄存器 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 需要外部 EPROM 芯片 8051 是在 8031 的基础上 片内又集成有 4K ROM 作为程序存储器 是一个程 序不超过 4K 字节的小系统 8751 是在 8031 的基础上 增加 4K 字节的 EPROM 它构成了一个程序小于 4KB 的系统 用户可以将程序固化在 EPROM 内 可以反复修改程序 但是它的价格比较 河南机电高等专科学校毕业论文 3 昂贵 8031 外扩一片 4KB EPROM 就相当于 8751 它的最大优点是价格便宜 在本系统中我们只需要选用 8031 就可以满足系统的要求 实现存包柜的各项功 能 另外 AT89C51 也是我们常用到的单片机芯片 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产 的低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4K bytes 的可反复擦写的只读程序存 储器 PEROM 和 128bytes 的随机存取数据存储器 ROM 器件采用 ATMEL 公司的 高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中央 处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C51 单片机可提供许多高性价比的 应用场合 可灵活应用于各种控制领域 AT89C51 主要性能参数 1 与 MCS 51 产品指令系统完全兼容 2 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 3 1000 次擦写周期 4 全静态操作 0Hz 24MHz 5 三级加密程序存储器 6 128 8 字节内部 RAM 7 32 个可编程 I O 口线 8 2 个 16 位定时 计数器 9 6 个中断源 10 可编程串行 UART 通道 11 低功率空闲和掉电模式 AT89C51 功能特性概述 AT89C51 提供以下标准功能 4K 字节 Flash 闪速存储器 128 字节内部 RAM 32 个 I 0 口线 两个 16 位定时 计数器 一个 5 向量两级中断结构 一个全双工串行 通信口 片内振荡器及时钟电路 同时 AT89C51 可将至 0Hz 的静态逻辑操作 并 支持两种软件可选的节电工作模式 空闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时 河南机电高等专科学校毕业论文 4 计数器 串行通信口及中断系统继续工作 掉电方式保存 RAM 中的内容 但振荡器 停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位 AT89C51 引脚功能说明 AT89C51 引脚图如图 2 2 其各引脚功能如下 图 2 2 AT89C51 引脚图 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器 它 可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外 部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验 时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输 出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输 河南机电高等专科学校毕业论文 5 入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉 的缘故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地 址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程 和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门 电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 外部中断 0 INT0 P3 3 外部中断 1 INT1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 外部数据存储器写选通 WR P3 7 外部数据存储器读选通 RD P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间 ALE 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的PROG 地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变 的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输 出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过 一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执 行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外 部执行状态 ALE 禁止 置位无效 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机PSEN 器周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不 出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 河南机电高等专科学校毕业论文 6 XTAL2 来自反向振荡器的输出 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片 内振荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应 不接 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信号的 脉宽无任何要求 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合 并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成 在芯片擦操作中 代码阵列全被写 1 且在任 何非空存储字节被重复编程以前 该操作必须被执行 此外 AT89C51 设有稳态逻辑 可以在低到零频率的条件下静态逻辑 支持两 种软件可选的掉电模式 在闲置模式下 CPU 停止工作 但 RAM 定时器 计数器 串口和中断系统仍在工作 在掉电模式下 保存 RAM 的内容并且冻结振荡器 禁止 所用其他芯片功能 直到下一个硬件复位为止 经过计算和考虑 MCA 51 系列的 8031 即可满足我们所设计的产品 而 AT89C51 一般多是用在比较精密麻烦的电器设计上 我们这里所设计的自动存包柜是一个比 较简单的控制系统 使用 8031 就完全可以达到我们设计的要求 如果使用 AT89C51 就会造成资源的浪费 所以我们选用 8031 作为我们的主机电路核心器件 2 3 光电开关的选择 红外线光电开关 光电传感器 属于光电接近开关的简称 它是利用被检测物 体对红外光束的遮光或反射 由同步回路选通而检测物体的有无 其物体不限于金 属 对所有能反射光线的物体均可检测 根据检测方式的不同 红外线光电开关可 分为 1 漫反射式开关 一般来说当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时 我们都选用漫反射式开 关 2 镜反射式光点开关 镜放射光电开关是集发射与接受器于一体 光电开关发射出的光线经过反射镜 反射回接收器 当被检测物体经过且完全阻断光线时 光电开关就产生了检测开关 河南机电高等专科学校毕业论文 7 的信号 3 对射式光电开关 当检测物体是不透明时 对射式光电开关是最可靠的检测模式 4 槽式光电开关 槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化 分辨透明与半透明物体 5 光纤式光电开关 光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线 以实现被检测物体不 在相近区域的检测 传感器也可以使用应变式传感器 他是利用金属的电阻应变效应 将检测物体 变形转换成电阻的变化的传感器 当金属丝在外力作用下发生机械变形时 其电阻 值将发生变化 这种现象称为电阻丝的应变效应 应变式传感器正是利用了金属丝 的这一效应 但是这种传感器的安装不是很方便 而且检测的效果也不是很好 灵 敏度不过 很有可能造成错误 给顾客带来不必要的麻烦 由以上可以很容易的看出在这里我们选用漫反射式光电开关 用它来检测存包 柜能是否有物体 并把相应的信号传输给单片机 单片机根据收到的信号可以通过 I O线控制其他的器件工作 2 4 键盘 显示器接口电路 该系统中键盘的主要功能是用于顾客选择适当的柜来存包 这里我们用 4 8 矩 阵式键盘 用 24 个按键来控制 24 个柜门的打开 剩余的 8 个键可以为其他控制或 则是用再以后系统的更新使用上 键盘是用 8031 单片机经 74LS373 扩展一片 8255A 构成键盘借口电路的 使用编程扫描方式可以很容易的实现键盘和显示的功能 而 且还具有消抖功能 键盘还可以使用单片机 I O 扩展接口芯片 8155H 来实现 8031 外扩一片 8155H 8155H 的 RAM 地址为 7E00H 7EFFH I O 口地址为 7F00H 7F05H 8155H 的 PA 口为输出口 控制键盘的列线电位 PA 口为键扫描口 同时也是显示器的扫描口 在这里我们的系统需要的键盘显示要求不是非常高 只需要要使用 8255A 即可 如 果使用 8155H 也可以实现键盘显示器的连接 但是很显然就造成了不必要的浪费 所以在这里我们选用通过 8255A 连接使用的键盘 2 5 开箱控制电路 开箱控制电路功能用来打开箱锁 该系统共控制 24 个存包柜 其中使用了 8255A 的 PA PB PC 三口的 24 跟口线作为输出 输出信号经三极管放大后驱动电 磁锁动作 从而将箱锁打开 同时在箱的门沿上还装有限位开关 来检测门的闭合 与否 并在适当的时候来进行报警 提醒顾客关好柜门 为了保证安全 锁簧需要 河南机电高等专科学校毕业论文 8 有较强的弹力 电磁锁的驱动功率需要 20W 以上 可以采用 20V 直流电源 产生 1A 的驱动电流 为加强驱动功率 采用二级直流放大 在这里我们使用 DSN Y 电磁锁 他的技术指标即参数都能够满足我们的需要 2 6 打印机控制电路 现场印制设备通常有电阵 激光 热敏 以及喷墨打印机设备等 电阵打印机 是一种计算机输出设备 用于打印各种拷贝文件 它是重复使用色带的 它只能打 出中 低密度的条码符号 适用于小批量的的印制 激光打印机是利用图形感应半 导体表面上的充电荷的原理设计的 它可以打印较高 中密度的条码 热敏打印机 这种打印机已经使用多年了 它是最普遍的打印机 热敏打印机的打印过程比较简 单 打印的格式灵活 图象质量高 速度快而且成本很低 分辨率高 环境适应性 强 它是通过压力和热作用 将油墨转印到其他的介质上 操作十分方便 所以在 这里我们完全可以使用热敏式打印机 热敏打印机控制电路的功能是用来驱动打印 机系统产生密码 用 8031 的 P0 口接打印机的数据线 用 P1 7 口接打印机的选同信 号上 用 P1 6 接收音机的 BUSY 信号 第 3 章 系统硬件设计 3 1 8031 的组成及管脚介绍 8031 内部有 8 个部件组成 即 CPU 时钟电路 数据存储器 串行口 并行口 P0 P3 定时计数器和中断系统 它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体 芯片上 即组成了单片微型计算机 8031 就是 MCS 51 系列单片机中的一种 见图 3 1 河南机电高等专科学校毕业论文 9 图 3 1 8031 内部组成结构 1 CPU中央处理器 中央处理器是8031的核心 它的功能是产生控制信号 把数据从存储器或输入 口送到CPU 或将CPU数据写入存储器或送到输出端口 还可以对数据进行逻辑和 算术的运算 2 时钟电路 8031内部有一个频率最大为12MHz的时钟电路 它为单片机产生时钟序列 但 需要外接石英晶体做振荡器和微调电容调整频率 3 内存 内部存储器可分做程序存储器和数据存储器 但在8031中无片内程序存储器 4 定时 计数器 8031有两个16位的定时计数器 每个定时器和计数器都可以设置成定时的方式 和计数的方式 但只能用其中的一个功能 以定时或计数结果对计算机进行控制 5 并行I O口 MCS 51有四个8位的并行I O口 P0 P1 P2 P3 以实现数据的并行输入输出 6 串行口 它有一个全双工的串行口 它可以实现计 算机间或单片机同其它外设之间的通信 该串 行口功能较强 可以作为全双工异步通讯的收 发器 也可以作为同步移位器用 中断控制系统 8031 时钟时钟 河南机电高等专科学校毕业论文 10 8031有五个中断源 既外部中断两个 定时计数器中断两个 串行中断一个 全部的中断分为高和低的两个输出级 8031的制作工艺为HMOS 采用40管脚双列直插式DIP封装 引脚说明如下 8031管脚图 VCC 40引脚 正常运行时提供电源 VSS 20引脚 接地 XTAL1 19引脚 在单片机内部 它是一个反向放大器的输入端 该放大器构 成了片内的震荡器 可以提供单片机的时钟信号 该是引脚也可以接外部的晶振的 一个引脚 如采用外部振荡器时 对于8031此引脚应该接地 XTAL2 18引脚 在内部 接至上述振荡器的反向输入端 当采用外部振荡器 时 对MCS51系列该引脚接收外部振荡信号 即把该信号直接接到内部时钟的输入 端 RST VPD 9引脚 在振荡器运行时 在此引脚加上两个机器周期的电平将单片 机复位 复位后应使此引脚电平保持不高于0 5V低电平以保证8031正常工作 在掉 电时 此引脚接备用电源VDD 以保持RAM数据不丢失 当BVCC低于规定的值时 而VPD在其规定的电压范围内时 VPD就向内部数据存储器日工备用电源 ALE PROG 30引脚 当8031访问外部存储器时 包括数据存储器和程序存储 器 ALE9地址锁存允许0输入的脉冲的下沿用语锁存16位地址的低8位 在不访问外 部存储器的时候 ALE仍有两个周期的正脉冲输出 其频率为振荡器的频率的1 6 在访问外存储器的是候 在两个周期中 ALE只出现一次 ALE断可驱动8个LSTTL 负载 对于有片内EPROM的而言 在EPROM编程期间 此脚用于输入编程脉冲 PROG PSEN 29引脚 此脚输出为 单片机内访问外部程序存储器的读选通信号 在 读取外部指令期间 PSEN有两次在每个周期有效 在此期间 每当访问外部存储 器时 两个有效的PSEN将不再出现 同样这个引脚可驱动8个LSTTL负载 EA VPP 31引脚 当EA保持高电平时 单片机访问内部存储器 当PC值超过 0FFFH时 将自动转向片外存储器 当EA非保持低电平时 则只访问外部程序存储 器 对8031而言 此脚必须接地 P0 P1 P2 P3 8031有四个并行口 在这四个并行口中 可以在任何一个输 出数据 又可以从它们那得到数据 故它们都是双向的 每一个I O口内部都有一个 河南机电高等专科学校毕业论文 11 8位数据输出锁存器和一个8位数据输入缓冲器 各成为SFR中的一个 因此CPU数 据从并行I O口输出时可以得到锁存 数据输入时可以得到缓冲 但他们在功能和用 途上的差异很大 P0和P2口内部均有个受控制器控制的二选一选择电路 故它们除 可以用做通用I O口以外还具有特殊的功能 P0口通常用做通用I O口为CPU传送数 据 P2口除了可以用做通用口以外 还具有第一功能 除P0口以外其余三个都是准 双向口 8031有一个全双工串行口 这个串行口既可以在程序下把CPU的8位并行数据变 成串行数据一位一位的从发送数据线发送出去 也可以 把串行数据接受来变成并行 数据给CPU 而且这种串行发送和接收可以单独进行也可以同时进行 8031的串行发送和接收利用了P3口的第二功能 利用P3 1做串行数据接收线 串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器SCON 电源及波特率选择寄存器 PCON和串行缓冲寄存器SBUF 他们都属于SFR PCON和SCON用于设置串行口工 作方式和确定数据发送和接收 SBUF用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用 二 8031的工作方式 8031的工作方式可以分做复位 掉电和低功耗方式等 一 复位方式 河南机电高等专科学校毕业论文 12 单片机复位后 程序计数器PC和SFR的状态 复位后 PC初始话为0000H 使 单片机能从0000H开始执行程序 故单片机除正常工作的程序运行出错或操作出错 而导致死机时 需要复位键进行重新启动 复位不影响RAM存放的内容 因为复位 操作是在带电的状态下将程序存储器的地址改变 而ALE和PSEN非在复位期间将输 出高电平 RST是复位信号的输入端 RST输入一个有效的高电平旧能使系统复位 当高 电平持续24个振荡脉冲周期的时候 单片机完成了复位的操作 假如晶振的频率为 6MHZ 则复位信号的持续时间不应小于4us 复位可以是上电复位 按键手动复位 和二者混合式 复位信号中的电阻和电 容是为了保证RST断能保证两个机器周期以上的高电平来完成复位操作而特意设定 的 上电自动复位是在单片机接通电源时 电容充电来实现的 如图3 2 图 3 2 上电复位 在上电的一瞬间 RST端电位与VCC相同 随着充电电流的减小 RST的电位 逐渐下降 只要在RST端有很足够长的时间保证阀值电压 8031便可以自动进行复 位 按键手动复位实际上是在上电复位基础上加上了手动复位开关 当手动开关开 时为上电复位 按键手动复位分作电平式和脉冲式 电平式为RST端经电阻与VCC 接通而实现的 脉冲式是利用微分电路产生正脉冲来实现的 二 掉电和低功耗方式 人们往往在程序运行中发生系统掉电的故障 使RAM和寄存器中的数据内容丢 河南机电高等专科学校毕业论文 13 失 使人们丢失珍贵的数据而束手无策 8031有掉电保护功能 是先把有用的数据 保存 再用备用电源进行供电 3 2 输入电路设计 在自动存包柜的设计中输入部分是十分重要的一个环节 在这里我 们需要检测门的限位 检测箱内是否有物体 还的相应的打印密码 并 在顾客需要的时候检测密码 并自动打开柜门 还需要显示是否有空箱 以及空箱的位置 来为顾客提供选择 3 2 1 条码技术介绍 条形码是由美国的N T Woodland在1949年首先提出的 近年来 随着计算 机应用的不断普及 条形码的应用得到了很大的发展 条形码可以标出商品的生产 国 制造厂家 商品名称 生产日期 图书分类号 邮件起止地点 类别 日期等 信息 因而在商品流通 图书管理 邮电管理 银行系统等许多领域都得到了广泛 的应用 条形码是由宽度不同 反射率不同的条和空 按照一定的编码规则 码制 编 制成的 用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符 即条形码是一组粗细不 同 按照一定的规则安排间距的平行线条图形 常见的条形码是由反射率相差很大 的黑条 简称条 和白条 简称空 组成的 如图3 3 图 3 3 常见的条码 3 2 1 1 条形码的识别原理 由于不同颜色的物体 其反射的可见光的波长不同 白色物体能反射各种波长 的可见光 黑色物体则吸收各种波长的可见光 所以当条形码扫描器光源发出的光 经光阑及凸透镜 后 照射到黑白相间的条形码上时 反射光经凸透镜 聚焦后 河南机电高等专科学校毕业论文 14 照射到光电转换器上 于是光电转换器接收到与白条和黑条相应的强弱不同的反射 光信号 并转换成相应的电信号输出到放大整形电路 白条 黑条的宽度不同 相 应的电信号持续时间长短也不同 但是 由光电转换器输出的与条形码的条和空相 应的电信号一般仅 10 左右 不能直接使用 因而先要将光电转换器输出的电信 号送放大器放大 放大后的电信号仍然是一个模拟电信号 为了避免由条形码中的 疵点和污点导致错误信号 在放大电路后需加一整形电路 把模拟信号转换成数字 电信号 以便计算机系统能准确判读 整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字 字符信息 它通过识别起始 终止字符来判别出条形码符号的码制及扫描方向 通 过测量脉冲数字电信号 0 1 的数目来判别出条和空的数目 通过测量 0 1 信号持 续的时间来判别条和空的宽度 这样便得到了被辩读的条形码符号的条和空的数目 及相应的宽度和所用码制 根据码制所对应的编码规则 便可将条形符号换成相应 的数字 字符信息 通过接口电路送给计算机系统进行数据处理与管理 便完成了 条形码辨读的全过程 3 2 1 2 条码识读系统 条码符号是图形化的编码符号 对条码符号的识读就是要借助一定的专用设备 将条码符号中含有的编码信息转换成计算机可以识别的数字信息 条码识读系统是 由扫描系统 信号整形 译码三部分组成 如图3 4 图 3 4 条码识读系统 在这里我们使用CLV 414型条码检测仪 它的工作参数如下 扫描方式 单线式 可选光栅式 顶部或侧面阅读 光源头 激光二极管 670nm红光 河南机电高等专科学校毕业论文 15 阅读频率 200 800 Hz 识读能力 每一扫描线上可有1 3个条码 每个阅读周期可读1 10个条码 每线 及每周期可辨别3种码制 工作电压 4 5 30 V 功率约2 5W 3 2 1 3 条码印制 条码是一种传递信息的特殊图形 它的固有特性决定了印制条码与其他产品不 同 条码符号必须符合国家条码标准中对光学 尺寸精度的要求才能顺利地在条码 阅读器上正确的扫描识读 因此条码印制技术已经成为了条码结束的重要组成部分 通常我们把用于直接印制条符号的物体叫符号载体 常用的符号载体有普通白纸 不干胶标签纸等 不同的用处对符号载体的性能要求也不同 归纳起来主要有以下 几点 1 符号载体要有一定的强度 以保证在一定的受力条件下 或者接触扫描的时 候不至于破碎和发生明显的变形 2 符号载体要有稳定的物理性能 在一定的温度和压力下 物理形态不发生变 化 3 符号载体要有一定的几何尺寸和形状 印制条码的表面应为光滑表面 能适 合光电扫描器的扫描 4 符号载体要有一定的涂料附着能力 并要求快速干燥 5 符号载体要有一定的光学特性 当直接利用符号载体的表面做条码的空 或 条 的时候 要保证与涂料印制的条或空行形成一定的光学对比度 条码打印的常用设备有点阵 激光 热敏即喷墨打印设备等 在这里我们选用 热敏式打印机Zebra 105SL来打印条码 该打印机具有32为微处理器 配以简单易用 的APLII编程语言 可以做到一边打印一边排版 可以在很短的时间内打印出标签 他的分辨率是 解析度 203dpi 8点 mm 300dpi 12点 mm 最大列印宽度 104mm最快列印速度 203MM 秒 203dpi 152MM 秒 300dpi 非常适合用于存 包柜条码的印制 打印机与8031的连接如图3 5 河南机电高等专科学校毕业论文 16 图 3 5 打印机与 8031 接口 3 2 2 光电开关介绍 光电开关是传感器大家族中的成员 它把发射端和接收端之间光的强弱变化转 化为电流的变化以达到探测的目的 由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的 即电缘绝 所以它可以在许多场合得到应用 3 2 2 1 光电开关的工作原理 光电开关 光电传感器 是光电接近开关的简称 它是利用被检测物对光束的 遮挡或反射 由同步回路选通电路 从而检测物体有无的 物体不限于金属 所有 能反射光线的物体均可被检测 光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出 接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测 工作原理如图3 3 1 中图1所示 多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型 图2中是德国 SICK公司的部分光电开关的外型图3 6 河南机电高等专科学校毕业论文 17 图 3 6 部分光电开关外形 3 2 2 2 光电开关的分类 漫反射式光电开关 它是一种集发射器和接收器于一体的传感器 当有被检 测物体经过时 物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器 于是光 电开关就产生了开关信号 当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时 漫反射式 的光电开关是首选的检测模式 镜反射式光电开关 它亦集发射器与接收器于一体 光电开关发射器发出的 光线经过反射镜反射回接收器 当被检测物体经过且完全阻断光线时 光电开关就 产生了检测开关信号 对射式光电开关 它包含了在结构上相互分离且光收器 发射器发出的光线 直接进入接收器 当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时 光电开关 就产生了开关信号 当检测物体为不透明时 对射式光电开关是最可靠的检测装置 槽式光电开关 它通常采用标准的U字型结构 其发射器和接收器分别位于U 型槽的两边 并形成一光轴 当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时 光电开关就 河南机电高等专科学校毕业论文 18 产生了开关量信号 槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体 并且它能分辨透 明与半透明物体 使用安全可靠 光纤式光电开关 它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线 可以对距离远 的被检测物体进行检测 通常光纤传感器分为对射式和漫反射式 它们的工作光线示意图如图3 7所示 图 3 7 各种光电开关的示意图 3 2 2 3 光电开关的使用注意事项 红外线传感器属漫反射型的产品 所采用的标准检测体为平面的白色画纸 红外线光电开关在环境照度高的情况下都能稳定工作 但原则上应回避将传 感器光轴正对太阳光等强光源 对射式光电开关最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80 当使用感性负载 如灯 电动机等 时 其瞬态冲击电流较大 可能劣化或 损坏交流二线的光电开关 在这种情况下 请将负载经过交流继电器来转换使用 红外线光电开关的透镜可用擦镜纸擦拭 禁用稀释溶剂等化学品 以免永久 损坏塑料镜 针对用户的现场实际要求 在一些较为恶劣的条件下 如灰尘较多的场合 所生产的光电开关在灵敏度的选择上增加了50 以适应在长期使用中延长光电开 关维护周期的要求 产品均为SMD工艺生产制造 并经严格的测试合格后才出厂 在一般情况下 使轴相对放置的发射器和接用均不会出现损坏 为了避免意外性发生 请用户在接 通电源前检查接线是否正确 核定电压是否为额定值 这本设计中我们需要对存包柜中进行检测 并且实时显示无物的箱号 顾客门 没有关靠的时候发出报警 所以我们选用漫反射式光电开关 我们选取FR12 40型 它的工作参数如下 1 工作电压 5 12V 2 动态工作电流 5 20mA 河南机电高等专科学校毕业论文 19 3 最大输出电流10mA 4 12V供电时有效控制距离最大为3 5米 5 外型尺寸 21x68x37mm 3 2 3 限位开关介绍 限位开关可以根据运动部件的位置来切换电路 工作时由挡块和限位开关的轮 子或触杆相撞使限位开关的触点接通或断开 常用于控制运动部件的方向 行程长 短 位置 还可以用来检测开关物体是否闭合 我们使用LJ DFJ型限位开关 它的 特点是 1 单棒式探头 工作稳定 感度好 2 不受测定物性质的影响 安装后无须调整 即可稳定投入使用 3 采用压电元件内置于棒体和厚管壁的不锈钢管的探头 消振管仅9mm长 同 类比为最短 抗重荷 安全可靠 寿命长 4 依据所测定对象不同 可调整测定感度 高 中 低 5 使用15A大容量接点继电器开关 可直接实行对电机控制 3 2 4 输入电路连接 由于输入电路很多 每一组都有一个控制端 所以在这里我们使用74LS244来 进行扩展 74LS244是三态输出的八缓冲器 由2组 每组四路输入 输出构成 每 组有一个控制端 由控制端的高或低电平决定该组数据被接通还是断开 功能表如 下表所示 输 入输 出 GAY 河南机电高等专科学校毕业论文 20 H 高电平 L 低电平 X 任意 Z 高阻 表 3 2 74LS244 功能表 将1 2通过或门接到单片机的输出口上 1A1 1A4 2A1 A4接到光电传 GG 感器上 1Y1 1Y4 2Y1 2Y4接到8031的输入端 光电传感器输入信号接线图和 限位开关输入信号的接线图分别如图3 10 图3 11所示 LLL LHH HXX 河南机电高等专科学校毕业论文 21 图 3 10 光电传感器与 7LS244 接口电路 图 3 11 限位开关与 7LS244 接口电路 3 2 5 键盘设计 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据 传输命令等功能 是人工 干预单片机的主要手段 键盘实际是一组按键开关的集合 通常 键盘所用的开关 为机械弹性开关 均利用了机械触点的合 断作用 键盘的闭合与否 反映在行线输出电压上就是呈现出高电平或低电平 如果高 电平表示断开的话 那么低电平就表示键闭合 所以通过对行线电平的高低状态的 检测 便可以确认按键按下与否 常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口 我们在这里选用矩阵 河南机电高等专科学校毕业论文 22 式键盘接口 矩阵式键盘结构如图3 12 矩阵式键盘工作原理 按键设置在行 列线交点上 行列线分别连接到按键开 关的两端 行线通过上拉电阻接到 5V电源上 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 则行线电平也为 高电平 这是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在 由于矩阵键盘中行 列线 为多键共用 各按键均影响该键所在行和列的电平 因此各按键彼此将互相发生影 响 所以必须将行 列线信号配合起来并作适当的处理 才能确定闭合键的位置 图 3 12 矩阵式键盘结构 3 3 芯片使用 在这里我们使用了外部地址锁存器74LS373程序存储器27128静态数据存储器 6116 扩展芯片8255A 下面来详细的介绍这几个器件 3 3 1 外部地址锁存器介绍 MCS 51单片机由于受引脚数的限制 数据线和地址线是复用的 由P0口兼用 为了将它们分离出来 以便同单片机片外的扩展芯片正确的连接 需要在单片机外 部增加地址锁存器 我们这本设计中使用74LS373 74LS373是一种带有三态门的8D 锁存器 其引脚如图3 13所示 河南机电高等专科学校毕业论文 23 图 3 13 锁存器 74LS373 的引脚 其引脚的功能如下 D7 D0 8位数据输入线 Q7 Q0 8位数据输出线 G 数据输入锁存选通信号 高电平有效 当该信号为高电平的时候 外部数 据选通到内部锁存器 负跳变时 数据锁存到锁存器中 数据输出允许信号 低电平有效 当该信号为低电平的时候 三态门打 OE 开 锁存器中数据输出到数据输出线 当该信号为高电平的时候 输出线为高阻态 74LS373的功能表见下表 OEGDQ 0111 0100 河南机电高等专科学校毕业论文 24 00 不变 1 高阻态 表 3 3 74LS373 的功能 3 3 2 程序存储器 EPROM 的扩展介绍 程序存储器一般采用只读存储器 因为这种存储器在电源关断后 仍能保存程 序 我们称此特性为非易失性的 在系统上电后 CPU 可以取出这些指令予以重新 执行 只读存储器简称为 ROM Read Only Memory ROM 总的信息一旦被写入 之后 就不能随意更改 特别是不能在程序运行的过程中写入新的内容 故称之为 只读存储器 向 ROM 中写入信息叫做 ROM 编程 根据编程的方式不同 ROM 分 为以下几种 掩模 ROM 可编程 ROM EPROM E2PROM Flash ROM 程序存 储器扩展可以根据需要使用上述的各种只读存储器的芯片 在这里我们使用 27128EPROM 芯片 型号名称 27 后面的数字表示其位存储器容量的大小 如果 换成字节容量只需要将该数字除以 8 就可以了 27128 的芯片引脚图如图 3 14 图 3 14 27128 芯片引脚图 河南机电高等专科学校毕业论文 25 它的各引脚功能如下 A13 A0 地址线引脚 D7 D0 数据引脚 片选输入端 CE 输出允许控制端 OE 编程时 加编程脉冲的输入端 PGM VPP 编程时编程电压 12V或 25V 输入端 VCC 5V 芯片的工作电压 GND 数字地 NC 无用端 27128芯片的工作方式 27128一般都有5种工作