自动售货机的电气控制系统毕业论文

1、毕业设计（论文）（说 明 书）题 目：自动售货机的电气控制系统姓 名： 董俊英编号：平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计 （论文） 任 务书姓名 董俊英 专业 机电一体化 任 务 下 达 日 期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）完成日期年月日设计（论文）题目：自动售货机的电气控制系统A·编制设计B·设计专题（毕业论文）指 导教师鲁佳 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 系 机电一体化专业，学生 董俊英 于年月日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目：自动售货机的电气控制系统专题（论文）

2、题目：指导老师： 鲁佳 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第页共页学生姓名： 董俊英 专业 机电一体化 年级 09 毕业设计（论文）题目：自动售货机的电气控制系统 评阅 人：指导教师： （签字） 年 月 日成 绩：系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语：自动售货机的电气控制系统摘 要提出并实现一套通过单片机控制步进电机的自动售货系统。其主要目的是为

3、当前的自动售货机系统提出一种可行的改进方案，扩展其功能，系统主要是由三部分组成：步进电机、51单片机、以及中间的接口电路，可以使自动售货机的功能更加完善，更加有利于自动售货机的多样化发展。关键词：驱动电路，单片机，步进电机,AbstractProposed and implemented a system based on single-chip microcomputer control the step motor vending system. Its main purpose is for the current vending machine system puts forward

4、a feasible improvement scheme, to expand its function, system is mainly composed of three parts: the step motor, 51 single-chip microcomputer, and in the middle of the interface circuitry, can make the vending machine function to be more perfect, more beneficial to the vending machine diversificatio

5、n development.Key words: Driving circuit, Single-chip microcomputer, Stepping motor, OCS目录引言4第一章自动售货机发展现状51.1 发达国家现状51.2 国内现状5第二章自动售货机的构成及工作要求72.1 自动售货机的结构及组成72.2 自动售货机的工作要求9第三章自动售货机的单片机控制10第四章自动售货机系统硬件设计114.1 复位电路124.2 74LS373134.3 单片机引脚介绍144.4 驱动电路的选择16第五章执行装置的选择及其原理195.1 电机的选择195.2 步进电机的工作原理205.3

6、 步进电机控制的输出字表21第六章单片机与步进电机的接口电路设计236.1 芯片引脚及其内部说明236.2 8255的操作方式246.2.1 读/写控制逻辑操作选择246.2.2 8255的三种工作方式256.2.3 编程控制字256.2.4 8051与8255的接口方法26第七章自动售货机软件设计28参考文献31致谢32引 言 随着经济发展，传统的固定地点人员售货方式暴露出许多弊端：人力资源需求大；受所需服务地点，地理条件的限制；而且在服务时间上不能最大限度的服务于消费者。自动售货机的出现解决了这些难题。品种繁多，对生活的覆盖面广，自动售货，效率高，可 24 小时不间断运营；选址容易，且方便

7、改换场地；适合全职经营，也可兼职（副业）经营；作为广告载体，可赚高额外块。投资风险低，收益高。工作人员唯一所需要做的就是添加商品取走货币。如此多的优点使得自动售货机在世界范围内得到广泛的应用。 本次设计做的是一种功能增强的自动售货机，同现在通用的自动售货机，它增加了一些找零，显示余额，报警等功能，使之功能更为强大，本文着重介绍的是用单片机控制步进电机，通过各种方案比较得出的一个较优方案。第一章 自动售货机发展现状1.1 发达国家现状日本：各种自动售货机保有量超过 600 万台，平均 20 人一台，世界普及率第一。 1990 年通过自动售货机实现的销售额即已达到 5 兆日元。美国：总的机器保有量

8、大致和日本相当， 2000 年通过自动售货机实现的销售额达到 250 亿美元，其中 OCS（office Coffee Service）的销售额排第六位。 韩国：自动售货机的使用历史要远短于其它发达国家，仅有 25 年，但据 2001 年的统计，总保有量已超过 80 万台。在 2001 年韩国生产的自动售货机中 OCS 占 32.7% ，排第一位，咖啡自动售货机占 18.1% ，排第三位，仅次于 18.6% 的充电自动售货机。瓶罐饮料自动售货机和复合型自动售货机（同机销售瓶罐饮料和热咖啡）都仅占 8.6% ，并列第四位。1.2国内现状保有量约 2 万台，且品种单一，主要以瓶饮料售货机为主，技术

9、质量还未完全过关，生产和运营成本较高，收益也不高。导致此现状的主要原因是中国有关的自动售货机企业未能有效解决成本，质量，运营等诸多问题。但由于随中国经济的快速发展和社会的巨大进步，自动售货机的实际需求已相当大。过去的步进电机控制系统组成如图1-1所示：图1-1步进电机控制系统框图其工作原理是：时钟脉冲产生电路给环形分配器提供输入脉冲，环形分配器将输入时钟脉冲信号转换A，B，C三相绕组所需的顺序控制信号，经各自的功率放大电路放大后，加到电机的三相绕组上，驱动电机转动，每输入一个时钟脉冲，步进电机就前进一步，时钟脉冲产生电路一般由多谐振荡器有“自动”和“手动”两种工作状态环形分配器一般选用中规模集

10、成电路CH 250（步进电机专用的环形脉冲分配器），也可以用中，小规模数字集成电路组成，还可以用GAL器件组成。所设计的环形分配器电路具备“自启动”功能，即当环形分配器输出在全“0”或全“1”。第二章自动售货机的构成及工作要求一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币的检查装置、计算金额的

11、计算装置和找钱装置组成。该自动售货机采用双螺旋体出货机构（见图2-1所示）主要由驱动电机、减速器、螺旋体挂轮、螺旋体、货道等组成。左、右两个螺旋体通过一对齿轮啮合，图! 中左螺旋体逆时针旋转，同时右螺旋体顺时针旋转。当螺旋体每个螺距间隔内放满货物后，螺旋体旋转一圈，即可推出一个货物。由于采用双螺旋体向上（相对于两螺旋体靠近点）旋转，对货物的作用力，除了向前的推力外，还有向上和向货道两侧的分力，保证了出货的可靠性。特别是对液体软包装货物而言，不易发生“卡货”故障。图2-1双螺旋体出货机构图当消费者选择所需商品投币后，单片机系统首先对货币进行识别，确认有效后，对所选商品所在的货道发出出货指令，驱动

12、相应货道的驱动电机旋转一圈，完成出货动作。同时，将所售商品、数量、金额、消费时间、售货机编号等销售数据加以记录与储存，以便对自动售货机存货状态实时监控。2.1 自动售货机的结构及组成1 双螺旋体出货机构双螺旋体出货机构的结构设计，主要是根据所售商品合理选择螺旋体的材料、钢丝直径、螺旋体直径和螺距，具体设计、计算方法可参考有关设计手册中弹簧的设计。需要注意的是，螺旋体与弹簧的要求不同，螺旋体不要求弹簧的力学指标，但对几何形状、尺寸及其稳定性要求较高，否则将影响出货的可靠性。对此，在螺旋体的加工过程中，特别是对螺旋体的热处理方法、工艺，应该给予足够重视。建议采用冷卷法加工成型后，250摄氏度到30

13、0摄氏度低温回火。回火时最好采用专用工装或注意螺旋体的摆放。2. 加热（制冷）装置及控制该部分统称为温度控制装置。加热元件选用了管状电加热棒，绝缘可靠，安全性好。同时，降低使用电压为额定电压的1/2,每根加热管仅承受额定功率的1/4，不但降低了加热管的表面温度，还提高了使用寿命，加热功率为550W。制冷部分采用全封闭式压缩机，冷凝器、蒸发器、压缩机采用风扇强制换热方式，制冷功率600W。加热、制冷采用同一个风道、风扇及温控器，加热、制冷的切换由一个单刀双掷开关完成。3.读写器读写器由单片机、专用智能读写模块和感应天线组成，并配有与PC的通讯接口、打印口、I/O口等接口。该模块适用于标准读写器（

14、只需进行电平转换即可直接连接到PC机RS232口）、自动售货机、收费POS机、门禁器、考勤机及其他各种收费系统设备应用开发中。4电气控制系统该控制系统借鉴分布式并行计算系统的设计思想，分3个模块独立开发，包括主控模块、用户管理模块、执行电机控制模块。整个控制系统组成1个小型的分布式网络。使用IIC串行通讯协议互相通讯。5用户管理模块该模块主要实现用户输入数据的采集和前期处理，接受用户的按键选择商品。可扩充的输入方式有硬币器和纸币器的输入，输出方式为数码管和蜂鸣器输出，或者液晶屏输出。6执行电机控制模块该模块主要实现对主控命令的检测、分析、应答，从而确定执行电机的矩阵位置，并启动相应的电机，驱动

15、双螺旋出货机构，完成自动售货。7. 电气控制系统的硬件结构（见图2-2）图2-2电气控制系统的硬件结构图2.2 自动售货机的工作要求1、 自动售货机能销售五种商品：A，B，C，D，E 假设每种商品数量无限。2、 自动售货机允许投入1元、2元、5元硬币：若总币值等于顾客需要的商品单价时，机器送出需要的商品；若总币值大于顾客需要的商品单价时，机器除提供所需商品外，显示余额等待继续输入或者找回余额;若总币值小于顾客需要的商品单价时，报警显示总额，机器提示“余额不足”等待继续输入或者取消交易。机器内1元和2元的找零硬币无限。3、 如果投入的硬币达到或大于所要购买商品的价格，就不必再投入硬币了，自动售货

16、机会发出一个指示信号使接受硬币的装置不再接收新的硬币。4、 每次投币时间有限制，设定每次投币时间不超过30秒，在时间到时，总币值不足顾客购买的商品单价时，自动售货机按钱数不足处理，退还全部硬币。或者在设定时间内，总投币值不足顾客购买的商品单价时，若需要取消交易则可按取消键，售货机按不足钱数处理，退还全部硬币。5、 当顾客完成一次购买后或按错按钮后，显示余额等待继续输入或者找回余额;6、 顾客一次只能购买一种商品的一个，若需要更多商品，需要重复操作。第三章自动售货机的单片机控制 采用单片机控制，主要取代脉冲分配器，而给步进电机提供电源的驱动电路必不可省，同时用单片机可以实现对步进电机的走步数，转

17、向以及速度控制等。步进电机控制，用单片机同时控制x轴和y轴两台三相步进电机，控制接口如图3-1所示。此接口电路可选用可编程并行接口芯片8255，8255的PA口的PA0，PA1，PA2，控制x轴的三相步进电机，8255的PB0，PB1，PB2控制y轴三相步进电机。只要确定了步进电机的工作方式，就可以控制各相绕组的通电顺序，实现步进电机正转或者反转。图3-1两台步进电机控制接口示意图第四章 自动售货机系统硬件设计 自动售货机系统以8051单片机为中心，需要一系列如电源电路、复位电路、振荡电路保证其工作。先通过键盘采集消费者所需商品信息，然后以电信号的形式传给单片机。经过运算分析处理后单片机一边将

18、数据传给数码管进行显示，一边通过8255控制电机的转动，从而推出顾客所需商品，达到售货目的。另外，余额不足时可以通过LED报警。当受到外界撞击时，由传感器接收信号转换为电信号，直接启动报警装置。系统设计分为三部分：即单片机信息检测以及显示部分，步进电机控制部分，遇到外界撞击报警部分图4-1 系统设计框图第二部分，是在接受到单片机传送来的商品信息后，通过控制A步进电机的转动的方向以及圈数来选择商品然后通过步进电机B来推动商品。即A电机控制X方向选择B电机控制Y方向的推动。如图4-2所示 图4-2步进电机的控制如 ：若要推动商品E需要先转动步进电机向右3个单位，然后步进电机A推动商品，推动结束后，

19、步进电机A向左移动三个单位，返回原来的位置，等待下次的推动，则依次推动结束。同样推动商品B需要先左移动一个单位，然后步进电机A工作。其他都是同样的工作原理。4.1 复位电路在每个用户使用单片机之前，我们都得使单片机复位，使中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，以消除上一个用户的操作对本次用户操作运行的影响。51的RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。例如：若MCS-51单片机的时钟频率为12MHz，则复位脉冲宽度至少应为2us。通常，8051的复位有自动上电复位和人工按纽复位两种，图六、图七分别显示出了它们的电路图4-3自动上电

20、复位电路 图4-4 人工按钮复位电路自动上电复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。 人工按钮复位的工作原理是：按钮按下后，电容两端被短路，RST端电压上为高电平，单片机进入复位状态，按钮断开后，电源通过电阻R1对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。 本次单片机采用自动上电复位电路。4.2 74LS37374LS373 是一种带输出三态门的8D锁存器。1D8D为8个输入端，1Q8Q为8个输出端。G为数据锁存控制端：当G为

21、“1” 时锁存器输出端同输入端：当G由“1”变“0”时，数据输入锁存器中为输出允许端：当为“0”时，三态门打开：当为“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。在51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其连接方法为：输出端1D8D接至单片机的PO口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信ALE。输出允许端接地，表示输出三态门一直打开。图4-5 74LS373引脚图4LS373 的工作方式如表4.1表4.1 4LS373的工作方式DnLEOnHHLHLHLLXLLQoXXHZ*H = 高电平L = 低电平Z = 高阻抗X = 无4.3 单片机引脚介绍本次设计采用89

22、C51单片机，其引脚如图4-6所示图4-6 89C51单片机引脚8051单片机是40引脚双列直插式的芯片，由左到右按U字形依次编号，则20引脚接地，40引脚接Vcc高电频。18引脚为单片机P1口的8根引脚，1017引脚为单片机P3口的8根引脚，2128引脚为单片机P2口的8根引脚，3239引脚为单片机P3口的8根引脚，这三个口是单片机的基本输入输出口。其中P0口在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。P1口可作为准双向I/O口使用。P2口一般可以用作准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I

23、/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址线。P3口处作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入或第二功能。P3口的第二功能定义如表4.2：表4.2 P3口的第二功能定义引脚第二功能P3.0RXD串行口输入端P3.1TXD串行口输出端P3.2INT0外部终端0请求输入端,低电平有效P3.3INT1外部终端1请求输入端,低电平有效P3.4T0定时器/计数器0技术脉冲输入端P3.5T1定时器/计数器1技术脉冲输入端P3.6WR外部数据存储器写选通信号输入端,低电平有效P3.7RD外部数据存储器写选通信号输出端,低电平有效9引

24、脚（RST）是单片机的复位信号线。上电复位和手动复位，当该引脚上持续两个机器周期的高电平后，就可以实现复位操作，使单片机回复到初始状态。18引脚是单片机的XTAL2端口，接外部晶振的另一端。在单片机内部，它是片内振荡器的反向放大器的输出端。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单片机，该引脚悬空不接。19引脚是单片机的XTAL1端口，接外部晶振的一端。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。29引脚（PSEN）是单片

25、机的片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。每个机器周期该信号有两次有效，低电平有效的时候，单片机通过数据总线从P0口读取指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不会出现。30引脚（ALE/PROG）是单片机的地址锁存有效信号输出端。在接片外程序存储器的时候，单片机的ALE端和锁存器的CE端，用来选中该芯片。31引脚（EA）为单片机片外程序存储器选用端。该引脚低电平有效时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。4.4 驱动电路的选择方案一 使用功率场效应管的单电压功放电路单电压功率放大电路是步进电机控制中最简单的一种驱动电路，图十一是一相绕组驱动电路的

26、原理图（其他各相绕组的驱动电路与此相同）。图中，T是功率场效应管，L1是步进电机一相绕组电感，RD为场效应管的漏极限流电阻，D为续流二极管，为绕组提供放电回路，工作原理是：当环形分配器输出的信号v01为高电平时，T为 饱和导通，绕组L1中产生电流v01为低电平时，T截至，L1中的电流消失。所以场效应管工作在开关状态。功放电路的负载是电机绕组，属于感性负载，当功放管T从饱和变截至时，由于绕组中的电流不会改变，从而会在绕组中产生一个很强的反电势，这个反电势和电源Vcc一起 叠加在功放管T的漏极上，很容易将功放管击穿，故将二极管D接在T的漏极D和电源Vcc之间，使得T在截至瞬间，电机绕组产生的反电势

27、能通过续流二极管D泻放，从而保护功放管不受损害。同时，功放管应该选用反向耐压高的管子。IRF640 是VMOS功率场效应晶体管，它的典型参数是：Vds=200v，Rds（on）=0.18欧姆，Id=18A，作为普通电机的功放管是非常理想的。方案二使用集成功率放大开关器件构成的斩波型功放电路集成功率电子开关TWH8751 可直接由TTL，CMOS等数字电路直接驱动，该器件开关速度快，工作频率高（可以达到1.5MHZ），控制功率比较大，内部开关管反向击穿电压为100v，加上散热器后，通过的灌电流可以达到3A，其输出管采用集电极开路方式，可以根据负载的要求选择合适的电源电压，片内还没有热减流保护电路

28、。TWH8751的引脚如图4-7所示，图4-7 TWH8751引脚图Vi,Vo分别为信号的输入端和输出端，V+为正电源的输入端，GND为接地端，St为 选通控制端，该器件为数字逻辑开关，不是模拟开关。当Sr为高电平“1”（大于1.6V）时，不论Vi端的电平为多少 其输出级的达林顿管总是截至。当St端为低电平（不超过1.2V）时，输出V0受Vi的控制，当Vi为高电平输出级的达林顿管截止：当Vi为高电平“1”时应加限流电阻Rs，因片内电源与地之间设有一个6.8V的稳压管，Rs 的值可以按照 进行估算。由于输出级的达林顿管的反向击穿电压可以达到100V，所以输出级可以不与V+共电源，而是根据需要加8

29、0V100V的高压于负载上。图4-8斩波型功放电路图4-8中只给出了驱动A相绕组的功放电路，B，C相的驱动电路与之相同，该电路的工作原理是 ：环形分配器的输出信号A送到TWH8751的输入端Vi ，NE555振荡器产生频率较高的载频脉冲信号 ，送到选通控制端St ，因此，TWH8751 处于高频开关斩波工作状态，其输出端Vo为间歇脉冲序列，故称为斩波型驱动电路，各点的波型如图4-9所示图4-9 A相波型绕组中电流il的大小与电流Vcc和高频脉冲序列的脉宽Ton有关，当Vcc较大的时候，I 较大，当Ton较宽的时候i会增大。载频脉冲频率fc的选取是比较重要的。当fc比较小的时候，电机会发出很大的

30、噪声，一般选取fc=15MHZ为适宜的。比较 斩波功放电路与普通单电压功放电路相比较，前者的工作效率可以提高百分之三十 左右 ，力矩可以提高百分之十到百分之二十五左右。效率提高也非常显著。在输出功率相同的条件下，斩波电路的输入功率大约为单电压功放电路输入功率的一半。因此采用方案二。第五章 执行装置的选择及其原理5.1 电机的选择方案一 采用步进电动机控制。步进电动机的精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，采用单片机控制步进电动机，控制信号为熟悉信号，不再需要数/摸转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时，控制起

31、来也十分方便，很容易构成数字位置控制系统。但步进电动机的控制系统相对复杂，价格比直流电动机高。方案二 采用直流电动机控制。直流电动机精度较低，不易实现精确的位置控制。用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电动机的步数和旋转方向，可以考虑达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速，减小因惯性、速度和步距角过大而引起的调整误差。其控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制时间，将难以控制其精确位置，系统稳定性也比较差。但使用方便，价格便宜。但是本次设计是由单片机直接控制，步进电机可以直接接受的数字信号不需要数/模转换，具

32、有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时控制起来方便，在销售移动距离较小的商品的时候不会产生误差。步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常用步进电机作为驱动元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能。5.2 步进电机的工作原理图5-1 三相步进电机结构示意图步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是单极性的直

33、流电源。要使步进电机转动，就必须对步进电机的定子的各项绕组以适当的时序进行通电。步进电机的步进过程表示为，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极都只有一个齿，即磁极本身，故三相步进电机有三对磁极一共是6个齿；其转子有4个齿，分别称为.3齿直流电源U通过开关A，B，C，分别对步进电机的A，B，C，相绕组通电。初始状态时，开关A接通，则A相磁极和转子的0，2 号齿对齐，同时转子的1，3号齿和B，C相磁极形成错齿状态。当开关A断开，B接通，由于B相绕组和转子的1，3号齿之间的磁力线作用，使得转子的1，3号齿和B相磁极对齐，则转子的0，2号齿就和A，C， 相绕组形成错齿状态。此后，开关的B断开，C接通，由

34、于C相绕组和转子的0，2之间的磁力线的作用，使得转子0，2号齿和C相磁极相对齐，这时转子的1，3 号齿和A，B相绕组磁极产生错齿。当开关C断开，A接通后，由于A相绕组磁极和转子1，3号之间的磁力线的专用使转子1，3号齿和A相绕组磁极对齐，这时转子的0，2号齿和B，C 相绕组磁极产生错齿。很明显，这时转子转动了一个齿距角。如果对一相绕组的操作称为一拍，那么对A，B，C三相绕组的轮流通电需要三拍。对A，B，C，三相轮流通电一次成为一个周期。从上面分析看出，该三相步进电机转子转动一个齿距需要三拍操作。由于按ABCA相轮流通电，则磁场沿A，B，C方向转动了360度空间角，而这时转子沿ABC方向转动了一

35、个齿距的位置。在图一中，转子的齿数为4，故齿距角为90度，转动了一个齿距就是转动了90度本次设计采用的是三相步进电机型号是36BF003（属于三相步进电机），工作电压的标称值是27V相电流的标称值是1.5A，保持转矩是78Mn.m（豪牛顿。米），步距角为1.5度/3度，矩频特性:Pulse-torque Characteristics图5-2 36bf003矩频特性5.3 步进电机控制的输出字表选定由PA口的PA0，PA1，PA2，控制x轴的三相步进电机， PB0，PB1，PB2通过驱动电路控制y轴三相步进电机，并假设数据输出为“1”时，相应的绕组通电;当“0”时，相应的绕组断电。下面介绍三相

36、六拍控制方式确定步进电机的输出的控制字.当步进电机的相数和控制方式确定之后，PA0PA2 和PB0PB2输出变化规律就确定了。这种输出变化规律可以用输出字来描述。为了寻找，输出字以表的形式存放在计算机指定的存储区域，下表5.1给出了三相六拍的控制方式的输出字表。表5.1三相六拍的控制方式的输出字表X轴步进电机输出字表Y轴步进电机输出字表存储地址标号PA口输出字存储地址标号PB口输出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000011=03HADY200000011=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX40000011

37、0=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H显然，若要控制步进电机正转。则按ADX1ADX2。ADX6和ADY1ADY2。ADY6顺序向PA口和PB口送输出字即可：若要控制步进电机反转，则要按相反的顺序送输出字。第六章 单片机与步进电机的接口电路设计8255是单片机应用系统中广泛被采用的可编程外部I/O扩展芯片。它有3个8位并行I/O口，每个口有三种工作方式，6.1 芯片引脚及其内部说明8255芯片的引脚如图6-1所示，引脚信号如表6.1所示。表6.1 8255的引脚信

38、号说明引脚信号引脚号引脚名称和功能Vcc26电源的+5V端GND7电源的0端RESET35 复位信号输入端。使内部各寄存器清除，置A，B，C口为输入口36写信号输入端，使CPU输出的数据或者控制字到8255A5读信号输入端。使8255A输出数据或者状态信息到CPU6片选端A1，A08，9地址总线的最低2位。用于决定断口地址：如A1A0为00，是A口：A1A0 为01，是B口：A1A0为10，是C口：A1A0 是11，是控制字寄存器D7D02734双向数据总线PA7PA03740 14A口的8位I/O引脚PB7PB02518B口的8位I/O引脚PC7PC01013 1714C口的8位I/O引脚数

39、据总线缓冲器：是一个8位的双向三态驱动器，用于与单片机的数据总线相连。读/写控制逻辑：根据单片机的地址信息（A1 A0 ）与控制信息（RD WR RESET），控制片内的数据，CPU控制字，外设状态信息的传送。控制电路：根据CPU送来的控制字所管I/O 口按一定的方式工作。对C口甚至可按位实现置位或者复位。控制电路分为两组：A组控制电路控制A口及C口的高四位（PC7PC4），B组控制电路控制B口及C口的低四位（PC3PC0）。三个并行I/O端口：A口可编程为8位输入，或者8位输出，或者双向输出：B 口可编程为8位输入，或者8位输出，但是不可以双向传输；C口分为两个4位口，用于输入或者输出，也可

40、以用作A口，B口的状态控制信号。图6-1 8255引脚图6.2 8255的操作方式 读/写控制逻辑操作选择由单片机输出的地址A1，A0及控制信号，来选择口的操作状态。口的操作状态如表6.2所示表6.2 8255的口操作状态A1 A0 输入操作（读）0 0 0 1 0A口数据总线0 1 0 1 0B口数据总线1 0 0 1 0C口数据总线 输出操作（写）0 0 1 0 0数据总线A口0 1 1 1 0数据总线B口1 0 1 0 0数据总线C口1数据总线控制口 禁止操作1数据总线为三态1 1 0 1 0非法状态 0 1 0数据总线为三态8255的三种工作方式方式0（基本输入/输出方式）：这种工作方

41、式不需要任何选通信号。A口，B口及C口的两个4位口中任何一个端口都可以由程序设定为输入或者输出。作为输出口时，输出数据被锁存：作为输入口,输入数据不锁存。方式1( 选通输入/输出方式)：在这种工作方式下，A，B，C三个口分为两组。A组包括A口和C口的高四位，A口可由编程设定为输入口或者输出口，C口的高四位则是用来作为A口输入/输出操作的控制和同步信号：B组包括B口和C口的低四位，B口可由编程设定为输入口或者输出口，C口的低四位则是用来作为B口输入/输出操作的控制和同步信号。A口和B口的输入或者输出的数据都被锁存。方式2( 双向传送方式)在这种方式下，A口可以用于双向传送，C口的PC3PC74用

42、来作为输入/输出的控制同步信号。应该注意的是，只有A口允许用作双向传送，这时B口和PC0PC2则可编程为方式0或者方式1工作。 编程控制字8255A 的编程选择是通过对控制口输入控制字的方式实现的。控制字有方式选择控制字和C口置位/复位控制字。方式选择控制字：其格式如下表6.3所示：表6.3方式选择控制字D7D6D5D4D3D2D1D0 A组 B组控制字标志1=方式控制字方式选择 00=方式0 01=方式11*=方式2A口1=输入0=输出上C口1=输入0=输出方式选择00=方式0，01=方式1B口1=输入0=输出下C口1=输入0=输出C口置位/复位控制字：C口具有位操作功能，把一个置位/复位控

43、制字送入送入8255A的控制寄存器（控制口）就能把C口的某一位置1或者清0而不影响其他位的状态。C口置位/复位控制的格式与定义如表6.4所示。表6.4 C口置位/复位控制字D7D6D5D4D3D2D1D0控制字标志位选择置位0=位操作当不用的时候置为 000000011110011001101010101BIT0BIT1BIT2BIT3BIT4BIT5BIT6BIT76.2.4 8051与8255的接口方法51单片机与8255的接口逻辑简单，其接口电路为图十六所示，因为8255A芯片内部没有地址锁存能力，所以图6-2中8255A 的片选信号及口地址选择线A1，A0分别由8051的P0.7 和P

44、0.1 经由地址锁存器后提供。如果没有参入选址的地址的状态都看作“1 ”状态，则8255的A，B，C口及控制口地址为FF7CH，FF7DH，FF7EH，FF7FH。当然各口都有重复的地址，8255的复位端与8051的复位端相连，都接到8051的复位电路。 图6-2 8255与8051的连接图第七章 自动售货机软件设计软件设计的基本思路是：根据模块化设计的原则，做到相应任务的分时处理，使之具有并行计算的能力。功能上，利用硬件资源的合理冗余，实现积木式软件结构，做到纸币（硬币）支付模块、显示模块等。软件主要由主控程序、用户管理程序、执行控制程序、数据采集与处理程序等模块构成。由于自动售货机属于室外

45、、无人值守的控制系统，所以在软件设计中，主要考虑了系统软件的容错能力，采取了以下3种措施：一是超时管理的容错设计。在系统程序中，除了专门设置的循环等待程序外，对许多以时间为界的操作（如握手超时、键盘等待超时、执行电机运转超时等）设置了超时管理功能，在等待结束信号超过某一设定时间后，程序进入出错处理，使之报警，提示进入后续运行等。二是超界管理的容错设计。在系统运行过程中，软件对实际运行的参数（如金额、所售商品种类等）均进行必要的测试，一旦发现超出了预定值，则进行报警等操作。三是通讯容错设计。在系统实时通讯过程中，每次通讯均进行CRC校验，采用发送端连续H 次发送数据至接收端，并对3次发送的数据比较，3次数据不一致，则请求发送端重发数据，从而保证了通讯的高可靠性。图7-1 程序流程图注：程序设计PUSH APUSH 00HPUSH 01HPUSH 02HPUSH 03HPUSH 05HPUS