自動售貨機的電氣控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計 （論文） 任 務 書</p><p>　　專業(yè) 機電一體化 </p><p>　　任 務 下 達 日 期 年 月 日</p><p>　　設計（論文）開始日期

2、 年 月 日</p><p>　　設計（論文）完成日期 年 月 日</p><p>　　設計（論文）題目： 自動售貨機的電氣控制系統(tǒng) </p><p>　　A·編制設計

3、 </p><p>　　B·設計專題（畢業(yè)論文） </p><p>　　系（部）主 任 </p><p>　　

4、自動售貨機的電氣控制系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　提出并實現一套通過單片機控制步進電機的自動售貨系統(tǒng)。其主要目的是為當前的自動售貨機系統(tǒng)提出一種可行的改進方案，擴展其功能，系統(tǒng)主要是由三部分組成：步進電機、51單片機、以及中間的接口電路，可以使自動售貨機的功能更加完善，更加有利于自動售貨機的多樣化發(fā)展。</p>&

5、lt;p>　　關鍵詞：驅動電路，單片機，步進電機,</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Proposed and implemented a system based on single-chip microcomputer control the step motor vending system. Its main pu

6、rpose is for the current vending machine system puts forward 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 middl

7、e of the interface circuitry, can make the vending machine function to be more perfect, more beneficial to the vending machine diversification development.</p><p>　　Key words: Driving circuit, Single-chip mi

8、crocomputer, Stepping motor, OCS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　第一章 自動售貨機發(fā)展現狀5</p><p>　　1.1 發(fā)達國家現狀5</p><p>

9、;　　1.2 國內現狀5</p><p>　　第二章 自動售貨機的構成及工作要求7</p><p>　　2.1 自動售貨機的結構及組成7</p><p>　　2.2 自動售貨機的工作要求9</p><p>　　第三章 自動售貨機的單片機控制10</p><p>　　第四章 自動售貨機系統(tǒng)硬件設計

10、11</p><p>　　4.1 復位電路12</p><p>　　4.2 74LS37313</p><p>　　4.3 單片機引腳介紹14</p><p>　　4.4 驅動電路的選擇16</p><p>　　第五章 執(zhí)行裝置的選擇及其原理19</p><p>　　5.1

11、 電機的選擇19</p><p>　　5.2 步進電機的工作原理20</p><p>　　5.3 步進電機控制的輸出字表21</p><p>　　第六章 單片機與步進電機的接口電路設計23</p><p>　　6.1 芯片引腳及其內部說明23</p><p>　　6.2 8255的操作方式24&l

12、t;/p><p>　　6.2.1 讀/寫控制邏輯操作選擇24</p><p>　　6.2.2 8255的三種工作方式25</p><p>　　6.2.3 編程控制字25</p><p>　　6.2.4 8051與8255的接口方法26</p><p>　　第七章 自動售貨機軟件設計28</p>

13、;<p>　　參 考 文 獻31</p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著經濟發(fā)展，傳統(tǒng)的固定地點人員售貨方式暴露出許多弊端：人力資源需求大；受所需服務地點，地理條件的限制；而且在服務時間上不能最大限度的服務于消費者。自動售貨機

14、的出現解決了這些難題。品種繁多，對生活的覆蓋面廣，自動售貨，效率高，可 24 小時不間斷運營；選址容易，且方便改換場地；適合全職經營，也可兼職（副業(yè)）經營；作為廣告載體，可賺高額外塊。投資風險低，收益高。工作人員唯一所需要做的就是添加商品取走貨幣。如此多的優(yōu)點使得自動售貨機在世界范圍內得到廣泛的應用。</p><p>　　本次設計做的是一種功能增強的自動售貨機，同現在通用的自動售貨機，它增加了一些找零，顯示余額，

15、報警等功能，使之功能更為強大，本文著重介紹的是用單片機控制步進電機，通過各種方案比較得出的一個較優(yōu)方案。</p><p>　　第一章 自動售貨機發(fā)展現狀</p><p>　　1.1 發(fā)達國家現狀</p><p>　　日本：各種自動售貨機保有量超過 600 萬臺，平均 20 人一臺，世界普及率第一。 1990 年通過自動售貨機實現的銷售額即已達到 5 兆日元。&l

16、t;/p><p>　　美國：總的機器保有量大致和日本相當， 2000 年通過自動售貨機實現的銷售額達到 250 億美元，其中 OCS（office Coffee Service）的銷售額排第六位。 </p><p>　　韓國：自動售貨機的使用歷史要遠短于其它發(fā)達國家，僅有 25 年，但據 2001 年的統(tǒng)計，總保有量已超過 80 萬臺。在 2001 年韓國生產的自動售貨機中 OCS 占 32.

17、7% ，排第一位，咖啡自動售貨機占 18.1% ，排第三位，僅次于 18.6% 的充電自動售貨機。瓶罐飲料自動售貨機和復合型自動售貨機（同機銷售瓶罐飲料和熱咖啡）都僅占 8.6% ，并列第四位。</p><p><b>　　1.2 國內現狀</b></p><p>　　保有量約 2 萬臺，且品種單一，主要以瓶飲料售貨機為主，技術質量還未完全過關，生產和運營成本較高，

18、收益也不高。導致此現狀的主要原因是中國有關的自動售貨機企業(yè)未能有效解決成本，質量，運營等諸多問題。但由于隨中國經濟的快速發(fā)展和社會的巨大進步，自動售貨機的實際需求已相當大。過去的步進電機控制系統(tǒng)組成如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1步進電機控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　其工作原理是：時鐘脈沖產生電路給環(huán)形分配器提供輸入脈沖，環(huán)形分配器將輸入時鐘脈沖信號轉換A，B，C三相繞組

19、所需的順序控制信號，經各自的功率放大電路放大后，加到電機的三相繞組上，驅動電機轉動，每輸入一個時鐘脈沖，步進電機就前進一步，時鐘脈沖產生電路一般由多諧振蕩器有“自動”和“手動”兩種工作狀態(tài)環(huán)形分配器一般選用中規(guī)模集成電路CH 250（步進電機專用的環(huán)形脈沖分配器），也可以用中，小規(guī)模數字集成電路組成，還可以用GAL器件組成。所設計的環(huán)形分配器電路具備“自啟動”功能，即當環(huán)形分配器輸出在全“0”或全“1”。</p><

20、p>　　第二章 自動售貨機的構成及工作要求</p><p>　　一般的自動售貨機由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。錢幣裝置是售貨機的核心，其主要功能是確認投入錢幣的真?zhèn)?，分選錢幣的種類，計算金額。如果投入的金額達到購買物品的數值即發(fā)出售貨信號，并找出余錢。指示裝置用以指示顧客所選商品的品種。貯藏售貨裝置保存商品，接收出售指示信號，把顧客選擇的商品送至付貨口。一般售貨機的錢幣裝置由投幣口、選別裝置、

21、確認錢幣的檢查裝置、計算金額的計算裝置和找錢裝置組成。 </p><p>　　該自動售貨機采用雙螺旋體出貨機構（見圖2-1所示）主要由驅動電機、減速器、螺旋體掛輪、螺旋體、貨道等組成。左、右兩個螺旋體通過一對齒輪嚙合，圖! 中左螺旋體逆時針旋轉，同時右螺旋體順時針旋轉。當螺旋體每個螺距間隔內放滿貨物后，螺旋體旋轉一圈，即可推出一個貨物。由于采用雙螺旋體向上（相對于兩螺旋體靠近點）旋轉，對貨物的作用力，除了向前的推

22、力外，還有向上和向貨道兩側的分力，保證了出貨的可靠性。特別是對液體軟包裝貨物而言，不易發(fā)生“卡貨”故障。</p><p>　　圖2-1雙螺旋體出貨機構圖</p><p>　　當消費者選擇所需商品投幣后，單片機系統(tǒng)首先對貨幣進行識別，確認有效后，對所選商品所在的貨道發(fā)出出貨指令，驅動相應貨道的驅動電機旋轉一圈，完成出貨動作。同時，將所售商品、數量、金額、消費時間、售貨機編號等銷售數據加以記錄

23、與儲存，以便對自動售貨機存貨狀態(tài)實時監(jiān)控。</p><p>　　2.1 自動售貨機的結構及組成</p><p>　　1． 雙螺旋體出貨機構</p><p>　　雙螺旋體出貨機構的結構設計，主要是根據所售商品合理選擇螺旋體的材料、鋼絲直徑、螺旋體直徑和螺距，具體設計、計算方法可參考有關設計手冊中彈簧的設計。需要注意的是，螺旋體與彈簧的要求不同，螺旋體不要求彈簧的力學

24、指標，但對幾何形狀、尺寸及其穩(wěn)定性要求較高，否則將影響出貨的可靠性。對此，在螺旋體的加工過程中，特別是對螺旋體的熱處理方法、工藝，應該給予足夠重視。建議采用冷卷法加工成型后，250攝氏度到300攝氏度低溫回火?；鼗饡r最好采用專用工裝或注意螺旋體的擺放。</p><p>　　2. 加熱（制冷）裝置及控制</p><p>　　該部分統(tǒng)稱為溫度控制裝置。加熱元件選用了管狀電加熱棒，絕緣可靠，安全

25、性好。同時，降低使用電壓為額定電壓的1/2,每根加熱管僅承受額定功率的1/4，不但降低了加熱管的表面溫度，還提高了使用壽命，加熱功率為550W。制冷部分采用全封閉式壓縮機，冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機采用風扇強制換熱方式，制冷功率600W。加熱、制冷采用同一個風道、風扇及溫控器，加熱、制冷的切換由一個單刀雙擲開關完成。</p><p><b>　　3. 讀寫器</b></p><

26、;p>　　讀寫器由單片機、專用智能讀寫模塊和感應天線組成，并配有與PC的通訊接口、打印口、I/O口等接口。</p><p>　　該模塊適用于標準讀寫器（只需進行電平轉換即可直接連接到PC機RS232口）、自動售貨機、收費POS機、門禁器、考勤機及其他各種收費系統(tǒng)設備應用開發(fā)中。</p><p><b>　　4．電氣控制系統(tǒng)</b></p><

27、p>　　該控制系統(tǒng)借鑒分布式并行計算系統(tǒng)的設計思想，分3個模塊獨立開發(fā)，包括主控模塊、用戶管理模塊、執(zhí)行電機控制模塊。整個控制系統(tǒng)組成1個小型的分布式網絡。使用IIC串行通訊協(xié)議互相通訊。</p><p><b>　　5．用戶管理模塊</b></p><p>　　該模塊主要實現用戶輸入數據的采集和前期處理，接受用戶的按鍵選擇商品?？蓴U充的輸入方式有硬幣器和紙幣器

28、的輸入，輸出方式為數碼管和蜂鳴器輸出，或者液晶屏輸出。</p><p>　　6．執(zhí)行電機控制模塊</p><p>　　該模塊主要實現對主控命令的檢測、分析、應答，從而確定執(zhí)行電機的矩陣位置，并啟動相應的電機，驅動雙螺旋出貨機構，完成自動售貨。</p><p>　　7. 電氣控制系統(tǒng)的硬件結構（見圖2-2）</p><p>　　圖2-2電氣控制

29、系統(tǒng)的硬件結構圖</p><p>　　2.2 自動售貨機的工作要求</p><p>　　1、 自動售貨機能銷售五種商品：A，B，C，D，E 假設每種商品數量無限。</p><p>　　2、 自動售貨機允許投入1元、2元、5元硬幣：</p><p>　　若總幣值等于顧客需要的商品單價時，機器送出需要的商品；</p><p&

30、gt;　　若總幣值大于顧客需要的商品單價時，機器除提供所需商品外，顯示余額等待繼續(xù)輸入或者找回余額;</p><p>　　若總幣值小于顧客需要的商品單價時，報警顯示總額，機器提示“余額不足”等待繼續(xù)輸入或者取消交易。機器內1元和2元的找零硬幣無限。</p><p>　　3、 如果投入的硬幣達到或大于所要購買商品的價格，就不必再投入硬幣了，自動售貨機會發(fā)出一個指示信號使接受硬幣的裝置不再接收

31、新的硬幣。</p><p>　　4、 每次投幣時間有限制，設定每次投幣時間不超過30秒，在時間到時，總幣值不足顧客購買的商品單價時，自動售貨機按錢數不足處理，退還全部硬幣。或者在設定時間內，總投幣值不足顧客購買的商品單價時，若需要取消交易則可按取消鍵，售貨機按不足錢數處理，退還全部硬幣。</p><p>　　5、 當顧客完成一次購買后或按錯按鈕后，顯示余額等待繼續(xù)輸入或者找回余額;<

32、/p><p>　　6、 顧客一次只能購買一種商品的一個，若需要更多商品，需要重復操作。</p><p>　　第三章 自動售貨機的單片機控制</p><p>　　采用單片機控制，主要取代脈沖分配器，而給步進電機提供電源的驅動電路必不可省，同時用單片機可以實現對步進電機的走步數，轉向以及速度控制等。步進電機控制，用單片機同時控制x軸和y軸兩臺三相步進電機，控制接口如圖3-

33、1所示。此接口電路可選用可編程并行接口芯片8255，8255的PA口的PA0，PA1，PA2，控制x軸的三相步進電機，8255的PB0，PB1，PB2控制y軸三相步進電機。只要確定了步進電機的工作方式，就可以控制各相繞組的通電順序，實現步進電機正轉或者反轉。</p><p>　　圖3-1兩臺步進電機控制接口示意圖</p><p>　　第四章 自動售貨機系統(tǒng)硬件設計</p>

34、<p>　　自動售貨機系統(tǒng)以8051單片機為中心，需要一系列如電源電路、復位電路、振蕩電路保證其工作。先通過鍵盤采集消費者所需商品信息，然后以電信號的形式傳給單片機。經過運算分析處理后單片機一邊將數據傳給數碼管進行顯示，一邊通過8255控制電機的轉動，從而推出顧客所需商品，達到售貨目的。另外，余額不足時可以通過LED報警。當受到外界撞擊時，由傳感器接收信號轉換為電信號，直接啟動報警裝置。</p><p>

35、;　　系統(tǒng)設計分為三部分：即單片機信息檢測以及顯示部分，步進電機控制部分，遇到外界撞擊報警部分</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)設計框圖</p><p>　　第二部分，是在接受到單片機傳送來的商品信息后，通過控制A步進電機的轉動的方向以及圈數來選擇商品然后通過步進電機B來推動商品。即A電機控制X方向選擇B電機控制Y方向的推動。如圖4-2所示 </p><p>　　

36、圖4-2步進電機的控制</p><p>　　如 ：若要推動商品E需要先轉動步進電機向右3個單位，然后步進電機A推動商品，推動結束后，步進電機A向左移動三個單位，返回原來的位置，等待下次的推動，則依次推動結束。同樣推動商品B需要先左移動一個單位，然后步進電機A工作。其他都是同樣的工作原理。</p><p><b>　　4.1 復位電路</b></p>&

37、lt;p>　　在每個用戶使用單片機之前，我們都得使單片機復位，使中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，以消除上一個用戶的操作對本次用戶操作運行的影響。51的RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，持續(xù)時間要有24個時鐘周期以上。例如：若MCS-51單片機的時鐘頻率為12MHz，則復位脈沖寬度至少應為2us。通常，8051的復位有自動上電復位和人工按紐復位兩種，圖六、圖七分別顯示出了它們的電路<

38、/p><p>　　圖4-3自動上電復位電路 圖4-4 人工按鈕復位電路</p><p>　　自動上電復位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機開始正常工作。 </p><p>　　人工按鈕復位的工作原理是：按

39、鈕按下后，電容兩端被短路，RST端電壓上為高電平，單片機進入復位狀態(tài)，按鈕斷開后，電源通過電阻R1對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機開始正常工作。 </p><p>　　本次單片機采用自動上電復位電路。</p><p>　　4.2 74LS373 </p><p>　　74LS373 是一種帶輸出三態(tài)門的8D鎖存器。</p&g

40、t;<p>　　1D~8D為8個輸入端，</p><p>　　1Q~8Q為8個輸出端。</p><p>　　G為數據鎖存控制端：當G為“1” 時鎖存器輸出端同輸入端：當G由“1”變“0”時，數據輸入鎖存器中為輸出允許端：當為“0”時，三態(tài)門打開：當為“1”時，三態(tài)門關閉，輸出呈高阻狀態(tài)。在51單片機系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其連接方法為：輸出端1D~8D

41、接至單片機的PO口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機的地址鎖存允許信ALE。輸出允許端接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。</p><p>　　圖4-5 74LS373引腳圖</p><p>　　4LS373 的工作方式如表4.1</p><p>　　表4.1 4LS373的工作方式</p><p><b>　　H = 高電平&l

42、t;/b></p><p><b>　　L = 低電平</b></p><p><b>　　Z = 高阻抗</b></p><p><b>　　X = 無</b></p><p>　　4.3 單片機引腳介紹</p><p>　　本次設計采用89C

43、51單片機，其引腳如圖4-6所示</p><p>　　圖4-6 89C51單片機引腳</p><p>　　8051單片機是40引腳雙列直插式的芯片，由左到右按U字形依次編號，則20引腳接地，40引腳接Vcc高電頻。</p><p>　　1~8引腳為單片機P1口的8根引腳，10~17引腳為單片機P3口的8根引腳，21~28引腳為單片機P2口的8根引腳，32~39引腳為

44、單片機P3口的8根引腳，這三個口是單片機的基本輸入輸出口。</p><p>　　其中P0口在不接片外存儲器與不擴展I/O口時，可作為準雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴展I/O口時，P0口分時復用為低8位地址總線和雙向數據總線。</p><p>　　P1口可作為準雙向I/O口使用。</p><p>　　P2口一般可以用作準雙向I/O口使用；在接有片外存儲器或擴展

45、I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口用作高8位地址線。</p><p>　　P3口處作為準雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入或第二功能。P3口的第二功能定義如表4.2：</p><p>　　表4.2 P3口的第二功能定義</p><p>　　9引腳（RST）是單片機的復位信號線。上電復位和手動復位

46、，當該引腳上持續(xù)兩個機器周期的高電平后，就可以實現復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。</p><p>　　18引腳是單片機的XTAL2端口，接外部晶振的另一端。在單片機內部，它是片內振蕩器的反向放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端；對于CHMOS單片機，該引腳懸空不接。</p><p>　　19引腳是單片機的XTAL1端口，接外部晶振的一端。

47、在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　29引腳（PSEN）是單片機的片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。每個機器周期該信號有兩次有效，低電平有效的時候，單片機通過數據總線從P0口讀取指令或常數。在訪問片外數據存儲器期間，PSEN信號將不會出現。<

48、;/p><p>　　30引腳（ALE/PROG）是單片機的地址鎖存有效信號輸出端。在接片外程序存儲器的時候，單片機的ALE端和鎖存器的CE端，用來選中該芯片。</p><p>　　31引腳（EA）為單片機片外程序存儲器選用端。該引腳低電平有效時，只選用片外程序存儲器，否則單片機上電或復位后選用片內程序存儲器。</p><p>　　4.4 驅動電路的選擇</p&g

49、t;<p>　　方案一 使用功率場效應管的單電壓功放電路</p><p>　　單電壓功率放大電路是步進電機控制中最簡單的一種驅動電路，圖十一是一相繞組驅動電路的原理圖（其他各相繞組的驅動電路與此相同）。圖中，T是功率場效應管，L1是步進電機一相繞組電感，RD為場效應管的漏極限流電阻，D為續(xù)流二極管，為繞組提供放電回路，工作原理是：當環(huán)形分配器輸出的信號v01為高電平時，T為 飽和導通，繞組L1中產

50、生電流v01為低電平時，T截至，L1中的電流消失。所以場效應管工作在開關狀態(tài)。功放電路的負載是電機繞組，屬于感性負載，當功放管T從飽和變截至時，由于繞組中的電流不會改變，從而會在繞組中產生一個很強的反電勢，這個反電勢和電源Vcc一起 疊加在功放管T的漏極上，很容易將功放管擊穿，故將二極管D接在T的漏極D和電源Vcc之間，使得T在截至瞬間，電機繞組產生的反電勢能通過續(xù)流二極管D瀉放，從而保護功放管不受損害。同時，功放管應該選用反向耐壓高的

51、管子。IRF640 是VMOS功率場效應晶體管，它的典型參數是：Vds=200v，Rds（on）=0.18歐姆，Id=18A，作為普通電機的功放管是非常理想的。</p><p>　　方案二 使用集成功率放大開關器件構成的斬波型功放電路</p><p>　　集成功率電子開關TWH8751 可直接由TTL，CMOS等數字電路直接驅動，該器件開關速度快，工作頻率高（可以達到1.5MHZ），控制功

52、率比較大，內部開關管反向擊穿電壓為100v，加上散熱器后，通過的灌電流可以達到3A，其輸出管采用集電極開路方式，可以根據負載的要求選擇合適的電源電壓，片內還沒有熱減流保護電路。TWH8751的引腳如圖4-7所示，</p><p>　　圖4-7 TWH8751引腳圖</p><p>　　Vi,Vo分別為信號的輸入端和輸出端，V+為正電源的輸入端，GND為接地端，St為 選通控制端，該器件為數

53、字邏輯開關，不是模擬開關。當Sr為高電平“1”（大于1.6V）時，不論Vi端的電平為多少 其輸出級的達林頓管總是截至。當St端為低電平（不超過1.2V）時，輸出V0受Vi的控制，當Vi為高電平輸出級的達林頓管截止：當Vi為高電平“1”時應加限流電阻Rs，因片內電源與地之間設有一個6.8V的穩(wěn)壓管，Rs 的值可以按照 進行估算。由于輸出級的達林頓管的反向擊穿電壓可以達到100V，所以輸出級可以不與V+共電源，而是根據需要加80V~~~~1

54、00V的高壓于負載上。</p><p>　　圖4-8斬波型功放電路</p><p>　　圖4-8中只給出了驅動A相繞組的功放電路，B，C相的驅動電路與之相同，該電路的工作原理是 ：環(huán)形分配器的輸出信號A送到TWH8751的輸入端Vi ，NE555振蕩器產生頻率較高的載頻脈沖信號 ，送到選通控制端St ，因此，TWH8751 處于高頻開關斬波工作狀態(tài)，其輸出端Vo為間歇脈沖序列，故稱為斬波型

55、驅動電路，各點的波型如圖4-9所示</p><p>　　圖4-9 A相波型</p><p>　　繞組中電流il的大小與電流Vcc和高頻脈沖序列的脈寬Ton有關，當Vcc較大的時候，I 較大，當Ton較寬的時候i會增大。</p><p>　　載頻脈沖頻率fc的選取是比較重要的。當fc比較小的時候，電機會發(fā)出很大的噪聲，一般選取fc〉=15MHZ為適宜的。</p

56、><p>　　比較 斬波功放電路與普通單電壓功放電路相比較，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。效率提高也非常顯著。在輸出功率相同的條件下，斬波電路的輸入功率大約為單電壓功放電路輸入功率的一半。因此采用方案二。</p><p>　　第五章 執(zhí)行裝置的選擇及其原理</p><p>　　5.1 電機的選擇</p>

57、<p>　　方案一 采用步進電動機控制。步進電動機的精度很高，可實現精確的步距角運動，由其組成的位置控制系統(tǒng)定位準確，穩(wěn)定時間短，采用單片機控制步進電動機，控制信號為熟悉信號，不再需要數/摸轉換，具有快速起停功能，延時短、定位準確、精度高和可操作性強。與驅動控制器匹配使用時，控制起來也十分方便，很容易構成數字位置控制系統(tǒng)。但步進電動機的控制系統(tǒng)相對復雜，價格比直流電動機高。</p><p>　　方案

58、二 采用直流電動機控制。直流電動機精度較低，不易實現精確的位置控制。用單片機和A/D轉換構成系統(tǒng)，控制普通電動機的步數和旋轉方向，可以考慮達林頓管組成的H型PWM電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電動機轉速，減小因慣性、速度和步距角過大而引起的調整誤差。其控制信號為模擬信號，需要將單片機輸出的序列脈沖轉換，延長了控制時間，將難以控制其精確位置，系統(tǒng)穩(wěn)定性也比較差。但使用方便，價格便宜。</p>

59、<p>　　但是本次設計是由單片機直接控制，步進電機可以直接接受的數字信號不需要數/模轉換，具有快速起停功能，延時短、定位準確、精度高和可操作性強。與驅動控制器匹配使用時控制起來方便，在銷售移動距離較小的商品的時候不會產生誤差。</p><p>　　步進電機又叫脈沖電機，它是一種將電脈沖信號轉化為角位移的機電數模（D/A）轉換器。在開環(huán)數字程序控制系統(tǒng)中，輸出控制部分常用步進電機作為驅動元器件。步進

60、電機的控制電路接受計算機發(fā)來的指令脈沖，控制步進電機作相應的轉動。很明顯脈沖的總數決定了移動量，指令的頻率決定了移動的速度。因此，指令脈沖可否被可靠的執(zhí)行，基本上取決于步進電機的性能。</p><p>　　5.2 步進電機的工作原理</p><p>　　圖5-1 三相步進電機結構示意圖</p><p>　　步進電機的工作就是步進轉動。在一般的步進電機工作中，其電源

61、都是單極性的直流電源。要使步進電機轉動，就必須對步進電機的定子的各項繞組以適當的時序進行通電。步進電機的步進過程表示為，其定子的每相都有一對磁極，每個磁極都只有一個齒，即磁極本身，故三相步進電機有三對磁極一共是6個齒；其轉子有4個齒，分別稱為0.1.2.3齒直流電源U通過開關A，B，C，分別對步進電機的A，B，C，相繞組通電。</p><p>　　初始狀態(tài)時，開關A接通，則A相磁極和轉子的0，2 號齒對齊，同時轉

62、子的1，3號齒和B，C相磁極形成錯齒狀態(tài)。</p><p>　　當開關A斷開，B接通，由于B相繞組和轉子的1，3號齒之間的磁力線作用，使得轉子的1，3號齒和B相磁極對齊，則轉子的0，2號齒就和A，C， 相繞組形成錯齒狀態(tài)。</p><p>　　此后，開關的B斷開，C接通，由于C相繞組和轉子的0，2之間的磁力線的作用，使得轉子0，2號齒和C相磁極相對齊，這時轉子的1，3 號齒和A，B相繞組磁

63、極產生錯齒。當開關C斷開，A接通后，由于A相繞組磁極和轉子1，3號之間的磁力線的專用使轉子1，3號齒和A相繞組磁極對齊，這時轉子的0，2號齒和B，C 相繞組磁極產生錯齒。很明顯，這時轉子轉動了一個齒距角。</p><p>　　如果對一相繞組的操作稱為一拍，那么對A，B，C三相繞組的輪流通電需要三拍。對A，B，C，三相輪流通電一次成為一個周期。從上面分析看出，該三相步進電機轉子轉動一個齒距需要三拍操作。由于按A—

64、——B———C———A相輪流通電，則磁場沿A，B，C方向轉動了360度空間角，而這時轉子沿ABC方向轉動了一個齒距的位置。在圖一中，轉子的齒數為4，故齒距角為90度，轉動了一個齒距就是轉動了90度．</p><p>　　本次設計采用的是三相步進電機型號是36BF003（屬于三相步進電機），工作電壓的標稱值是27V相電流的標稱值是1.5A，保持轉矩是78Mn.m（豪牛頓。米），步距角為1.5度/3度，矩頻特性:Pu

65、lse-torque Characteristics</p><p>　　圖5-2 36bf003矩頻特性</p><p>　　5.3 步進電機控制的輸出字表</p><p>　　選定由PA口的PA0，PA1，PA2，控制x軸的三相步進電機， PB0，PB1，PB2通過驅動電路控制y軸三相步進電機，并假設數據輸出為“1”時，相應的繞組通電;當“0”時，相應的繞組斷

66、電。下面介紹三相六拍控制方式確定步進電機的輸出的控制字.當步進電機的相數和控制方式確定之后，PA0~PA2 和PB0~PB2輸出變化規(guī)律就確定了。這種輸出變化規(guī)律可以用輸出字來描述。為了尋找，輸出字以表的形式存放在計算機指定的存儲區(qū)域，下表5.1給出了三相六拍的控制方式的輸出字表。</p><p>　　表5.1三相六拍的控制方式的輸出字表</p><p>　　顯然，若要控制步進電機正轉。則

67、按ADX1——ADX2——。。。ADX6和ADY1——ADY2——。。ADY6順序向PA口和PB口送輸出字即可：若要控制步進電機反轉，則要按相反的順序送輸出字。</p><p>　　第六章 單片機與步進電機的接口電路設計</p><p>　　8255是單片機應用系統(tǒng)中廣泛被采用的可編程外部I/O擴展芯片。它有3個8位并行I/O口，每個口有三種工作方式，</p><p

68、>　　6.1 芯片引腳及其內部說明</p><p>　　8255芯片的引腳如圖6-1所示，引腳信號如表6.1所示。</p><p>　　表6.1 8255的引腳信號說明</p><p>　　數據總線緩沖器：是一個8位的雙向三態(tài)驅動器，用于與單片機的數據總線相連。</p><p>　　讀/寫控制邏輯：根據單片機的地址信息（A1 A0 ）

69、與控制信息（RD WR RESET），控制片內的數據，CPU控制字，外設狀態(tài)信息的傳送。</p><p>　　控制電路：根據CPU送來的控制字所管I/O 口按一定的方式工作。對C口甚至可按位實現置位或者復位。控制電路分為兩組：A組控制電路控制A口及C口的高四位（PC7~PC4），B組控制電路控制B口及C口的低四位（PC3~PC0）。</p><p>　　三個并行I/O端口：A口可編程為8位

70、輸入，或者8位輸出，或者雙向輸出：B 口可編程為8位輸入，或者8位輸出，但是不可以雙向傳輸；C口分為兩個4位口，用于輸入或者輸出，也可以用作A口，B口的狀態(tài)控制信號。</p><p>　　圖6-1 8255引腳圖</p><p>　　6.2 8255的操作方式</p><p>　　6.2.1 讀/寫控制邏輯操作選擇</p><p>　　由

71、單片機輸出的地址A1，A0及控制信號，，來選擇口的操作狀態(tài)?？诘牟僮鳡顟B(tài)如表6.2所示</p><p>　　表6.2 8255的口操作狀態(tài)</p><p>　　6.2.2 8255的三種工作方式</p><p>　　方式0（基本輸入/輸出方式）：這種工作方式不需要任何選通信號。A口，B口及C口的兩個4位口中任何一個端口都可以由程序設定為輸入或者輸出。作為輸出口時

72、，輸出數據被鎖存：作為輸入口,輸入數據不鎖存。</p><p>　　方式1( 選通輸入/輸出方式)：在這種工作方式下，A，B，C三個口分為兩組。A組包括A口和C口的高四位，A口可由編程設定為輸入口或者輸出口，C口的高四位則是用來作為A口輸入/輸出操作的控制和同步信號：B組包括B口和C口的低四位，B口可由編程設定為輸入口或者輸出口，C口的低四位則是用來作為B口輸入/輸出操作的控制和同步信號。A口和B口的輸入或者輸出

73、的數據都被鎖存。</p><p>　　方式2( 雙向傳送方式)在這種方式下，A口可以用于雙向傳送，C口的PC3~PC74用來作為輸入/輸出的控制同步信號。應該注意的是，只有A口允許用作雙向傳送，這時B口和PC0~PC2則可編程為方式0或者方式1工作。</p><p>　　6.2.3 編程控制字</p><p>　　8255A 的編程選擇是通過對控制口輸入控制字的方

74、式實現的?？刂谱钟蟹绞竭x擇控制字和C口置位/復位控制字。</p><p>　　方式選擇控制字：其格式如下表6.3所示：</p><p>　　表6.3方式選擇控制字</p><p>　　C口置位/復位控制字：C口具有位操作功能，把一個置位/復位控制字送入送入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而不影響其他位的狀態(tài)。C口置位/復位控制的格式與定

75、義如表6.4所示。</p><p>　　表6.4 C口置位/復位控制字</p><p>　　6.2.4 8051與8255的接口方法</p><p>　　51單片機與8255的接口邏輯簡單，其接口電路為圖十六所示，因為8255A芯片內部沒有地址鎖存能力，所以圖6-2中8255A 的片選信號及口地址選擇線A1，A0分別由8051的P0.7 和P0.1 經由地址鎖存

76、器后提供。如果沒有參入選址的地址的狀態(tài)都看作“1 ”狀態(tài)，則8255的A，B，C口及控制口地址為FF7CH，FF7DH，FF7EH，FF7FH。當然各口都有重復的地址，8255的復位端與8051的復位端相連，都接到8051的復位電路。</p><p>　　圖6-2 8255與8051的連接圖</p><p>　　第七章 自動售貨機軟件設計</p><p>　　軟

77、件設計的基本思路是：根據模塊化設計的原則，做到相應任務的分時處理，使之具有并行計算的能力。功能上，利用硬件資源的合理冗余，實現積木式軟件結構，做到紙幣（硬幣）支付模塊、顯示模塊等。軟件主要由主控程序、用戶管理程序、執(zhí)行控制程序、數據采集與處理程序等模塊構成。</p><p>　　由于自動售貨機屬于室外、無人值守的控制系統(tǒng)，所以在軟件設計中，主要考慮了系統(tǒng)軟件的容錯能力，采取了以下3種措施：一是超時管理的容錯設計。

78、在系統(tǒng)程序中，除了專門設置的循環(huán)等待程序外，對許多以時間為界的操作（如握手超時、鍵盤等待超時、執(zhí)行電機運轉超時等）設置了超時管理功能，在等待結束信號超過某一設定時間后，程序進入出錯處理，使之報警，提示進入后續(xù)運行等。二是超界管理的容錯設計。在系統(tǒng)運行過程中，軟件對實際運行的參數（如金額、所售商品種類等）均進行必要的測試，一旦發(fā)現超出了預定值，則進行報警等操作。三是通訊容錯設計。在系統(tǒng)實時通訊過程中，每次通訊均進行CRC校驗，采用發(fā)送端連

79、續(xù)H 次發(fā)送數據至接收端，并對3次發(fā)送的數據比較，3次數據不一致，則請求發(fā)送端重發(fā)數據，從而保證了通訊的高可靠性。</p><p>　　圖7-1 程序流程圖</p><p><b>　　注：程序設計</b></p><p><b>　　PUSH A</b></p><p><b>　　P

80、USH 00H</b></p><p><b>　　PUSH 01H</b></p><p><b>　　PUSH 02H</b></p><p><b>　　PUSH 03H</b></p><p><b>　　PUSH 05H</b><

81、;/p><p><b>　　PUSH 06H</b></p><p><b>　　PUSH 07H</b></p><p>　　MOV DPTR，#FF7FH</p><p>　　MOV A ，#80H</p><p>　　MOV @ DPTR，A</p>&l

82、t;p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　MOV A ，R4</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p>　　ADD A ，#04H</p><p>　　MOVC A ，@A+PC</p><p

83、>　　MOV R2 ，A</p><p><b>　　INC A</b></p><p><b>　　MOV R3, A</b></p><p>　　XZXX:DB #01H， #02H， #01H， #01H， #00H， #01H</p><p>　　#00H， #02H ，#00H，

84、#03H</p><p>　　MOV DPTR ,#77FCH</p><p>　　MOV R5, #03H</p><p>　　AXZ:MOV R1, #00H</p><p>　　MOV A ,R2</p><p>　　JNB ACC0, ZZ</p><p>　　MOV R1,

85、 #06H</p><p>　　F:MOV A, R3</p><p><b>　　JZ BX2</b></p><p>　　F1:MOV A, R1</p><p>　　ADD A ,#09H</p><p>　　MOVC A ,@A+PC</p><p>

86、;　　MOVX @DPTR, A</p><p><b>　　ACALL YS</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　CJNZ R1, #06H ,BXZ</p><p><b>　　DEC R3</b></p><

87、;p><b>　　AJMP F1</b></p><p>　　FZB:DB #05H， #04H， #06H， #02H</p><p>　　#03H， #01H</p><p>　　ZZ: MOV A ,R3</p><p><b>　　JNZ Z</b></p><

88、;p>　　DJNZ R3, ZZ</p><p><b>　　AJMP BXZ</b></p><p>　　Z:MOV A ,R1</p><p>　　ADD A ,#09H</p><p>　　MOVC A, @A+PC</p><p>　　MOVX @DPTR, A</

89、p><p><b>　　ACALL YS</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　CJNE R1, #06H,LZ1</p><p><b>　　AJMP Z</b></p><p><b>　　LZ1:R

90、ET</b></p><p>　　ZZB:DB #01H #03H #02H #06H #04H #05H</p><p>　　BXZ:MOV A , R5</p><p><b>　　JNZ Z</b></p><p><b>　　DEC R5</b></p>&

91、lt;p>　　DJNZ R5, BX2</p><p>　　AFXZ:MOV A, R2</p><p><b>　　JZ J1</b></p><p><b>　　DEC R2</b></p><p><b>　　AJMP AXZ</b></p>

92、<p><b>　　RET</b></p><p><b>　　POP 07H</b></p><p><b>　　POP 06H</b></p><p><b>　　POP 05H</b></p><p><b>　　POP 03

93、H</b></p><p><b>　　POP 02H</b></p><p><b>　　POP 01H</b></p><p><b>　　POP 00H</b></p><p><b>　　POP A</b></p>

94、<p>　　J1: INC R2</p><p>　　AJMP AXZ </p><p><b>　　RET</b></p><p>　　YS:MOV R7 ,#02H</p><p>　　DL:MOV R6 ,#0FFEH</p><p>　　DL0:DJNZ

95、R6 ,DL6</p><p>　　DJNZ R7, DL</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 李廣弟等 單片機基礎 北京航空航天出版社， 2001.7 </p><p>　　[2]

96、 樓然苗等 51 系列單片機設計實例 北京航空航天出版社， 2003.3 </p><p>　　[3] 唐俊翟等 單片機原理與應用 冶金工業(yè)出版社， 2003.9 </p><p>　　[4] 劉瑞新等 單片機原理及應用教程 機械工業(yè)出版社， 2003.7 </p><p>　　[5] 吳國經等 單片機應用技術 中國電力出版社， 2004.1 <

97、;/p><p>　　[6] 李全利，遲榮強編著 單片機原理及接口技術 高等教育出版社，2004.1 </p><p>　　[7] 侯媛彬等，凌陽單片機原理及其畢業(yè)設計精選 2006年，科學出版社 </p><p>　　[8] 羅亞非，凌陽十六位單片機應用基礎2003年 北京航空航天大學出版社 </p><p>　　[9] 北京北陽

98、電子有限公司，061A凌陽單片機及其附帶光盤2003年 </p><p>　　[10] 張毅剛等， MCS-51單片機應用設計，哈工大出版社，2004年第2版 </p><p>　　[11] 霍孟友等，單片機原理與應用，機械工業(yè)出版社，2004.1 </p><p>　　[12] 霍孟友等，單片機原理與應用學習概要及題解，機械工業(yè)出版社，2005.3 <

99、/p><p>　　[13] 許泳龍等，單片機原理及應用，機械工業(yè)出版社，2005.1 </p><p>　　[14] 馬忠梅等，單片機的C語言應用程序設計，北京航空航天大學出版社，2003修訂版 </p><p>　　[15] 薛均義 張彥斌 虞鶴松 樊波，凌陽十六位單片機原理及應用，2003年，北京航空航天大學出版社</p><p>&l

100、t;b>　　致 謝</b></p><p>　　值此論文完成之際，首先要感謝我的畢業(yè)論文指導老師xx老師。xx老師從一開始的論文方向的選定，到最后的整篇文論的完成，都非常耐心的對我進行指導。給我提供了大量數據資料和建議，告訴我應該注意的細節(jié)問題，細心的給我指出錯誤，修改論文。xx老師誨人不倦的工作作風，一絲不茍的工作態(tài)度，嚴肅認真的治學風格給我留下深刻的影響，值得我永遠學習。在此，謹向xx老師致