自動存包柜的設計與仿真-畢業(yè)論文

1、<p>　　自動存包柜的設計與仿真</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題是基于單片機的自動存包柜設計。自動存包柜是新一代的存包柜，具有功能實用、操作簡單、管理方便、安全可靠等特點，能夠更好的服務于不同市場的廣大群眾，使用者可以根據(jù)簡明清晰的操作說明自行完成存包取包工作。本系統(tǒng)由MCS-51單片機構成核心控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由

2、主控部分、鍵盤顯示控制部分、執(zhí)行部分三部分組成，通過隨機密碼的產(chǎn)生和核對完成自動存包取包過程。本設計中各元器件便于安裝且操作簡單，能基本實現(xiàn)存包取包功能。</p><p>　　關鍵詞：自動存包柜；單片機；隨機密碼</p><p>　　Design and Simulation of Automatic Lockers </p><p><b>　　ABST

3、RACT</b></p><p>　　This topic is microcontroller-based automatic lockers.Automatic lockers is a new generation of lockers, with a practical, simple operation, easy management, safe and reliable, able to

4、 better serve the broad masses of the different markets, users are based on a clear and concise instructions to complete the deposit bags to take the package. The system consists of MCS-51 microcontroller core control sy

5、stem, the entire system from the main section, the keyboard display control part of the implement</p><p>　　Key words :Automatic lockers; microcontroller; random password</p><p><b>　　目 錄&l

6、t;/b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 自動存包柜的種類1</p><p>　　1.2 自動存包柜控制系統(tǒng)的基本原理及技術要求2</p><p>　　1.3 系統(tǒng)總體設計目標功能3</p><p>　　2 系統(tǒng)方案概述及硬件設計3

7、</p><p>　　2.1自動存包柜系統(tǒng)框圖3</p><p>　　2.2主機電路核心器件的選擇3</p><p>　　2.3 8031的系統(tǒng)擴展8</p><p>　　3 輸入輸出電路12</p><p>　　3.1鍵盤設計12</p><p>　　3.2顯示系統(tǒng)設計13<

8、/p><p>　　3.3 輸出系統(tǒng)功能擴展14</p><p>　　4 系統(tǒng)程序設計及仿真15</p><p>　　4.1 主程序模塊設計15</p><p>　　4.2 鍵輸入子程序模塊16</p><p>　　4.3 系統(tǒng)仿真18</p><p><b>　　結 束 語21

9、</b></p><p>　　參 考 文 獻22</p><p><b>　　附 錄23</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p>　　自動存包柜的設計與仿真</p><p><b>　　1 緒 論</b&

10、gt;</p><p>　　近年來，隨著生活水平的提高，人們對于社會消費品的質(zhì)量要求在不斷增加，對技術服務也提出了更高的要求。在超市、綜合商店、個人商店等人流量大的地方，常常需要對顧客隨帶物品進行存儲。為了更好的為廣大顧客服務，在一些商場、影院尤其是超市等公共場合通常有電腦控制的自動存包柜，顧客進入商場購物時可寄存一些隨身攜帶的較重物件或多余的現(xiàn)金，十分便利。顧客可以根據(jù)簡明清晰的操作說明自行的完成存取物品的工作

11、，自助式存取可以避免開放式存取帶來的不必要的糾紛，又可以節(jié)約人員開支，達到減員增效的目的。</p><p>　　自動存包系統(tǒng)的設計要求有高的可靠性，包括系統(tǒng)結構、硬件電路和運行軟件的可靠性。安全性是設計自動存包柜時必須考慮的另一個重要因素。安全性是指系統(tǒng)能夠保證人和財物的安全，電子存包柜要有緊急情況保護等措施。友好的人機界面對于系統(tǒng)來說也是相當重要的。可視化的人機接口操作起來比較方便，用戶可以直觀的了解到存包柜的

12、各種信息，通過圖形進行各種操作并清楚地顯示電子存包柜的各種信息。電腦控制的存包柜無需專職的管理人員且安全可靠,頗受顧客的信任[1]。</p><p>　　1.1 自動存包柜的種類</p><p>　　自動存包柜又名電子存包柜，電子寄存柜。主要由以下幾種類型：</p><p>　?。?）機設條碼式電子存包柜：存物時，先按“存”鍵，寄存柜自動打印一張密碼條，使用者抽出密

13、碼紙，對應的箱門自動打開，存好后關上箱門；取物時，直接將條碼紙在掃描口掃描，對應的箱門會自動打開，取物完成后關上箱門。</p><p>　?。?）指紋式電子存包柜：以使用者指紋作為寄存的憑證；存物時,先按一下“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機器會把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號結合起來，并將信息自動記錄下來，同時自動打開該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關好箱門；取物時，先按一下“取”鍵，然后在指

14、紋采集窗里采集指紋，寄存柜將指紋數(shù)據(jù)與先前記錄下的進行比對，正確后才會打開該箱供使用者取物。</p><p>　　（3）非接觸IC卡電子存包柜：以使用者所持IC卡（即射頻卡）作為寄存的憑證；存物時，先按一下“存”鍵再刷卡（即讓存包柜讀取卡號），存包柜應先識別是否為該場所的IC卡，若不是則拒絕存物；若是，機器會把該卡號與分配給使用者使用的寄存箱的箱號結合起來，并將信息自動記錄下來，同時自動打開該箱，供使用者存物，存

15、完后自己關好箱門；取物時，先按一下“取”鍵再刷卡，寄存柜將讀取的卡號與先前記錄下的進行比對，正確后打開該箱供使用者取物（同時機器會自動記錄當時的時間、卡號以備查詢）。</p><p>　?。?）聯(lián)網(wǎng)型非接觸IC卡電子存包柜：聯(lián)網(wǎng)型非接觸IC卡電子存包柜基本功能與非接觸IC卡電子存包柜一致，另外增加了網(wǎng)絡通訊模塊，上位管理軟件等，以實現(xiàn)寄存狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，分段收費，報表打印等功能[2]。</p><

16、;p>　　1.2 自動存包柜控制系統(tǒng)的基本原理及技術要求</p><p>　　本系統(tǒng)采用MCS-51單片機做控制器，具有較高的自動化程度，當顧客需要存包的時候,可以自行到存包柜前按“ON/C”鍵,單片機接收到一個脈沖信號,并通過系統(tǒng)I/O口發(fā)出相應的信號,數(shù)碼管顯示8位隨機密碼，然后一發(fā)光二極管亮，顧客即可存包。當顧客需要取包時，先按“=”鍵，系統(tǒng)進入取包狀態(tài)，然后輸入密碼，輸入完畢后按“+”鍵表示確定，系

17、統(tǒng)比較密碼一致后，對應二極管滅，顧客即可將包取出。</p><p>　　根據(jù)“自動存包”這一目的要求，做如下設計安排：</p><p>　　第一部分：CPU核心控制部分，由單片機8031、復位電路、時鐘電路等構成，是整個系統(tǒng)的核心。</p><p>　　第二部分：鍵盤顯示控制部分。對8個數(shù)碼管和2個按鍵進行管理，8個數(shù)碼管用于顯示2位柜號兒和8位密碼，14個按鍵分別

18、為10個數(shù)字鍵和4個功能鍵。通過這些鍵盤，用戶就可以完成所有的操作。</p><p>　　第三部分：執(zhí)行機構部分。它是通過8031的并行口擴展一片8255A芯片，并通過8255A控制8個燈的狀態(tài)（亮滅）來模擬柜子的存包取包的過程。</p><p>　　軟件部分主要采用我們自己設定的一種與柜號兒相關聯(lián)的算法來產(chǎn)生一組8位的隨機密碼，而密碼的產(chǎn)生、核對過程就對應存包、取包的過程。</p&

19、gt;<p>　　本系統(tǒng)具有如下特色：（1）經(jīng)濟實用、操作簡單且便于安裝。</p><p>　?。?）能產(chǎn)生一組8位隨機密碼，密碼使用一次有效；有三次容錯功能和解鎖功能，因此系統(tǒng)安全可靠。</p><p>　　（3）利用軟件產(chǎn)生隨機密碼而不是硬件，使得硬件更為簡潔、可靠、穩(wěn)定。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)總體設計目標功能</p>&

20、lt;p>　?。?）完成矩陣鍵盤輸入命令進行取包的任務；（2）存包時系統(tǒng)能產(chǎn)生隨機密碼；（3）隨機數(shù)在單片機中的保存及刪除；（4）液晶數(shù)碼管的選擇及與單片機的接口電路設計；（5）發(fā)光二極管模擬柜子的實現(xiàn)。</p><p>　　2 系統(tǒng)方案概述及硬件設計</p><p>　　2.1自動存包柜系統(tǒng)框圖</p><p>　　自動存包柜由電子電路和機械兩部分組成，本設

21、計的存包柜主要實現(xiàn)電子電路方面的功能，它可以通過單片機完成密碼的隨機產(chǎn)生、密碼的確認和顯示以及用發(fā)光二極管模擬柜子的開閉狀態(tài)等功能。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 自動存包柜的系統(tǒng)框圖</p><p>　　從硬件上看，它的部分組成分別是：發(fā)光二極管，通過亮滅來模擬柜子的開閉狀態(tài)；電源，為電路提供一個5V 的工作電壓；單片機，整個電路的核心部分；LED 數(shù)碼管，用于顯

22、示柜號和密碼；還有鍵盤部分，鍵盤有14個按鍵，其中的十個分別 為 0-9的數(shù)字鍵，其他四個分別為存包鍵（隨機產(chǎn)生密碼）、取包鍵（確認密碼）、確定鍵、取消鍵。</p><p>　　2.2主機電路核心器件的選擇</p><p>　　單片機是在一塊硅片上集成了微處理器，存儲器和各種輸入、輸出接口，這樣的一塊芯片具有一臺計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機的優(yōu)點是體積小，重量

23、輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)也較為容易[3]。</p><p>　　MCS-51單片機是美國Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS-48單片機相比，它的結構更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達111條，MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，我們也以這一代表性的機型進行

24、系統(tǒng)的設計。MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。</p><p>　　8031內(nèi)部包括一個8位CPU、128個字節(jié)RAM，21個特殊功能寄存器、4個8位并行I/O口，1個全雙工串行口，2個16位定時器/計數(shù)器，需要外部EPROM芯片。</p><p>　　8051是在8031的基礎上，片內(nèi)又集成有4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節(jié)的小系

25、統(tǒng)。</p><p>　　8751是在8031的基礎上，增加4K字節(jié)的EPROM，它構成了一個程序小于4KB的系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM內(nèi)，可以反復修改程序。但是它的價格比較昂貴。8031外擴一片4KB EPROM就相當于8751，它的最大優(yōu)點是價格便宜。</p><p>　　經(jīng)過計算和考慮，我們這里所設計的自動存包柜是一個比較簡單的控制系統(tǒng)，用8031就完全可以達到我們設計的要

26、求，實現(xiàn)存包柜的各項功能，所以我們選用8031作為我們的主機電路核心器件。</p><p>　　8031單片機是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機基本一樣。</p><p>　　8031的主要性能包括:（1）與MCS-51位控制器產(chǎn)品系列兼容。（2）寬工作電壓范圍，VCC可為2.7V～6V。（3）全靜態(tài)工作，可從0Hz至16H

27、z。（4）128×8位內(nèi)部RAM。（5）32條可編程I/O線。（6）兩個16位定時器/計數(shù)器。（7）中斷結構具有5個中斷源和2個優(yōu)先級[4]。</p><p>　　2.2.1 8031內(nèi)部結構</p><p>　　8031內(nèi)部有8個部件組成，即CPU、時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲器、串行口、并行口（P0～P3）、定時計數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導體芯片上，即組成了

28、單片微型計算機[5]。內(nèi)部結構如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 8031的內(nèi)部結構</p><p>　?。?）CPU中央處理器</p><p>　　中央處理器是8031的核心，它決定了單片機的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。它的功能是產(chǎn)生控制信號，把數(shù)據(jù)從存儲器或輸入口送到CPU，或?qū)PU數(shù)據(jù)寫入存儲器或送到輸出端口。還可以對數(shù)

29、據(jù)進行邏輯和算術的運算。</p><p><b>　?。?）時鐘電路</b></p><p>　　8031內(nèi)部有一個頻率最大為12MHz的時鐘電路，它為單片機產(chǎn)生時鐘序列，但需要外接石英晶體做振蕩器和微調(diào)電容調(diào)整頻率。</p><p><b>　　（3）內(nèi)存</b></p><p>　　內(nèi)部存儲器可

30、分做程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，但在8031中無片內(nèi)程序存儲器。</p><p><b>　?。?）定時/計數(shù)器</b></p><p>　　8031有兩個16位的定時計數(shù)器，每個定時器和計數(shù)器都可以設置成定時的方式和計數(shù)的方式，但只能用其中的一個功能，以定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。</p><p><b>　?。?）并行I/O口&l

31、t;/b></p><p>　　MCS-51有四個8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。</p><p><b>　?。?）串行口</b></p><p>　　它有一個全雙工的串行口，它可以實現(xiàn)計算機間或單片機同其它外設之間的通信，該串行口功能較強，可以作為全雙工異步通訊的收發(fā)器，也可以作為同步移位器用。&

32、lt;/p><p><b>　　（7）中斷控制系統(tǒng)</b></p><p>　　8031有五個中斷源，既外部中斷兩個，定時計數(shù)器中斷兩個，串行中斷一個，全部的中斷分為高和低的兩個輸出級[6]。</p><p>　　2.2.2 8031引腳介紹</p><p>　　采用40管腳雙列直插式DIP封裝,引腳如圖2-3所示：<

33、/p><p>　　圖2-3 8031引腳圖</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　Vcc 40引腳 主電源引腳接+5V電壓；</p><p>　　Vss 20引腳 接地；</p><p>　　XTAL1 19腳 接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放

34、大器的輸入端，這個放大器構成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應懸浮。</p><p>　　RST/VPD 9腳

35、 當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復位。VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 ALE/PROG 30腳 當訪問外部存貯器時，AL

36、E（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。</p><p>　　PSEN 29腳 此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器

37、取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。 </p><p>　　EA/VPP 31引腳 當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器。當EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能

38、只選擇外部程序存儲器。 P0口 39腳32腳 是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負載。 P1口 腳至8腳 是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。</p><p>　　P2口 21腳至28腳 是準雙向8位I

39、/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。 P3口 10腳至17腳 是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載[7]。 作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。第二

40、功能如表1所示：</p><p>　　表1 P3口各引腳的第二功能</p><p>　　2.3 8031的系統(tǒng)擴展</p><p>　　8031具有很強的擴展功能，允許擴展各種外圍電路以補充片內(nèi)資源不足，適應特定應用的需要，擴展內(nèi)容包括數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、I/O接口等擴展結構。系統(tǒng)擴展圖如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 80

41、31系統(tǒng)擴展結構圖</p><p>　　在這里我們介紹外部地址鎖存器74LS373擴展芯片8255A。 </p><p><b>　　74LS373介紹</b></p><p>　　MCS-51單片機由于受引腳數(shù)的限制，數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，由P0口兼用。為了將它們分離出來，以便同單片機片外的擴展芯片正確的連接，需要在單片機外部增加地址鎖存器

42、。我們這本設計中使用74LS373。74LS373是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其引腳如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 鎖存器74LS373的引腳</p><p><b>　　其引腳的功能如下：</b></p><p>　　D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線</p><p>　　Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線</

43、p><p>　　LE：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，高電平有效。當該信號為高電平的時候，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。</p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當該信號為低電平的時候，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當該信號為高電平的時候，輸出線為高阻態(tài)[8]。</p><p><b>　　系統(tǒng)I/O接口擴展<

44、/b></p><p>　　由于我們采集的數(shù)據(jù)量較多，因此CPU的I/O口線不夠用，所以我們使用8255A擴展I/O口，以滿足系統(tǒng)的要求。8255A是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程并行I/O接口芯片。</p><p>　　1 8255A內(nèi)部結構 </p><p>　　8255A內(nèi)部由四部分電路組成。它們是A口、B口和C口，A組控制器和B組控制器，數(shù)據(jù)緩總線沖

45、器及讀寫控制邏輯，如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6 8255A的內(nèi)部結構</p><p>　?。?） A口、B口和C口。A口、B口和C口均為8位I/O數(shù)據(jù)口，但結構上略有差別。A口由一個8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成。B口由一個8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個端口都可以和外設相連，分別傳送外設的輸入/輸出數(shù)據(jù)或控制

46、信息。</p><p>　?。?） A、B組控制電路。這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。A組控制A口及C口的高4位，B組控制B口及C口的低4位。</p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)總線緩沖器。它是一個8位的雙向三態(tài)驅(qū)動器，用于與單片機的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或控制信息。</p><p>　?。?） 讀/寫控制邏輯。這部分電路接收MCS-51送來的讀

47、/寫命令和選口地址，用于控制對8255A的讀/寫[9]。</p><p>　　2 8255A的引腳功能</p><p>　　8255A有40條引腳，采用雙列直插式封裝。引腳如圖2-7所示：</p><p>　　圖2-7 8255A引腳圖</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)總線（8條）：</p><p>　　D0～D7:三

48、態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255A與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。</p><p>　?。?）控制總線（6條）：</p><p>　　RESET:復位信號，輸入高電平有效。一般和單片機的復位相連，復位后，8255A所有內(nèi)部寄存器清0，所有口都為輸入方式。</p><p>　　CS:片選信

49、號線，當這個輸入引腳為低電平時有效，表示芯片被選中，允許8255A與CPU進行通訊。</p><p>　　RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255A通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。</p><p>　　WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255A。</p><p>　　A0、A1：地址輸入線。這兩位的4種組合0

50、0、01、10、11分別用于選擇A、B、C口和控制寄存器。</p><p>　?。?）并行I/O總線（24條）：這些總線用于和外設相連，分別與A、B、C口相對應，用于8255A和外設之間傳送數(shù)據(jù)，共分三組：</p><p>　　PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　PB0～PB7:端口B輸

51、入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。</p><p>　　PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。</p><p>　?。?）電源線（2條）：VCC為＋5V電源線，允許變化±10%；GND為地線。</p><p><b>　　3 輸入輸出電路</b><

52、/p><p>　　自動存包柜的設計中輸入輸出部分是十分重要的一個環(huán)節(jié)，輸入輸出系統(tǒng)就是人與計算機之間建立聯(lián)系，交換信息的設備，即人機交互設備。在這里我們需要輸入存包取包命令，檢測箱內(nèi)是否有物體，在顧客需要的時候檢測密碼，并自動打開柜門，還需要顯示是否有空箱以及空箱的位置，來為顧客提供選擇。</p><p><b>　　3.1鍵盤設計</b></p><

53、p>　　鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。該系統(tǒng)中鍵盤的主要功能是用于顧客選擇適當?shù)陌翊姘冒存I來控制柜門的打開，鍵盤是用8031單片機經(jīng)74LS373擴展一片8255A構成鍵盤借口電路的。</p><p>　　鍵盤的閉合與否，映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，相反如果高電平表示斷開的話，那么低電平就表示鍵閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的

54、檢測，便可以確認按鍵按下與否。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。我們在這里選用矩陣式鍵盤接口，如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 矩陣式鍵盤</p><p>　　矩陣式鍵盤工作原理：按鍵設置在行、列線交點上，行列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V電源上。平時無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線

55、電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平；列線電平如果為高，則行線電平也為高電平。這是識別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列 線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵在行和列的電平，因此各按鍵彼此將互相發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置[10]。</p><p>　　鍵盤實際是一組按鍵開關的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預命令和數(shù)據(jù)的接口設備這里我們選用

56、4*4矩陣鍵盤接口，用14個按鍵控制箱門的打開，其中，數(shù)字鍵10個，分別為0~9，功能鍵4個，“ON/C”表示存包鍵，“=”表示取包鍵，“+”表示確定鍵，“—”表示取消鍵。如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 4*4矩陣鍵盤</p><p>　　該鍵盤工作方式采用的是外部中斷掃描，中斷式鍵盤掃描原理是：當有鍵按下將會觸發(fā)一個中斷源，提醒處理器進行鍵值掃描查詢。鍵盤的中斷方式一般有

57、定時中斷和外部中斷兩種，本系統(tǒng)采用的是外部中斷INT0。單片機先讓行線輸出低電平，當有鍵按下時列線電平不全為高，將觸發(fā)外部中斷 INT0，單片機進入中斷后先延時去抖動，再掃描查尋鍵盤，讀出鍵值，然后處理相應的鍵值處理子程序，無鍵按下則不進入中斷，單片機不掃描，從而節(jié)約了大量的資源[11]。</p><p><b>　　3.2顯示系統(tǒng)設計</b></p><p>　　為

58、了使操作人員及時掌握生產(chǎn)情況，在一般的微型計算機控制系統(tǒng)或者智能儀器當中，都配有顯示程序。常用的顯示器件有：①顯示和記錄儀表，②CRT顯示終端，③LED或者LCD顯示器，④大屏幕顯示器。本次設計所采用的是LED數(shù)碼管。</p><p>　　LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成，由于材料的不同，可以發(fā)出各種單色光線。根據(jù)發(fā)光二極管內(nèi)部的連接方式不同，又有共陰極或共陽極兩種形式。如圖3-3所示：</p>&l

59、t;p>　　共陰極 共陽極</p><p>　　圖3-3 LED顯示器</p><p>　　LED數(shù)碼管具有結構簡單，體積小，功耗低，響應速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高等優(yōu)點。本次設計我們使用兩個4位數(shù)碼管來顯示8位密碼，數(shù)碼管如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 4位數(shù)碼顯示管</p&

60、gt;<p>　　3.3 輸出系統(tǒng)功能擴展</p><p>　　由于本人能力有限，考慮不周，此次設計的存包柜與實際應用的自動存包柜相差甚遠，功能不全，而且還存在一些問題。按實際應用中，根據(jù)各種需要，可以在此設計基礎上進行擴展。如：</p><p>　?。?）限位開關：利用電磁鐵或可控硅、電磁耦合器，再加上一些機械裝置，就能實現(xiàn)柜門的自動開關。</p><p

61、>　?。?）光電開關：對存包柜進行檢測，實時顯示無物的箱號。</p><p>　?。?）打印機：將產(chǎn)生的隨機密碼打印出來。</p><p>　?。?）語音服務：用戶存取包時，語音致詞“歡迎使用”、“請關門”、“謝謝使用”等。</p><p>　?。?）報警服務：用戶忘記關門時，提醒顧客關門。</p><p>　　4 系統(tǒng)程序設計及仿真&

62、lt;/p><p>　　為了使本系統(tǒng)的整個程序清晰明白，便于調(diào)試和修改，程序設計時把系統(tǒng)的各種功能分為若干部分，于每一部分功能編制相對獨立的程序塊，對各程序在運行的時候各負其責。</p><p>　　4.1 主程序模塊設計</p><p>　　該模塊的功能包括顯示的初始化，判斷是否有空箱，鍵盤掃描，密碼掃描等功能。存儲柜通上電以后，單片機上電，首先進行程序的初始化，包括

63、定時器，外部中斷等初始化，以及各參數(shù)初始值的設定。默認存儲柜為初始狀態(tài)，根據(jù)存包指令，掃面計數(shù)器的存儲包狀態(tài)，用數(shù)碼管顯示存儲柜號和密碼。主流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2鍵輸入子程序模塊</p><p>　　鍵盤采用掃描工作方式,輸入程序功能有以下4個方面：</p><p>　　

64、(1) 判斷鍵盤上有無鍵閉合，其方法為掃描口PA0～7輸出全“0”，讀PC口的狀態(tài)，若PC0～3為全“1”（鍵盤上行線全為高電平）則鍵盤上沒有閉合鍵,若PC0～3不全為“1”，則有鍵處于閉合狀態(tài)。</p><p>　　(2) 去除鍵的機械抖動，其方法為判斷出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時間再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認為鍵上有一個鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認為是鍵的抖動。</p><p>

65、;　　(3) 判別鍵閉合的鍵號，方法對鍵盤的列線進行掃描，掃描口PA0～7依次輸出：</p><p>　　相應的依次讀PC口的狀態(tài)，若PC0～3為全“1”則列線為“0”的這一列上沒有鍵閉合。閉合鍵的鍵號等于為低電平的列號加上為低電平的行的首鍵號。</p><p>　　(4) 使CPU對鍵的一次閉合僅做一次處理，采用的方法為等待閉合鍵釋放后在作處理。</p><p>

66、　　流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 鍵輸入子程序流程圖</p><p><b>　　4.3 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　本設計我們采用Proteus仿真，軟件調(diào)試先將事先編寫好的各模塊部分程序?qū)懭敕抡孳浖锏膯纹瑱C中，然后通過Proteus仿真軟件進行仿真。如有錯誤或?qū)崿F(xiàn)不了預想的功能，則需要對程序進行修改以達到

67、設計的最終要求。此次設計中，燈亮表示柜中存有物品，燈滅表示柜空。</p><p>　　（1）各元器件的連接圖，如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 各元器件的連接</p><p>　?。?）按“ON/C”鍵（即存包鍵），數(shù)碼管顯示8位隨機密碼，作為取包時的核對密碼，然后密碼消失，對應的發(fā)光二極管亮，即可存包。仿真結果如圖4-4,4-5所示：</p>

68、;<p>　　圖4-4 產(chǎn)生8位隨機密碼</p><p>　　圖4-5 燈亮，對應柜子可存包</p><p>　?。?）按“=”鍵（即取包鍵），顯示取包狀態(tài)，輸入密碼后，按“+”確定，系統(tǒng)需要對密碼與原先保存的密碼進行比較，如果密碼正確，對應的發(fā)光二級管熄滅，即可取包。如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 密碼正確，燈滅，即可取包</p

69、><p><b>　　結 束 語</b></p><p>　　在做畢業(yè)設計這短短的幾個月當中，我不僅鞏固了以前學到的專業(yè)知識，更重要的是也學到了許多新知識，在本系統(tǒng)中，基本模擬了超市存包的功能，以8031為核心CPU進行系統(tǒng)任務調(diào)度，內(nèi)部的隨機數(shù)模塊、發(fā)光二極管模塊、箱子模擬模塊和鍵盤輸入模塊，通過系統(tǒng)主程序來調(diào)度實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能。從而了解了51系列單片機的具體使用，

70、加深了對 LED數(shù)碼管、發(fā)光二極管、矩陣鍵盤等常規(guī)元件的使用。也學會了設計一個系統(tǒng)的步驟、方法和設計思想。在畢業(yè)設計之初，首先尋找素材，確定選題，從中知道這次設計的目的、要求以及要完成的工作。開題之后進入資料 檢索階段，通過在網(wǎng)上及圖書館查找資料，了解了自動存包控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況以及現(xiàn)狀，從中得到了許多對我們設計有用的東西，并最終確定一套方案。此方案是利用單片機來實現(xiàn)的，所以翻閱了大量的單片機書籍。因為以前的學習是圍繞51系列的單片機，

71、所以此次設計我選擇8031為CPU。在圖書館和和網(wǎng)站上查到了好多的單片機和傳感器方面的知識，這對設計是很有必要的，它對后面的工作有很大的幫助。當然設計總是在不斷的改進和完善中完成的，每一個器件的選擇都要有很多的考慮。在本次設計中也不斷的更換新的器件</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]劉德營,張志霞,李志偉.單片機原理及接口技

72、術[M].北京:中國水利水電出版社,2006:1~ 54,90~121. </p><p>　　[2]潘新民,王燕芳.微型計算機控制技術[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003:71~99,360~364.</p><p>　　[3]宋浩,田豐.單片機原理及應用[M].北京:清華大學出版社,2005:1~39,134~179.</p><p>　　[4]薛棟梁.MCS

73、-51/151/251單片機原理與應用[M].北京:中國水利水電出版社,2001: 254~ 261. </p><p>　　[5]王路茜.電子設計技術[J].維普中文期刊.2006年02期. </p><p>　　[6]方佩敏.新編傳感器原理應用電路詳解[J].北京:電子工業(yè)出版社,1994:112~117.</p><p>　　[7]何立民.單片機應用系統(tǒng)設計[

74、M].北京:北京航空航天大學出版社,2002:97~104,149~156.</p><p>　　[8]姜德譚,范茂軍.新編電子電路大全[M].北京:計量出版社,1985:90~121. </p><p>　　[9]丁元杰.單片微機原理及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003:40~77. </p><p>　　[10]何立民.單片機應用技術選編[M].北京:北

75、京航空航天大學出版社,1997:100~103.</p><p>　　[11]李廣第.單片機基礎[M].北京:北京航空航天大學,1999:90~148. </p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　主程序清單</b></p><p><b>　　ORG 0

76、0H</b></p><p>　　JMP MAIN</p><p><b>　　ORG 23H</b></p><p>　　JMP COM-INT</p><p><b>　　主程序開始</b></p><p><b>　　ORG 30H&

77、lt;/b></p><p>　　MAIN: MOV SP,#30H</p><p>　　LCALL REST</p><p>　　LCALL COMM</p><p><b>　　JMP $</b></p><p><b>　　初始化</b><

78、;/p><p>　　REST: MOV P0,#00H</p><p>　　MOV P2,#255</p><p>　　CLR BEEP</p><p>　　MOV P1,#255</p><p><b>　　RET</b></p><p>&l

79、t;b>　　串口初始化</b></p><p>　　設置串行口工作方式1，定時器1作為波特率發(fā)生器</p><p>　　波特率設置為 2400 ；</p><p>　　COMM: MOV TMOD,#20H</p><p>　　MOV TL1,#0F3H</p><p>　　MOV T

80、H1,#0F3H</p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB ES</b></p><p>　　MOV PCON,#00H</p><p>　　MOV SCON,#50H</p><p>　　SETB TR1&

81、lt;/p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　串口中斷服務程序</b></p><p>　　COM_INT: CLR ES</p><p><b>　　CLR RI</b></p><p>　　MOV A,SBUF<

82、;/p><p><b>　　MOV P1，A</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　CJNE A,#0FFH,IN-1</p><p>　　MOV SBUF,#255</p><p>　　JNB TI,$</p><p>

83、;<b>　　CLR TI</b></p><p><b>　　SETB ES</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　IN-2： CJNE A,#2，IN-3</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</

84、p><p>　　MOV SBUF,A</p><p>　　JNB TI,$</p><p><b>　　CLR TI</b></p><p><b>　　SETB ES</b></p><p><b>　　RETI</b></p>

85、<p>　　IN-3： MOV A,#03H</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV SBUF,A</p><p>　　JNB TI,$</p><p><b>　　CLR TI</b></p><p><b&g

86、t;　　SETB ES</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　TAB: DB '2','H','E','J'</p><p><b>　　END</b></p><p>

87、<b>　　鍵輸入字程序清單：</b></p><p>　　KEYI: ACALL KS1</p><p>　　JNZ LK1</p><p>　　NI: ACALL DIR</p><p>　　AJMP KEYI</p><p>　　LK1：

88、 ACALL DIR</p><p>　　ACALL DIR</p><p>　　ACALL KS1</p><p>　　JNZ LK2</p><p>　　ACALL DIR</p><p>　　AJMP KEYI</p><p>　　LK

89、2： MOV R2,#0FEH</p><p>　　MOV R4，#00H</p><p>　　LK4： MOV DPTR,#7F01H</p><p>　　MOV A,R2</p><p>　　MOVX @DPTR,A </p><p>　　INC

90、 DPTR</p><p>　　INC DPTR</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　JB ACC.0，LONE</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　AJMP LKP</p><p

91、>　　LONE: JB ACC.1,LTWO</p><p>　　MOV A,#08H</p><p>　　AJMP LKP</p><p>　　LTWO: JB ACC.2，LTHR</p><p>　　MOV A,#08H</p>

92、<p>　　AJMP LKP</p><p>　　LTHR: JB ACC.3，NEXT</p><p>　　MOV A,#18H</p><p>　　LKP: ADD A,R4</p><p>　　PUSH A</p>&l

93、t;p>　　LK3： ACALL DIR</p><p>　　ACALL KS1</p><p>　　JNZ LK3</p><p>　　POP A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　NEXT:

94、 INC R4</p><p>　　MOV A,R2</p><p>　　JNB ACC.7,KND</p><p>　　RL A</p><p>　　MOV R2,A</p><p>　　AJMP LK4</p><p>

95、　　KND: AJMP KEYI</p><p>　　KS1: MOV DPTR,#7F01H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　INC DPTR</p><p&g

96、t;　　INC DPTR</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　CPL A</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　8255A工作

97、：</b></p><p>　　MOV A,#90H</p><p>　　MOV DPTR,#0FF7H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV DPTR,#0FF7CH</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p>

98、<p>　　MOV DPTR,#0FF7DH</p><p>　　MOV A,#DATA1</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV DPTR,#0FF7EH</p><p>　　MOV A,#DATA2</p><p>　　MOVX

99、 @DPTR,A</p><p><b>　　顯示子程序：</b></p><p>　　MOV DPTR,#8000H</p><p>　　MOV A,#01H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　ACALL F-BUSY</

100、p><p>　　MOV A,#30H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　ACALL F-BUSY</p><p>　　MOV A,#0EH</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL

101、 F-BUSY</p><p>　　MOV A,#4AH</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL F-BUSY</p><p>　　STORE: SETB VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;&

102、lt;/p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CLR VSDA;

103、</p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CLR VSDA;</p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b&g

104、t;</p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CLR VSCL;</p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　STOP: CLR VSDA;</p><p>　　SETB

105、 VSCL;</p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　SETB

106、 VSDA;</p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CL

107、R VSDA;</p><p>　　CLR VSCL;</p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　MACK: CLR VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;</p><p>&

108、lt;b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CLR VSCL;</p><p&

109、gt;　　SETB VSDA;</p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　MNACK: SETB VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;</p><p><b>　　NOP;</b></p><p>

110、;<b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CLR VSCL;</p><p>　　CLR VSDA;</p><p><b>　

111、　RET;</b></p><p>　　CACK: SETB VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;</p><p>　　CLR F0;</p><p>　　MOV C,VSDA;</p><p>　　JNC CEND;<

112、;/p><p>　　SETB F0;</p><p>　　CEND: CLR VSCL;</p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　WRBYT: MOV R0，#08H;</p><p>　　WLP:

113、RLC,A;</p><p>　　JC WR1;</p><p>　　AJMP WR0;</p><p>　　WLP1： DJNZ R0，WLP;</p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　WR1： SETB

114、 VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;</p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;&l

115、t;/b></p><p>　　CLR VSCL;</p><p>　　CLR VSDA;</p><p>　　AJMP WLP1;</p><p>　　WR0： CLR VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;</p>&l

116、t;p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p><b>　　NOP;</b></p><p>　　CLR VSCL;</p>&

117、lt;p>　　AJMP WLP1;</p><p>　　RDBYT: MOV R0,#08H;</p><p>　　RLP: SETB VSDA;</p><p>　　SETB VSCL;</p><p>　　MOV C,VSDA;</p><p>

118、;　　MOV A,R2;</p><p>　　RLC A;</p><p>　　MOV R2，A;</p><p>　　CLR VSCL;</p><p>　　DJNZ R0，RLP;</p><p><b>　　RET;</b></p

119、><p>　　WRNBYT: MOV R3，NUMBYT;</p><p>　　LCALL STA;</p><p>　　MOV A,SLA;</p><p>　　LCALL WRBYT;</p><p>　　LCALL CACK;</p><

120、p>　　JB F0，WRNBYT;</p><p>　　MOV R1，#MTD;</p><p>　　WRDA: MOV A,@R1;</p><p>　　LCALL WRBYT;</p><p>　　LCALL CACK;</p><p>　　JB

121、 F0，WRNBYT;</p><p>　　INC R1;</p><p>　　DJNZ R3，WRDA;</p><p>　　LCALL STOP;</p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　RDNBYT: MOV

122、R3，NUMBYT;</p><p>　　LCALL STA;</p><p>　　MOV A,SLA;</p><p>　　LCALL WRBYT;</p><p>　　LCALL CACK;</p><p>　　JB F0，RDNBYT;</p>&l