【正文】 ...................................................................................................... 39 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ......................................................................................................... 41 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試 ......................................................................................................... 43 總 結(jié) ........................................................................................................................................ 47 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 51 致 謝 ........................................................................................................................................ 53 附 錄 ........................................................................................................................................ 55 1 第 1章 緒 論 1． 1 題目來(lái)源及意義 近年來(lái)，隨著生活水平 的提高，人們對(duì)于社會(huì)消費(fèi)品的質(zhì)量和數(shù)量的要求也在逐漸增加。為了更好的為廣大顧客服務(wù)，在一些商場(chǎng)、影院、超市等公共場(chǎng)合通常設(shè)置有自動(dòng)存包柜，它具有功能實(shí)用、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。顧客可以根據(jù)簡(jiǎn)明清晰的操作說(shuō)明自行的完成取物品的工作，自助式存取可以避免開(kāi)放式存包帶來(lái)的不必要的糾紛，又可以節(jié)約人員開(kāi)支，達(dá)到減員增效的目的。同時(shí)，存包可以解放顧客的雙手，使顧客放開(kāi)雙手，更方便的進(jìn)行購(gòu)物。 單片機(jī)一詞最初是源于 SingleChipMicroputer”，簡(jiǎn)稱 SCM。在單片機(jī)誕生時(shí)，SCM 是一個(gè) 準(zhǔn)確、流行的稱謂，“單片機(jī)”一詞準(zhǔn)確地表達(dá)了這 — 概念。隨著 SCM 在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來(lái)準(zhǔn)確表達(dá)其內(nèi)涵。國(guó)際上逐漸采用 MCU(MicroControllerUnit” )來(lái)代替，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。在國(guó)內(nèi)因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”一詞已約定俗成，故而繼續(xù)沿用。 單片機(jī)按其內(nèi)部中央處理器 CPU(CentralProcessingUnit)的字長(zhǎng)分為 1位機(jī)、 4位機(jī)、 8位機(jī)、 16 位機(jī)等。從 1976 年 8 位單片機(jī)誕生以來(lái)，單片機(jī)領(lǐng)域中一直是以 8位機(jī)為主流機(jī)型， 預(yù)計(jì)這種情況還將繼續(xù)下去。因此我們以 Intel 公司的 8 位機(jī)為例來(lái)談?wù)剢纹瑱C(jī)的發(fā)展歷史。 —— 單片機(jī)階段 (1976 午～ 1978 年 )。這階段的任務(wù)是探索計(jì)算機(jī)的單芯片集成。以 Intel 公司的 MCS— 48為代表，其 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、I/O 端口、時(shí)鐘以及指令系統(tǒng)都是按嵌入式系統(tǒng)要求專門(mén)設(shè)計(jì)的。 2．第二階段 —— 單片機(jī)的完善階段 (1978 年一 1982 年 )。計(jì)算機(jī)的單芯片集成探索取得成功后，隨后的任務(wù)就是要完善單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。作為這一階段的典型代表是 Inlel公司將 MCS— 48向 MCS— 5l 系列的過(guò)渡。它在以下幾個(gè)重要方面奠定了單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。 (1)完善的外部總線。有 8位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。 (2)CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 (3)設(shè)置面向工控的位地址空間及位操作方式。 (4)指令系統(tǒng)突出控制功能。 李少鵬：基于單片機(jī)的自動(dòng)存包系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 3．第三階段 —— 微控制器形成階段 (1983 年一 1990 年 )。這一階段單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向是滿足測(cè)控對(duì)象要求的外圍電路的增強(qiáng)，如 A／ D轉(zhuǎn)換、 D／ A 轉(zhuǎn)換、高速 I／ O口、WDT(程序監(jiān)視定時(shí)器 )、 DMA（ 高速數(shù)據(jù)傳輸）等，強(qiáng)化了智能控制的特征。 4．第四階段－－微控制器全面發(fā)展階段 (1990 年以后 )。即當(dāng)前的單片機(jī)時(shí)代，其顯著特點(diǎn)是百花齊放、技術(shù)創(chuàng)新。單片機(jī)正在滿足各個(gè)方面的需求．從玩具、小家電、工程控制單元到機(jī)器人、智能儀表，過(guò)程控制，個(gè)人信息終端等無(wú)所不能。 1． 2 自動(dòng)存包柜課題的發(fā)展 與現(xiàn)狀 電子存包柜又名自動(dòng)存包柜、電子寄存柜，是 20 世紀(jì)嵌入式計(jì)算機(jī)快速發(fā)展后在傳統(tǒng)寄存行業(yè)的一大應(yīng)用。從外觀和用途來(lái)看，電子存包柜屬于家具類別中的鋼制家具。從實(shí)現(xiàn)方式和功能上來(lái)看，電子存包柜屬于電子專用設(shè)備。電 子存包柜主要由以下幾種類型： (1)機(jī)設(shè)條碼式電子存包柜 存物時(shí)：按“存”鍵，寄存柜自動(dòng)打印一張密碼條，機(jī)器語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對(duì)應(yīng)的箱門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，存好后關(guān)上箱門(mén)。取物時(shí)：直接將條碼紙?jiān)趻呙杩趻呙?，?duì)應(yīng)的箱門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取完物品后關(guān)好箱門(mén)。” (2)指紋式電子存包柜 以使用者指紋作為寄存的憑證；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤(pán)中的“存”鍵，然后在指紋采集窗里采集指紋，機(jī)器會(huì)把該指紋與分配給使用者使用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下 ，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)該箱，供使用者存物，存完后使用者自己關(guān)好箱門(mén)；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤(pán)中的“取”鍵，然后在指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(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開(kāi)該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、指紋以備查詢）。 (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；當(dāng)使用者進(jìn)行存物操作時(shí)，須先按一下操作鍵盤(pán)中的“存”鍵再刷卡（即讓寄存柜讀取卡號(hào)），寄存柜先識(shí)別是否為該場(chǎng)所的 IC 卡，若不是則拒絕存物；若是，機(jī)器會(huì)把該卡號(hào)與分配給使用者使 用的寄存箱的箱號(hào)結(jié)合起來(lái)，并將信息自動(dòng)記錄下，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)該箱，供使用者存物，存完后自己關(guān)好箱門(mén)；取物時(shí)，只需須先按一下操作鍵盤(pán)中的“取”鍵再刷卡，寄存柜將讀取的卡號(hào)與先前記錄下的進(jìn)行比對(duì)，正確后才會(huì)打開(kāi)該箱供使用者取物（同時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間、卡號(hào)以備查詢） 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 4)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(luò)通訊模塊，上位機(jī)管理軟件等，以實(shí)現(xiàn)寄存狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，分段收費(fèi)，報(bào)表打印等功能。 現(xiàn)在公共場(chǎng)所應(yīng)用比較廣泛。因此，研 制出一種能自動(dòng)存包的裝置有很重大的意義，我所研究的就是這方面的課題。 1． 3 本 課題的 目標(biāo)與任務(wù) 本系統(tǒng)采用的單片機(jī)做控制器，可以同時(shí)管理多個(gè)存包柜。柜門(mén)鎖由繼電器控制，當(dāng)顧客需要存包的時(shí)候，可以自行到存包柜前按“開(kāi)門(mén)”鍵，需要顧客向系統(tǒng)輸入個(gè)指紋，然后通過(guò)繼電器進(jìn)行開(kāi)門(mén)（用亮燈表示），顧客即可存包，并需將柜門(mén)關(guān)上。當(dāng)顧客需要取包時(shí)，要將只要將之前輸入的指紋放置于指紋識(shí)別器前方，指紋識(shí)別器采集到指紋信息輸出相應(yīng)的高低電平信號(hào)傳給單片機(jī)，系統(tǒng)比較密碼一致后，發(fā)出開(kāi)箱信號(hào)至繼電器將柜門(mén)打開(kāi)，顧客即可將包取出。 相比較條形碼掃描和 IC 卡的自動(dòng)存包柜相比，指紋識(shí)別的優(yōu)勢(shì)在于在整個(gè)存包過(guò)程中無(wú)附帶的物品，不怕因?yàn)閬G失而導(dǎo)致無(wú)法取包，所以我覺(jué)得指紋識(shí)別在現(xiàn)今的各類存包柜中有很明顯的發(fā)展前景。 李少鵬：基于單片機(jī)的自動(dòng)存包系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2章 系統(tǒng)方案論證與器件的選擇 2． 1 主控模塊方案選擇 采用 DSP+FPGA 方案 指紋識(shí)別追求的主要指標(biāo)為高識(shí)別率、實(shí)時(shí)性和大詞匯量；而對(duì)于一個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)，還應(yīng)考慮軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、外圍控制靈活、人機(jī)交互便捷等特點(diǎn)。 現(xiàn)在應(yīng)用于語(yǔ)音識(shí)別的芯片主要為 DSP(數(shù)字信號(hào)處理器 )芯片：如 TI 公司的 TMS320 系列。然而 , 將DSP 芯片用于小型語(yǔ)音指紋系統(tǒng)中 , 其不足之處是很明顯的：引腳多、 價(jià)格貴、 使用繁瑣 ?？刂乒δ苋?，常需要與單片機(jī)或 FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 )結(jié)合 , 來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互 。 常需要外接 A /D 轉(zhuǎn)換芯片；引腳為 3. 3 V，與單片機(jī)、 FPGA、 F lash 存儲(chǔ)器等連接時(shí)，要考慮電平匹配。這些將使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大 ,設(shè)計(jì)繁瑣 。 采用 51單片機(jī)方案 采用 MCS51 系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)， 選用 AT89S52芯片作為主要的控制模塊。該芯片中共有四塊用來(lái)跟外接電路連接。滿足了我本次設(shè)計(jì)的基本要求，所我選擇 51單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的方案 采用 61單片機(jī)方案 1. 電源區(qū)： 61 板采用 3 節(jié)五號(hào)電池進(jìn)行供電，由 J10 接入，在 61 板上，前后兩組電容用來(lái)耦合濾波，使其供給芯片的電電源接反源更加的干凈平滑。為了獲得標(biāo)準(zhǔn)的 電壓，在板子上加入 SPY0029A 三端穩(wěn)壓管。 兩 CE 基個(gè)二極管，是為了防止誤將電源接反造成不必要的損失而設(shè)置的，在操作中千萬(wàn)不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^(guò)一定的值，二極管將會(huì)被損壞 ，達(dá)不到保護(hù)的目的。后面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為減少電磁干擾設(shè)置的。 2. 程序下載區(qū)： I本運(yùn)作方式是通過(guò)控制 clock 及通過(guò) ICE 喂食指令方式，老來(lái)控制 cpu的運(yùn)行及緩存器資料和內(nèi)存資料的存取，因此必須透過(guò)控制緩存器值得設(shè)定來(lái)控制目前cpu 的動(dòng)作。 3. 音頻輸入部分：在 61板上， MICP 和 MICN 將隨著 MIC 產(chǎn)生的波形變化，并在兩個(gè)端口處形成兩路反想的波形，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大，把放大的語(yǔ)音信號(hào)交給 ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這個(gè)時(shí)候我們就可以通過(guò)單片機(jī)編程對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如說(shuō)語(yǔ)音數(shù)據(jù)壓 縮、語(yǔ)音識(shí)別樣本處理。 是語(yǔ)音輸出接口，一個(gè)放大，然后輸出， SPY0030A 放大，然后輸出。 李少鵬：基于單片機(jī)的自動(dòng)存包系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 與周邊：這就是整塊板子的大腦，所有控制信息都是從這里發(fā)出的，那些周邊器件用來(lái)協(xié)助 SPCE061A 單片機(jī)正常工作。 6．鍵控區(qū)：采用這幾個(gè)按鍵我們可以做一些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，比如說(shuō)當(dāng)板子里下載了復(fù)讀機(jī)的程序，按這幾個(gè)按鍵就可以分別用來(lái)進(jìn)行錄音、暫停和播放。 ：這里是由幾個(gè)簡(jiǎn)單的電子元器件組成，當(dāng)按下這里面的按鍵后，單片機(jī)就重新開(kāi)始工作，也可以說(shuō)成是單片機(jī)里的程序從第 一條開(kāi)始重新運(yùn)行。 ：用于對(duì)外掛硬件的控制，或者獲取外部硬件的一些狀態(tài)以便 SPCE061A 來(lái)進(jìn)行處理。 2． 2 輸入端方案的選擇 機(jī)設(shè)條碼式電子存包柜 方案 存物時(shí)：按“存”鍵，寄存柜自動(dòng)打印一張密碼條，機(jī)器語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取密碼條”。使用者抽出密碼紙，對(duì)應(yīng)的箱門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，存好后關(guān)上箱門(mén)。取物時(shí)：直接將條碼紙?jiān)趻呙杩趻呙瑁瑢?duì)應(yīng)的箱門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。語(yǔ)音提示：“請(qǐng)取完物品后關(guān)好箱門(mén)。” 設(shè)計(jì)如下 根據(jù)“自動(dòng)存包”這一目的要求，做如下設(shè)計(jì)安排： 第一部分： CPU 核心控制部分，由單片 機(jī) 803復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等構(gòu)成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。 第二部分：鍵盤(pán)顯示控制部分。對(duì) 3 個(gè)數(shù)碼管和 2 個(gè)按鍵進(jìn)行管理， 3個(gè)數(shù)碼管用于顯示兩位柜號(hào)和 3 位密碼， 12 個(gè)按鍵分別為 10 個(gè)數(shù)字鍵和 2 個(gè)功能鍵。通過(guò)這些鍵盤(pán)，用戶就可以完成所有的操作。 第三部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。它是通過(guò) 8051 的并行口擴(kuò)展一片 8255A 芯片，并通過(guò) 8255A控制 20 個(gè)燈的狀態(tài)（亮滅）來(lái)模擬柜子的存包取包的過(guò)程。 軟件部分主要采用我們自己設(shè)定的一種與柜號(hào)相關(guān)聯(lián)的算法來(lái)產(chǎn)生一組 3 位的隨機(jī)密碼，而密碼的產(chǎn)生、核對(duì)過(guò)程就對(duì)應(yīng)存包、取包的過(guò)程 。 系統(tǒng)框圖如圖 所示 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 系統(tǒng)框圖 主要核心器件有： AT89C51，打印機(jī)，條形碼掃描系統(tǒng)，光電開(kāi)關(guān)，電磁閥等。 主程序模塊 該模塊的功能包括顯示的初始化，判斷是否有空箱，鍵盤(pán)掃描，密碼掃描等功能。 本次設(shè)計(jì)的流程圖如圖 ，首先先檢測(cè)所有的空箱數(shù)目，然后根據(jù)按鍵判斷狀