【文章內(nèi)容簡介】 制系統(tǒng)借鑒分布式并行計算系統(tǒng)的設(shè)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(wǎng)絡(luò)。使用 IIC串行通訊協(xié)議互相通訊。 5． 用戶管理模塊 該模塊主要實現(xiàn)用戶輸入數(shù)據(jù)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的輸入，輸出方式為數(shù)碼管和蜂鳴器輸出，或者液晶屏輸出。 6． 執(zhí)行電機控制模塊 該模塊主要實現(xiàn)對主控命令的檢測、分析、應(yīng)答，從而確定執(zhí)行電機的矩陣位置，并啟動相應(yīng)的電機，驅(qū)動雙螺旋出貨機構(gòu)，完成自動售貨。 7. 電氣控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（見圖 22） 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 圖 22電氣控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 自動售貨機的工作要求 自動售貨機能銷售五種商品： A， B， C， D， E 假設(shè)每種商品數(shù)量無限。 自動售貨機允許投入 1元、 2 元、 5元硬幣： 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； 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 。 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(nèi) 1元和 2 元的找零硬幣無限。 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新的硬幣。 每次投幣時間有限制，設(shè)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(shù)不足處理，退還全部硬幣。或者在設(shè)定時 間內(nèi)，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(shù)處理，退還全部硬幣。 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 。 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。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 第 三 章 自動售貨機的單片機控制 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(qū)動電路必不可省，同時用單片機可以實現(xiàn)對步進電機的走步數(shù)，轉(zhuǎn)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 31 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(xiàn)步進電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。 圖 31兩臺步進電機控制接口示意圖 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 第四章 自動售貨機系統(tǒng)硬件設(shè)計 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(jīng)過運算分析處理后單片 機一邊將數(shù)據(jù)傳給數(shù)碼管進行顯示，一邊通過 8255控制電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為電信號，直接啟動報警裝置。 系統(tǒng)設(shè)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 圖 41 系統(tǒng)設(shè)計框圖 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(zhuǎn)動的方向以及圈數(shù)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 42所示 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 圖 42步進電機的控制 如 ：若要推動商品 E需要先轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)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。 復位電路 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 MCS51單片機的時鐘頻率為 12MHz，則復位脈沖寬度至少應(yīng)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 圖 43自動上電復位電路 圖 44 人工按鈕復位電路 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 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 平，單片機開始正常工作。 人工按鈕復位 的工作原理是：按鈕按下后，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。 本次單片機采用自動上電復位電路。 74LS373 74LS373 是一種帶輸出三態(tài)門的 8D 鎖存器。 1D~8D 為 8個輸入端， 1Q~8Q 為 8個輸出端。 G 為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸入鎖存器中 OE 為輸出允許端：當 OE 為“ 0”時，三態(tài)門打開：當 OE 為“ 1”時，三態(tài)門關(guān)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 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 OE 接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。 圖 45 74LS373引腳圖 4LS373 的工作方式如表 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 表 4LS373的工作方式 Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Qo X X H Z* H = 高電平 L = 低電平 Z = 高阻抗 X = 無 單片機引腳介紹 本次設(shè)計采用 89C51 單片機，其引腳如圖 46所示 圖 46 89C51單片機引腳 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 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。 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。 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(shù)據(jù)總線。 P1 口可作為準雙向 I/O 口使用。 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 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。 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 ： 表 P3口的第二功能定義 引腳 第二功能 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0 外部終端 0請求輸入端 ,低電平有效 INT1 外部終端 1請求輸入端 ,低電平有效 T0 定時器 /計數(shù)器 0技術(shù)脈沖輸入端 T1 定時器 /計數(shù)器 1技術(shù)脈沖輸入端 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選 通信號輸入端 ,低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端 ,低電平有效 9 引腳（ RST）是單片機的復位信號線。上電復位和手動復位，當該引腳上持續(xù)兩個機器周期的高電平后，就可以實現(xiàn)復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。 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(nèi)部，它是片內(nèi)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。 19 引腳是單片機的 XTAL1 端口，接外部晶振的一端。在單片機內(nèi)部 ，它是一個反向放平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)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。 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(shù)據(jù)總線從 P0口讀取指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間， PSEN 信號將不會出現(xiàn)。 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。 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(nèi)程序存儲器。 驅(qū)動電路的選擇 方案一 使用功率場效應(yīng)管的單電壓功放電路 單電壓功率放大電路是步進電機控制中最簡單的一種驅(qū)動電路，圖十一是一相繞組驅(qū)動電路的原理圖（其他各相繞組的驅(qū)動電路與此相同）。圖中， T 是功率場效應(yīng)管， L1是步進電機一相繞組電感， RD 為場效應(yīng)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(chǎn)生電流 v01 為低電平時， T 截至， L1 中的電流消失。所以場效應(yīng)管工作在開關(guān)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(chǎn)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(chǎn)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