【文章內(nèi)容簡介】 制系統(tǒng)借鑒分布式并行計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，分 3個(gè)模塊獨(dú)立開發(fā)，包括主控模塊、用戶管理模塊、 執(zhí)行電機(jī)控制模塊。整個(gè)控制系統(tǒng)組成 1個(gè)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(shí)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(kuò)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(jī)控制模塊 該模塊主要實(shí)現(xiàn)對主控命令的檢測、分析、應(yīng)答，從而確定執(zhí)行電機(jī)的矩陣位置，并啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)雙螺旋出貨機(jī)構(gòu)，完成自動(dòng)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(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dòng)售貨機(jī)的工作要求 自動(dòng)售貨機(jī)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(dòng)售貨機(jī)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(jià)時(shí)，機(jī)器送出需要的商 品； 若總幣值大于顧客需要的商品單價(jià)時(shí)，機(jī)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(jià)時(shí)，報(bào)警顯示總額，機(jī)器提示“余額不足”等待繼續(xù)輸入或者取消交易。機(jī)器內(nèi) 1元和 2 元的找零硬幣無限。 如果投入的硬幣達(dá)到或大于所要購買商品的價(jià)格，就不必再投入硬幣了，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)發(fā)出一個(gè)指示信號(hào)使接受硬幣的裝置不再接收新的硬幣。 每次投幣時(shí)間有限制，設(shè)定每次投幣時(shí)間不超過 30秒，在時(shí)間到時(shí)，總幣值不足顧客購買的商品單價(jià)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)按錢數(shù)不足處理，退還全部硬幣?；蛘咴谠O(shè)定時(shí) 間內(nèi)，總投幣值不足顧客購買的商品單價(jià)時(shí)，若需要取消交易則可按取消鍵，售貨機(jī)按不足錢數(shù)處理，退還全部硬幣。 當(dāng)顧客完成一次購買后或按錯(cuò)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(gè)，若需要更多商品，需要重復(fù)操作。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 第 三 章 自動(dòng)售貨機(jī)的單片機(jī)控制 采用單片機(jī)控制，主要取代脈沖分配器，而給步進(jìn)電機(jī)提供電源的驅(qū)動(dòng)電路必不可省，同時(shí)用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)，轉(zhuǎn)向以及速度控制等。步進(jìn)電機(jī)控制，用單片機(jī)同時(shí)控制 x 軸和 y 軸兩臺(tái)三相步進(jìn)電機(jī)，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(jìn)電機(jī)， 8255的 PB0， PB1， PB2 控制 y 軸三相步進(jìn)電機(jī)。只要確定了步進(jìn)電機(jī)的工作方式，就可以控制各相繞組的通電順序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。 圖 31兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制接口示意圖 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 第四章 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)以 8051 單片機(jī)為中心，需要一系列如電源電路、復(fù)位電路、振蕩電路保證其工作。先通過鍵盤采集消費(fèi)者所需商品信息，然后以電信號(hào)的形式傳給單片機(jī)。經(jīng)過運(yùn)算分析處理后單片 機(jī)一邊將數(shù)據(jù)傳給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，一邊通過 8255控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推出顧客所需商品，達(dá)到售貨目的。另外，余額不足時(shí)可以通過 LED 報(bào)警。當(dāng)受到外界撞擊時(shí)，由傳感器接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，直接啟動(dòng)報(bào)警裝置。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為三部分：即單片機(jī)信息檢測以及顯示部分，步進(jìn)電機(jī)控制部分，遇到外界撞擊報(bào)警部分 圖 41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 第二部分，是在接受到單片機(jī)傳送來的商品信息后，通過控制 A步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向以及圈數(shù)來選擇商品然后通過步進(jìn)電機(jī) B 來推動(dòng)商品。即 A 電機(jī)控制 X 方向選擇 B 電機(jī)控制 Y方向的推動(dòng)。如圖 42所示 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 圖 42步進(jìn)電機(jī)的控制 如 ：若要推動(dòng)商品 E需要先轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)向右 3個(gè)單位，然后步進(jìn)電機(jī) A推動(dòng)商品，推動(dòng)結(jié)束后，步進(jìn)電機(jī) A 向左移動(dòng)三個(gè)單位，返回原來的位置，等待下次的推動(dòng)，則依次推動(dòng)結(jié)束。同樣推動(dòng)商品 B 需要先左移動(dòng)一個(gè)單位，然后步進(jìn)電機(jī) A 工作。其他都是同樣的工作原理。 復(fù)位電路 在每個(gè)用戶使用單片機(jī)之前，我們都得使單片機(jī)復(fù)位，使中央處理器 CPU 以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，以消除上一個(gè)用戶的操作對本次用戶操作運(yùn)行的影響。51 的 RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有 效，持續(xù)時(shí)間要有 24個(gè)時(shí)鐘周期以上。例如：若 MCS51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為 12MHz，則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)為 2us。通常，8051 的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按紐復(fù)位兩種，圖六、圖七分別顯示出了它們的電路 圖 43自動(dòng)上電復(fù)位電路 圖 44 人工按鈕復(fù)位電路 自動(dòng)上電復(fù)位電路 的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)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(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 平，單片機(jī)開始正常工作。 人工按鈕復(fù)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(jī)進(jìn)入復(fù)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(jī)開始正常工作。 本次單片機(jī)采用自動(dòng)上電復(fù)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(gè)輸入端， 1Q~8Q 為 8個(gè)輸出端。 G 為數(shù)據(jù)鎖存控制端：當(dāng) G為“ 1” 時(shí)鎖存器輸出端同輸入端：當(dāng) G由“ 1”變“ 0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中 OE 為輸出允許端：當(dāng) OE 為“ 0”時(shí)，三態(tài)門打開：當(dāng) OE 為“ 1”時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。在 51 單片機(jī)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(jī)的 PO口，輸出端提供的是低 8位地址， G端接至單片機(jī)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(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)引腳介紹 本次設(shè)計(jì)采用 89C51 單片機(jī)，其引腳如圖 46所示 圖 46 89C51單片機(jī)引腳 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 8051 單片機(jī)是 40 引腳雙列直插式的芯片，由左到右按 U 字形依次編號(hào)，則 20 引腳接地， 40 引腳接 Vcc高電頻。 1~8 引腳為單片機(jī) P1 口的 8 根引腳， 10~17 引腳為單片機(jī) P3 口的 8 根引腳， 21~28 引腳為單片機(jī) P2 口的 8根引腳， 32~39 引腳為單片機(jī) P3 口的 8根引腳，這三個(gè)口是單片機(jī)的基本輸入輸出口。 其中 P0 口在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口時(shí)， P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 P1 口可作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用。 P2 口一般可以用作準(zhǔn)雙向 I/O 口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256 字節(jié)時(shí)， P2口用作高 8位地址線。 P3 口處作 為準(zhǔn)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(dú)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0技術(shù)脈沖輸入端 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1技術(shù)脈沖輸入端 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選 通信號(hào)輸入端 ,低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端 ,低電平有效 9 引腳（ RST）是單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)線。上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)該引腳上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。 18 引腳是單片機(jī)的 XTAL2 端口，接外部晶振的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端；對于 CHMOS 單片機(jī)，該引腳懸空不接。 19 引腳是單片機(jī)的 XTAL1 端口，接外部晶振的一端。在單片機(jī)內(nèi)部 ，它是一個(gè)反向放平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳接地；對于 CHMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 29 引腳（ PSEN）是單片機(jī)的片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)有兩次有效，低電平有效的時(shí)候，單片機(jī)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(chǔ)器期間， PSEN 信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。 30 引腳（ ALE/PROG）是單片機(jī)的地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在接片外程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，單片機(jī)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(jī)片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳低電平有效時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)控制中最簡單的一種驅(qū)動(dòng)電路，圖十一是一相繞組驅(qū)動(dòng)電路的原理圖（其他各相繞組的驅(qū)動(dòng)電路與此相同）。圖中， T 是功率場效應(yīng)管， L1是步進(jìn)電機(jī)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(dāng)環(huán)形分配器輸出的信號(hào) v01 為高電平時(shí)， T為 飽 和導(dǎo)通，繞組 L1 中產(chǎn)生電流 v01 為低電平時(shí)， 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(fù)載是電機(jī)繞組，屬于感性負(fù)載，當(dāng)功放管 T 從飽和變截至?xí)r，由于繞組中的電流不會(huì)改變，從而會(huì)在繞組中產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的反電勢，這個(gè)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(jī)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(hù)功放管不受