【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平的時(shí)候，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平的時(shí)候，三態(tài)門打開(kāi)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平的時(shí)候，輸出線為高阻態(tài) [8]。 系統(tǒng) I/O 接口擴(kuò)展 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(kuò) 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。 1 8255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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)緩總線沖器及讀寫控制邏輯，如圖 26 所示： 10 數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫控制邏輯讀寫控制邏輯A 組控制A 組控制B 組控制B 組控制A 組端口A ( 8 )A 組端口A ( 8 )A 組端口C ( 4 )A 組端口C ( 4 )B 組端口B ( 8 )B 組端口B ( 8 )B 組端口C ( 4 )B 組端口C ( 4 )D 7 D 0I / 0PA 7 PA 0I / OPC 7 PC 4I / OPC 3 PC 0I / OPB 7 PB 0RDWRA 0A 1CSREST 圖 26 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1） 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(jié)構(gòu)上略有差別。 A 口由一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出緩 沖 /鎖存器和一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖 /鎖存器組成。 B 口由一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出緩沖 /鎖存器和一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個(gè)端口都可以和外設(shè)相連，分別傳送外設(shè)的輸入 /輸出數(shù)據(jù)或控制信息。 （ 2） 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。 （ 3） 數(shù)據(jù)總線緩沖器。它是一個(gè) 8 位的雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或控制信息。 （ 4） 讀 /寫控制邏輯。這部分電路接收 MCS51 送來(lái)的讀 /寫命令和選口地址，用于控制 對(duì) 8255A 的讀 /寫 [9]。 2 8255A 的引腳功能 8255A 有 40 條引腳，采用雙列直插式封裝。引腳如圖 27 所示： 11 圖 27 8255A 引腳圖 （ 1） 數(shù)據(jù)總線（ 8 條）： D0～ D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線， 8255A 與 CPU 數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng) CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過(guò)它實(shí)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(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。 （ 2） 控制總線（ 6 條）： RESET:復(fù)位信號(hào)，輸入高電平有效。一般和單片機(jī)的復(fù)位相連，復(fù)位后，8255A 所有內(nèi)部寄存器清 0，所有口都為輸入方式。 CS:片選信號(hào)線 ，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)有效，表示芯片被選中，允許8255A 與 CPU 進(jìn)行通訊。 RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許 8255A 通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU 發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。 WR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許 CPU 將數(shù)據(jù)或控制字寫入 8255A。 A0、 A1：地址輸入線。這兩位的 4 種組合 00、 0 11 分別用于選擇 A、B、 C 口和控制寄存器。 （ 3） 并行 I/O 總線（ 24 條）：這些總線用于和外設(shè)相連，分別與 A、 B、 C口相對(duì)應(yīng)，用于 8255A 和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，共分三組： PA0～ PA7:端口 A 輸入輸出線，一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器，一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 12 PB0～ PB7:端口 B 輸入輸出線，一個(gè) 8 位的 I/O 鎖存器，一個(gè) 8 位的輸入輸出緩沖器。 PC0～ PC7:端口 C 輸入輸出線，一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器，一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 （ 4） 電源線（ 2 條）： VCC 為＋ 5V 電源線，允許變化 177。 10%； GND 為地線。 3 輸入輸出電路 自動(dòng)存包柜的設(shè)計(jì)中輸入輸出部分是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，輸入輸出系統(tǒng)就是人與計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系，交換信息的設(shè)備，即人機(jī)交互設(shè)備。在這里我們需要輸入存包取包命令，檢 測(cè)箱內(nèi)是否有物體，在顧客需要的時(shí)候檢測(cè)密碼，并自動(dòng)打開(kāi)柜門，還需要顯示是否有空箱以及空箱的位置，來(lái)為顧客提供選擇。 鍵盤設(shè)計(jì) 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)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(dāng) 的包柜存包 ，用按鍵來(lái)控制柜門的打開(kāi)， 鍵 盤是用 8031 單片機(jī) 經(jīng) 74LS373 擴(kuò)展一片 8255A構(gòu)成鍵盤借口電路的。 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(kāi)的話，那么低電平就表示鍵閉合，所以通過(guò)對(duì)行線電平的高低狀態(tài) 的檢測(cè)，便可以確認(rèn)按鍵按下與否。常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。我們?cè)谶@里選用矩陣式鍵盤接口，如圖 31 所示： 5 VR 1R 2R 3R 40 12 3 45 9101415 19 圖 31 矩陣式鍵盤 13 矩陣式鍵盤工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻接到 +5V 電源上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?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(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)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(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置 [10]。 鍵盤實(shí)際是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令和數(shù)據(jù)的接口設(shè)備這里我們選用 4*4 矩陣鍵盤接口，用 14 個(gè)按鍵控制箱門的打開(kāi)，其中，數(shù)字鍵 10 個(gè)，分別為 0~9，功能鍵 4 個(gè)，“ ON/C”表示存包鍵，“ =”表示取包鍵，“ +”表示確定鍵，“ — ”表示取消鍵。如圖 32 所示： 圖 32 4*4 矩陣鍵盤 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(dāng)有鍵按下將會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷源，提醒處理器進(jìn)行鍵值掃描查詢。鍵盤的中斷方式一般有定時(shí)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(jī)先讓行線輸出低電平，當(dāng)有鍵按下時(shí)列線電平不全為高，將觸發(fā)外部中斷 INT0，單片機(jī)進(jìn)入中斷后先延時(shí)去抖動(dòng)，再掃描查尋鍵盤，讀出鍵值，然后處理相應(yīng)的鍵值處理子程序，無(wú)鍵按下則不進(jìn)入中斷，單片機(jī)不掃描，從而節(jié)約了大量的資源 [11]。 顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為了使操作人員及時(shí)掌握生產(chǎn)情況，在一般的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或者智能 14 儀器當(dāng)中，都配有顯示程序。常用的顯示器件有： ① 顯示和記錄儀表， ② CRT顯示終端， ③ LED 或者 LCD 顯示器， ④ 大屏幕顯示器。本次設(shè)計(jì)所采用的是 LED數(shù)碼管。 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(yáng)極兩種形式。如圖33 所示： abcdefgdpbacdefgdp 共陰極 共陽(yáng)極 圖 33 LED 顯示器 LED 數(shù)碼管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長(zhǎng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)我們使用兩個(gè) 4 位數(shù)碼管來(lái)顯示 8 位密碼，數(shù)碼管如圖 34 所示： 圖 34 4 位數(shù)碼顯示管 輸出系統(tǒng)功能擴(kuò)展 由于本人能力有限，考慮不周，此次設(shè)計(jì)的存包柜與實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)存包柜 15 相差甚遠(yuǎn)，功能不全，而且還存在一些問(wèn)題。按實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)各種需要，可以在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。如： （ 1）限位開(kāi)關(guān)：利用電磁鐵或可控硅、電磁耦合器，再加上一些機(jī)械裝置，就能實(shí)現(xiàn)柜門的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。 （ 2）光電開(kāi)關(guān)：對(duì)存包柜進(jìn) 行檢測(cè)，實(shí)時(shí)顯示無(wú)物的箱號(hào)。 （ 3）打印機(jī)：將產(chǎn)生的隨機(jī)密碼打印出來(lái)。 （ 4）語(yǔ)音服務(wù)：用戶存取包時(shí)，語(yǔ)音致詞“歡迎使用”、“請(qǐng)關(guān)門”、“謝謝使用”等。 （ 5）報(bào)警服務(wù)：用戶忘記關(guān)門時(shí)，提醒顧客關(guān)門。 4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及仿真 為了使本系統(tǒng)的整個(gè)程序清晰明白，便于調(diào)試和修改，程序設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)獨(dú)立的程序塊，對(duì)各程序在運(yùn)行的時(shí)候各負(fù)其責(zé)。 主程序模塊設(shè)計(jì) 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(chǔ)柜通上電以后，單片機(jī)上電，首先 進(jìn)行程序的初始化，包括定時(shí)器，外部中斷等初始化，以及各參數(shù)初始值的設(shè)定。默認(rèn)存儲(chǔ)柜為初始狀態(tài)，根據(jù)存包指令，掃面計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)包狀態(tài)，用數(shù)碼管顯示存儲(chǔ)柜號(hào)和密碼。 主流程圖如圖 41 所示： 16 通 電 開(kāi) 始通 電 開(kāi) 始顯 示 空 箱顯 示 空 箱初 始 化初 始 化狀 態(tài) 判 斷狀 態(tài) 判 斷取 包取 包存 包存 包讀 密 碼讀 密 碼門 是 否 關(guān) 好門 是 否 關(guān) 好打 印 密 碼打 印 密 碼門 開(kāi)門 開(kāi)取 物 關(guān) 門取 物 關(guān) 門門 是 否 關(guān) 好門 是 否 關(guān) 好報(bào) 警報(bào) 警返 回返 回報(bào) 警 提 醒關(guān) 門報(bào) 警 提 醒關(guān) 門 密 碼 是 否 正 確 N YYNNY 41 主程序流程圖 鍵輸入子程序模塊 鍵盤采用掃描工作方式 ,輸入程序功能有以下 4 個(gè)方面： (1) 判斷鍵盤上有無(wú)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(méi)有閉合鍵 ,若 PC0～ 3 不全為“ 1”，則有鍵處于閉合狀態(tài)。 17 (2) 去除鍵的機(jī)械抖動(dòng) ，其方法為判斷出鍵盤上有鍵閉合后，延遲一段時(shí)間再判別鍵盤的狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認(rèn)為鍵上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認(rèn)為是鍵的抖動(dòng)。 (3) 判別鍵閉合的鍵號(hào)，方法對(duì)鍵盤的列線進(jìn)行掃描，掃描口 PA0～ 7 依次輸出： 相應(yīng)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(méi)有鍵閉合。閉合鍵的鍵號(hào)等于為低電平的列號(hào)加上為低電平的行的首鍵號(hào)。 (4) 使 CPU 對(duì)鍵的一次閉合僅做一次處理，采用