发布时间 : 星期二 文章基于单片机的简易收款机的设计(3)更新完毕开始阅读
一、引言
（一）本设计的背景
当前，单片机被广泛地应用于人们生活的各个领域。单片机实际就是一台微型计算机，虽然功能没有普通的计算机那么强大，可是它的体积很小，在很多场合下普通计算机不能完成的工作，单片机却能出色的完成。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数字处理能力（如算术运算，逻辑运算，数据传送，中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。单片机在外观上与常见的集成电路块一样，体积很小，多为黑色长条状，条状两侧各有一排金属引脚，可与外电路连接。只需在电路中添加少许元器件，通过编写程序就可以实现多种功能的单片机自动控制。比如说，单片机接上键盘可以进行信号输入；接上显示器可以实现数据显示；接上喇叭可以实现声音输出等等。由于单片机体积小巧、功能强大、应用灵活、价格便宜，所以应用十分广泛。
随着人们的生活水平的不断提高，对各种围绕人们生活圈的设备要求也是越来越高，同时随着工业化大发展，一切家用设备、工业设备和商业设备都要求智能化，傻瓜化，比如说数码相机，全自动洗衣机，电冰箱等；工业自动化设备，那就是太多了，数控机床，智能化生产线等等；商业设备也是一样，自动取款机，自动条码检测系统，自动收款机等等。伴随着人们生活水平的提高，人们所需要的必须品也越来越多，各种规模的超市也数不胜数，超市里的商品品种和数量也太多，以致于不可能完全用人来管理。本设计正是基于此，研究超市现在流行的简易收款机。
（二）本设计的目的和意义
超市收款机的主要任务就是，将各种商品的基本信息存贮起来，当识别到外部输入的商品后，自动调出相关信息，比如说，商品的名称，商品货号，商品单价，商品数量。通过用单价来乘上相应的商品的数量，计算出商品总价，来达到收款的目的，完成整个收款的过程。根据上述，本设计的目的就是要完成超市收
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款机简单的基本信息存贮，键盘输入数据，显示器显示相关内容，数据能够和PC机通信的功能。
二、总体方案设计
（一）方案设计
总体电路设计应该完成五个部分电路：1、单片机及外围电路，2、键盘电路，3、显示电路，4、存储器电路，5、串行通信接口电路。单片机采用较流行的八位机AT89C51，根据内部的特性，完全能满足功能要求；因为需要输入的数字量比较多，所以键盘采用4X4矩阵键盘；显示器使用液晶显示器；存储器采用铁电存储器，操作方便，可靠，掉电可保存数据。图1为电路组成框图。
矩阵 键盘 单 片 机 AT89C51 LCD 显示器 数据 存储器 串行 通信口
图1 系统组成框图
（二）方案论证与选择
1．键盘模块的选择
键盘的作用有两个，一是输入数据，二是功能操作。基于此，有很多种方案实现这一操作。
方案一、采用直接式独立按键操作。这种方案的操作过程，就是直接从单片机I/O口引出通上拉电阻，接一按键，当按键按下时，单片机该端口为“0”，单片机通过对此端口逻辑“0”判断，来完成按键的识别，达到数据的输入，功能的实现。从这一过程可知，完成任务需要单片机很多I/O口，花费了很多CPU资源，此种方案不可取。
方案二、矩阵键盘。矩阵键盘，这里采用4X4矩阵键盘，一共有16组情况，实现的方法也是利用单片机的I/O口，通过上拉电阻相接，4X4正好用到了单片机一个端口。采用这种方案既节约资源又方便，而且能够满足本设计的需要。
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综上所述，在本设计中采用方案二。 2．显示电路模块的选择
显示电路的主要任务是反应出操作结果和相关商口的信息。根据此，有四种方案可完这一工作。
方案一，可用七段共阳极LED数码显示，将商口名称、单价等显示出来，可以完成，将多个LED数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通，这就是动态扫描显示方式，采用动太扫描显示方式，每一位LED的选通时间为1-2MS。这个时间不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清，这个时间也不能太长，否占用CPU时间太长，由于人眼有视觉暂留现象，只要每一位显示时间足够短，就能够造成多位同时显示的假象，每一位显示的时间间隔不能超过20ms，若时间间隔太长，就会造成闪烁现象，采用动态扫描方式，可降低功率消耗。此系统，所需数码管较多，操作麻烦，并且不直观，当然其发光数码管价格较便易。在本系统中，此方案不可取。
方案二，用LED数码管矩阵方式显示，这种方案的显示的原理和方案一都差不多，用16X16点阵排列，将字型分成上下两个半部，上半部16列，每列用一个字节表示（8个点），下半部也是16列，每列也用一个字节表示（8个点），因此每个字需要32个字节来表示。当然这样主就可以显示汉字，但时和单片机相连较为复杂，本系统要许多块这样的16X16点阵，同时这种LED点阵方式显示，造价较高，作为本电路，也是不可取的。
方案三，采用带中文字库的LCD液晶显示器来完成显示，128X64这种显示器作为本系统设计，当然最好。便考虑到系统成本的问题，带中文字库的LCD价格一般都比较贵，采用这种方案，势必会增加设计成本。本文也不采用这种方案。
方案四，采用两行字符型显示器，这种显示器，用英文显示相关信息，操作方便，价格又较适中，二十多元钱一块，作为本设计，是最合适不过。
因此，结合上述方案，在本设计中，采用两行字符型1602显示器。 3．存储器电路模块的选择
存储器的作用在本设计中主要起到基本商品信息的存储，和最后商品的出入信息的存贮。完成这一项工作方案也是多种多样的。
方案一,用紫外线存储器ROM，这个存储器操作不方便，同时，本设计的数据是不断变化的，因此这种方案不可取。
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方案二，可以用海量存贮器来完，当然这个完全是可行的，掉电后信息也不会掉失。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程、擦除等特点。并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，它在系统中通常用来存放程序代码。这种存贮器当然很好，但是，价格较贵，同时和本设计的单片机也不容易实现接口，因为数据线和地址较复杂。
方案三，采用串行铁电存贮器，可在系统中读写，掉电可保存数据，用I2C总线进行操作，因此需用的单片机端口较少，站用CPU资源较少，同时价格也不贵，美中不足之处就是存贮容量没有海量存贮器大。
根据上述三种方案，兼顾价格、容量和可操作性，本设计选用第三种方案，也就是用串E2ROM。
4．串行通信接口电路的选择
串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以RS-232C为主来讨论。RS-323C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。这里使用RS-232C。
三、系统硬件电路设计
本系统由五部分组成：单片机、键盘处理电路、显示器电路、存储器电路、串行通信口等。下面将详细讨论这几部分电路的设计过程。 （一）单片机及其外围电路设计
微处理电路采用AEMEL公司的单片机，价格便宜、功能齐全、可靠性高、使用普遍。AT89C51单片机是ATMEL公司8位单片机系列产品之一，是一种40引脚双列直插式芯片。AT89C51有4K FLASH；128字节RAM；32条I/O引线；2个16位定时器/计数器；一个5向量2级中断结构；一个全双工串行口；一个片内震荡器和时钟电路。此外，AT89C51是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并支持两种可选的软件节能工作方式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉点方式保持RAM内容，但振荡
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