（本科毕业论文设计）基于单片机的自动售货机的系统设计

安徽新华学院2013届本科毕业论文（设计）

表2.1 硬件电路接口列表

外 设 名 称 数 量 用 途 备 注 MDB货币识别器 1 键盘输入 报警提示 显示模块 1 1 1 货币识别、找零 硬币器要符合国际标准MDB接口 输入设备 语音提示 显示货币金额 采用3×3键盘，和1个退币按键 采用语音提示功能 采用TC1602的LCD显示器

这些外设元器件的总体原理框架如图2.2所示

键盘模块 显示器

MCU STC89C52 语音模块 提示模块货币识别模块

图2.2 硬件系统总体框架图

2.2.2 软件设计要求

控制系统的软件应包括主程序、启动退币系统程序、货币数额显示程序以及提示程序四个部分。参照国内外自动售货机的系统设计实例，结合自身硬件特点，系统要编写的程序需满足以下特点和要求：1、友好的人机交互界面，简易的操作步骤和可靠的销售流程；2、键盘模块能够激活自动售货机的售货系统，同时完成对商品的选择操作以及对货币识别器的退币系统的启动；3、语音提示模块要实现选取货物时金额不足的提示功能。本文第四章将重点讲述软件程序的设计。

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3 控制系统的硬件电路设计

3.1 硬件设计概述

硬件是控制系统的物理载体，硬件设计是整个设计的基础环节。根据对第2.2.1节的硬件设计要求可知，此次控制系统的构成模块应包括：中央处理模块（微控制器），键盘输入模块，语音提示模块，LCD显示模块和MDB货币识别模块。各元器件的选用质量在此次设计中很重要，是否合理直接影响控制系统的设计质量，要以经济适用、稳定可靠为原则进行设计。

3.2 微控制器

微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过30多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电（洗衣机、微波炉）等。微控制器主要分为单片机、DSP、ARM等等，其中单片机体积小、使用灵活方便、价格便宜，主要应用于工业控制和智能仪表等领域；DSP芯片具高速运算能力，常用来处理大量数据或数字信号；ARM凭借低功耗、高性能的特点，广泛应用在移动通信和手持设备领域。

综合考虑技术指标、接口需求和经济性等因素，本设计采单片机STC89C52最合理。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

该单片机具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级

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中断结构），全双工串行口。

该单片机的引脚配置如图3.1所示：

图3.1 STC89C52引脚配置图

3.3 货币识别系统

货币识别分别有对硬币和纸币的识别，由此在下文中分别介绍说明： 我国目前发行的1元、5角和1角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金，因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时，金属材质和体积的体积的差别对电感量的影响大小也出现微弱差异，电感量的变化将引起振荡频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币后，经窄带选频电路将频率信号变为电压信号输出，完成对金属硬币的识别。金属硬币识别器种类繁多，但存币退币机构基本上分为两类：一类是平面是存币，电磁阀退币；另一类是圆筒式存币，步进机退币。当硬币投入后经过识别识别出电信号后，伪币和异物被排出真币按面值由几组分配电磁阀分配到不同存币腔体内备用。当收到退币找零电信号后，通过退币电磁阀或者退币电机拉杆，将存币腔内下部依电信号程序退出，完成自动售货机的退币找零功能。硬件数据采集设备的电源为发光二极光，所发出的光的波长峰值在红外线波段，但不是单光谱，其中

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红外光成分达到90%以上，因此，光源辐射光中起主要作用的实际上是红外辐射。实验中对各种纸币的特征的识别也主要是根据纸币的表面特征对红外辐射的敏感。红外辐射是光辐射中的一种类型，它具有普通光辐射的共性。这主要是因为不同的纸币表面特征不同，所以在相同的光辐射下会呈现不同的反映，从而可以用来识别不同的纸币，具体地说，首先，钞票的纸张材料是特定的，所以同一种钞票具有一定程度的共性；其次，钞票表面的图案差异，对于相同面值的钞票而言，其表明的各种图案相同，不同面值的钞票之间表明图案有较大区别，所以，根据所述的光的辐射理论，也可以根据它们对相同光辐射的不同反映来判断起面值归属；再次，钞票流通过程中所造成的不同程度的污损，就会造成钞票表面特征的变化，接受光辐射的特性就是有所变化。因此，光辐射可以反映钞票的新旧程度；另外，相对于伪币的鉴别，因为伪币的纸张一般都无法满足真钞的纸张特性，而且，伪币中某些图案达不到钞票的实际标准，如水印是在造纸过程中通过特征工艺抄制上去的无色图案，而伪钞的水印则是通过一定方式轧印或描绘上去的等等，这都能在钞票对光辐射的接受信息中反映出来。但是光辐射在传输过程中，会受外界环境的影响而产生能量损失。比如经过大气传输时，就会受到大气成分的吸收，而在不同的环境条件下，大气的成分含量有某些程度的变化，因而导致能量损失的程度不同。所以光辐射到钞票介质的传输距离越短，所造成的能量损失的影响就越微小，如果硬件的性能较好，外界的这种影响可以不予考虑。

作为整个货币识别系统的核心部分，纸币控制器必须由一颗功能相对较强的嵌入式微处理器以及一系列外围器件构成。

89C52拥有4个I/O口即P0、P1、P2、P3，它有两个可编程的定时器/计数器，分别称为定时器/计数器0和定时器/计数器1。它们都是16位加法计数结构，分别由TH0和TL0及TH1和TL1两个8位计数器组成。

其主要功能是：处理器通过控制发光二极管发光，当纸币进入时，入口处发光二极光投射过纸币的光强变化，被相应入口处的光电三极管接受到后转换为电信号，传给89C52处理器，经过判断，处理器直接控制；当用户按下退币按钮时，单片机将信号发送到MDB中，再施行退币功能。其中注意的是，当选取货物后，货币器能监测到金额的减少，在退币系统启动时退出相应的金额。

MDB的通信接口是全双工的主从式接口，使用标准的专用6针插头连接，

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