1、第一章绪论课题背景自动售货机又称自动售货亭是能根据投入的钱币自动付货的机器,是商业化常用设备。一般的自动售货机系统由货币识别系统，按键系统，出货系统等组成。公元1世纪,希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货机。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。它又被称为24小时营业的微型超市。在日本，70的罐装饮料是通过自动售货机售出的。
3、示的一个号码，就可以通过手机付费的方式买到东西，顾客只需月底支付手机账单。专家预测，未来几年中国市场上的自动售货机将每年增加510万台。中国沿海比较富裕的地区，将大约有3.5亿人口经常使用自动售货机。课题任务及要求研究自动售货机发展过程及前景，完成自动售货机的系统结构设计。本次自动售货机一共设有3种2元，3元，4元价格不等的物品，当货币被投入后，对货币进行识别，根据金额让客户选择物品，物品选择后，控制芯片发出指令将所选择的商品从储备料道口中送达取物口。如果客户累计所投入金额大于物品价格时，机器实现找钱功能，当交易不成功时，机器退回顾客所投的货币。另外，本次设计的自动售货机可
4、实现同时都买2到3个货物。课题内容及安排首先，介绍自动售货机的历史，现状及前景。然后，概述本次自动售货机的系统机构和功能简介。并突出介绍本次自动售货机的硬件接口电路：投币系统，货币累加LED显示，货物选择，出货系统，找零系统。最后在proteus上进行仿真。本次课题芯片才用美国ATMEL公司生产的MCS-21系列的ATM89C51单片机，采用汇编语言进行编写。选用可以与51系列单片接口直接相连的TC1602液晶模块经行显示。在英国labcenter公司开发的proteus嵌入式系统仿真与开发环境平台上仿真。第二章自动售货机的总体概括2.1自动售货机介绍自动售货机是能够
8、和商家共同面临的问题。随着科技的发展及人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化的需求。通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚，快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共场所的布设能够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。自动售货机已在国内普及，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志。第三章硬件介绍单片机的介绍单片机从外观来看实际就是一个具有多个引脚的集成电路芯片，而芯片的内部结构是无法直观看到的。为了更好地使用单
9、片机进行应用设计，需要从总体上理解单片机芯片内部的结构。下图为单片机内部结构：图3.1单片机内部结构图单片机芯片内部主要包括以下8个组成部分：中央处理单元（CPU），时钟电路，程序存储器（ROM），数据存储器（RAM），并行I/O接口，串行接口，定时/计数器，中断系统。中央处理单元（CPU）。它是单片机运算与控制的核心部分，如果把单片机比作一个人，那么CPU就好比是这个人的大脑。时钟电路。它主要用来向CPU提供工作的节拍。时钟电路每产生一个时钟节拍，CPU就会完成一部分工作，CPU的所有运算以及控制操作都是按时钟节拍进行控制完成的。时钟电路就好比人的心脏，控制着这个
10、CPU工作的节奏。程序存储器（ROM）。它是用来存储由CPU执行的应用程序或者常数数据表的二进制代码的。数据存储器（RAM）。用于保存应用程序以及单片机自身在运行过程中所要使用数据的二进制代码。并行接口。并行接口即并行输入/输出接口，简称并口。用于单TOCo1-5hz片机芯片与外部设备同时交换多位二进制数据。例如，来自外部的8位二进制数据可以通过并口的8个I/O引脚同事进入单片机；相反，来自外部的二进制数据也可以通过并口输入到单片机。如果将单片机应用于控制，可以使用并口接收和发出开关量控制信号。80C51单片机具有4个并口，分别为P0，P1，P2，P3
12、进行被暂停的工作，中断系统为解决这类问题提供了有效的手段。80C51单片机的中断系统可以处理来自外部的中断触发信号中断，串口中断，定时或计数器中断。上述8个组成部分通过内部总线紧密连接起来，形成了一个麻雀虽小五脏俱全的计算机系统，再配上相应的外围电路就可实现各种各样的实际应用系统8。3.1.1AT89C51的介绍在本次设计中，中央控制元件采用MCS-51系列单片机中AT89C51。AT89C51可以说是最常用的51单片机,下图介绍它的引脚资料。如图3.2所示.图3.2AT89C51引脚图AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS位单片机，84k
13、bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PERO）和M128bytesRAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：
14、P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口
15、为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL
16、门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器
18、否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.1.2单片机复
20、电路3.1.3时钟电路的介绍时钟电路是单片机产生工作节拍电路，它控制着单片机的工作节奏。MCS-51系列单片机的时钟电路设计有两种方式：一是内部时钟方式，1.内部时钟方式在MCS-51系列单片机的内部，有一个用于构成振荡器的高增益反相XTAL1为反相器的输入端，引脚XTAL2为输3.5：MCS-51系列单片机的晶体振荡器的频率范围通常选择在1.212MHz之间，典型值为12MHz或11.0592MHz。图2-5中电容C1，C2主要作用是帮助晶体振荡器起振，它的值通常在20100pf之间。当12MHz时，电容的大小通常选择30pf。一般在
21、设计时图3.5内部时钟电路图2.外部时钟电路外部时钟方式是利用外部振荡器时钟源直接来连接单片机在XTAL1或XTAL2引脚。通常XTAL1接地，XTAL2接外部时钟，由于考虑XTAL2的逻辑电平匹配，一般加一个4.710K的上拉电阻如3.6图所示。这种外部时钟方式的设计方法使用较少9。图3.6外部时钟电路图3.2LED的介绍LED基本信息LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片P型P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
22、但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。LED发光原理发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方
23、区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即1240/Eg（nm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在
24、380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍10。3.3.3TC1602介绍本次设计选用TC1602液晶显示屏。可以直接跟51系列单片接口相连。液晶模块TC1602采用标准的16脚接口，其引脚功能如下第1脚：VSS为电源地，接GND。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS
25、为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：BLA背光电源正极（+5V）输入引脚。第16脚：BLK背光电源负极，接GND。TC1602液晶模块内带标准字库，内部的字符发生存储器（CGRO）M已经存储了192个57点
26、阵字符，32个510点阵字符。另外还有字符生成RAM（CGRA）M512字节，供用户自定义字符。如表1所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移
27、或者右移。高电平表示有效，低电平则无效指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符指令7：字符发生器RAM地址设置指令8：DDRAM地址设置指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不
28、能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据指令11：读数据4TC1602液晶显示屏的读写时序：写操作时序：3.73.83.3keil软件介绍KeilC51Vision2集成开发环境是KeilSoftware，Inc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。KeilC51
29、集成开发环境的主要功能有以下几点：.Vision2forWindows：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；.C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块；.A51宏汇编器：从80C51汇编源代码产生可重定位的目标模块；.BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；5.LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件；6.OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成IntelHex文件；7RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件
30、项目的设计。这个工具套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51单片机的绝大部分应用。3.3.1keilcVisio功能n2Vision2支持所有的Keil80C51的工具软件，包括C51编译器、宏汇编器、链接器器/定位器和目标文件至Hex格式转换器，Vision2可以自动完成编译、汇编、链接程序等操作。1.C51编译器和A51汇编器由Vision2IDE创建的源文件，可以被C51编译器或A51汇编器处理，生成可重定位的object文件。KeilC51编译器遵照ANSIC语言标准，支持C语言的所有标准特性。另
31、外，还增加了几个可以直接支持80C51结构的特性。KeilA51宏汇编器支持80C51及其派生系列的所有指令集。2.LIB51库管理器LIB51库管理器可以从由汇编器和编译器创建的目标文件建立目标库。这些库是按规定格式排列的目标模块，可在以后被链接器所使用。当链接器处理一个库时，仅仅使用了库中程序使用了的目标模块而不是全部加以引用。3.BL51连接器/定位器BL51链接器使用从库中提取出来的目标模块和有编译器、汇编器生成的目标模块，创建一个绝对地址目标模块。绝对地址目标文件或模块包括不可重定位的代码和数据。所有的代码和数据都被固定在具体的存储器单元中。Vision2软件
32、调试器Vision2软件调试器能十分理想地进行快速、可靠的程序调试。调试器包括一个高速模拟器，可以使用它模拟整个80C51系统，包括片上外围器件和外部硬件。当从器件数据库选择器件时，这个器件的属性会被自动配置。Vision2硬件调试器Vision2调试器提供了几种在实际目标硬件上测试程序的方法。安装MON51目标监控器到目标系统，并通过Monitor-51接口下载程序；使用高级GDI接口，将Vision2调试器与多功能EDA软件Proteus相连接，通过Vision2的人机交互环境可实现仿真操作。RTX51实时操作系统RTX51实时操作系统是针对80C51为控制
33、器系列的一个多任务内核。RTX51实时内核简化了需要对实时事件进行反应的复杂应用的系统设计、编程和调试。这个内核完全集成在C51编译器中，使用非常简单。任务描述表和操作系统的一致性由BL51链接/定位器自动进行控制。此外，Vision2还具有极其强大的软件环境、友好的操作界面和简单快捷的操作方法，主要表现在以下几点：丰富的菜单栏；可以快速选择命令按钮的工具栏；一些源代码文件窗口；对话框窗口；直观明了的信息显示窗口。3.3.2keilc的基本操作KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友
34、好，易学易用。下面介绍KeilC51软件的使用方法进入KeilC51后，屏幕如下图所示。几秒钟后出现编辑界3.9启动KeilC51时的屏幕3.10进入KeilC513.9启动KeilC51时的屏幕3.10进入KeilC51后的编辑界面建立一个新工程单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中NewProject选项3.113.11然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到C51,工程文件的名字为C51如下图所示,然后点击保存图3.12这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据,keilc51几乎支持所有的51核
35、的单片机,我这里Atmel的89C51来说明,如下图所示,选择89C51,右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定。图3.13完成上一步骤后，屏幕如下图所示3.143.14到现在为止，我们还没有编写一句程序，下面开始编写我们的第一个程序。5)在下图中，单击“File菜单，再在下拉菜单中单击”“New”选项图3.15新建文件后屏幕如下图所示图3.16此时光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了，但笔者建议首先保存该空白的文件，单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“SaveAs”选项单击，屏幕如下图所示，在“文件名”栏右侧的编辑框
36、中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。注意，如果用语言编写程序，则扩展名为(.c)；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为(.asm)。然后，单击“保存”按钮。3.176)回到编辑界面后，单击“Target1前面的”“”号，然后在“SourceGroup1”上单击右键，弹出如下菜单所示：3.18然后单击“AddFiletoGroupSourceGroup1”屏幕如下图3.19选中所示：3.18然后单击“AddFiletoGroupSourceGroup1”屏幕如下图3.19选中Test.c，然后单击“Add”
37、屏幕好下图所示注意到“SourceGroup1”文件夹中多了一个子项“Text1.c”了吗？子项的多少与所增加的源程序的多少相同。7)现在，请输入如下的C语言源程序:#include/包含文件#includevoidmain(void)/主函数SCON=0x52;TMOD=0x20;TH1=0xf3;TR1=1;/此行及以上3行为PRINTF函数所必须printf(“HelloIamKEInL”.);打印程序执行的信息/printf(“Iwillbeyourfriennd”.);while(1);在输入上述程序时，读者已经看到
38、了事先保存待编辑的文件的好处了吧，即Keilc51会自动识别关键字，并以不同的颜色提示用户加以注意，这样会使用户少犯错误，有利于提高编程效率。程序输入完毕后，如下图所示图3.218）在上图中，单击“Project菜单，再在下拉菜单中单击”“BuiltTargetF7），编译成功后，再单击“Project菜单，在下”“Start/StopDebugSession（或者使用快捷键”Ctrl+F5）,屏幕如下所示图3.229）调试程序:在上图中，单击“Debug菜单，在下拉菜单中单击”“Go”（或者使用快捷键F5），然后再单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单
39、“StopRunning选项（或者使用快捷键”Esc）；再单击“View”菜单，再在“SerialWindows#1选项，就可以看到程序运行后的结”果，其结果如下图所示3.23至此，我们在KeilC51上做了一个完整工程的全过程。但这只是纯软件的开发过程，如何使用程序下载器看一看程序运行的结果呢？10）单击“Projec菜单，t”再在下拉菜单中单击在下图中，单击“Output中单击”“CreateHEXFile选项，使程序编译后”产生HEX代码，供下载器软件使用。把程序下载到AT89S51单片机中63.243.4proteus软件介绍Prote
40、us嵌入式系统仿真与开发平台是英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它是一种可视化的支持多种型号单片机（51系列、AVR、PIC、ARM等），并且支持与当前流行的单片机开发环境（Keil、MPLA、BIAR）连接调试的软硬件仿真系统。Proteus除了具有和其他EDA工具一样的原理图、PCB自动或人工布线及电路仿真功能外，针对微控制系统与外设的混合电路的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真也做到了一体化和互动效果，是目前电子设计爱好者广泛使用的电子线路设计与仿真软件Proteus和Multisim功能的联合和进一步发展。Pr
41、oteus软件已有近20年的历史，在全球拥有庞大的企业用户群，是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了在没有目标原型时就可对系统进行设计、测试与验证。由于Proteus软件包括逼真的协同仿真功能，得到了包括剑桥大学在内的众多大学用户作为电子学或嵌入式系统的课程教学、实验和水平考试平台。目前，Proteus在国内单片机开发者及单片机爱好者之中已开始普及，有很多开发者已经开始用此开发环境进行仿真。3.4.1PROTEUS软件的特点1.功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图PCB自
42、动或人工布线SPICE电路仿真2.革命性的特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。3.4.2proteus实现仿真PROTEUS实现软件仿真.支持多种主流单片机系统的仿真支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC
43、18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。2)提供软件调试功能3)提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。具有强大的原理图绘制功能2.用proteus单独仿真在PROTUE绘制好原理图后，S调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEU的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。S3.4.3PROTEUS软件基本操作本文
44、中由于我们主要使用Proteus软件在单片机方面的仿真功能，所以我们重点研究ISIS模块的用法，在下面的内容中，如不特别说明，我们所说的Proteus软件特指其ISIS模块。下面我们首先来熟悉一下Proteus的界面。Proteus是一个标准的Windows窗口程序，和大多数程序一样，没有太大区别，其启动界面如下图所示：3.25如图中所示，区域为菜单及工具栏，区域为预览区，区域为元器件浏览区，区域为编辑窗口，区域为对象拾取区，区域为元器件调整工具栏，区域为运行工具条。下面我们就以建立一个和我们在Keil简介中所讲的工程项目相配套的Proteus工程为例来详细讲述Proteus的操
45、作方法以及注意事项。首先点击启动界面区域中的“P”按钮（PickDevices，拾取元器件）来打开“PickDevices”（拾取元器件）对话框从元件库中拾取所需的元器件。对话框如下图所示：在对话框中的“Keywords”里面输入我们要检索的元器件的关键词，AT89C51，就可以直接输入。输入以后我“Results”结果栏里面看到我们搜索的元器件的结果。PCB参数。这里有一点需要注意，可能有时候我们选择的元器件并没有仿真模“NoSimulatorModel”（无PCB板，或者我们选择其他的与其功能类似而且具有仿真模型的搜索到所需的元器件以后，我们可以双击元器件名来将相应的元器
46、“OK”按钮来完成元器件的添加。添加好元器件以后，下面我们所需要做的就是将元器件按照我们的Proteus的自动布线功能是如此的完美以至于我们在做布图3.26因为该工程十分简单，我们没有必要加上复位电路，所以这点在图Proteus中单片机的晶振可以省略，系12MHz，而且很多时候，当然也为了方便，我们只需要取默认下面我们来添加电源。先说明一点，Proteus中单片机芯片默认已经：(SelectionMode)。选择模式，通常情况下我们都需要选中它，比：(ComponentMode)。组件模式，点击该按钮，能够显示出区域：(WireLabelMode)。线路标签模式，选中它并单击
47、文档区电路连线能够为连线添加标签。经常与总线配合使用。：(TextScriptMode)。文本模式，选中它能够为文档添加文本。：(BusesMode)。总线模式，选中它能够在电路中画总线。关于总线画法的详细步骤与注意事项我们在下面会进行专门讲解。：(TerminalsMode)。终端模式，选中它能够为电路添加各种终端，比如输入、输出、电源、地等等。l：(VirtualInstrumentsMode)。虚拟仪器模式，选中它我们能够在区域中看到很多虚拟仪器，比如示波器、电压表、电流表等等。好了，下面我们就来添加电源。首先点击，选择终端模式，然后在元器件浏览区中点击POWER
48、(电源)来选中电源，通过区域中的元器件调整工具进行适当的调整，然后就可以在文档区中单击放置电源了。放置并连接好线路的电路图一部分如下图所示：3.27连接好电路图以后我们还需要做一些修改。由上图我们可以看出，图中的R1电阻值为10k，这个电阻作为限流电阻显然太大，将使发光二极管D1亮度很低或者根本就不亮，影响我们的仿真结果。所以我们要进行修改。修改方法如下：首先我们双击电阻图标，这时软件将弹出“EditComponent”对话框(见下图所示的对话框)，对话框中的“ComponentReferer”是组件标签之意，可以随便填写，也可以取默认，但要注意在同一文档中不能有两个组件标签相同；“R
49、esistance”就是电阻值了，我们可以在其后的框中根据需要填入相应的电阻值。填写时需注意其格式，如果直接填写数字，则单位默认为；如果在数字后面加上K或者k，则表示k之意。这里我们填入270，表示270。修改好各组件属性以后就要将程序（HEX文件）载入单片机了。首先双击单片机图标，系统同样会弹出“EditComponent”对话框，如下图。在这个对话框中我们点击“Programfiles”框右侧的，来打开选择程序代码窗口，选中相应的HEX文件后返回，这时，按钮左侧的框中就填入了相应的HEX文件，我们点击对话框的“OK”按钮，回到文档，程序文件就添加完毕了。3.28装载好程
50、序，我们就可以进行仿真了。首先来熟悉一下上面第一个图中区域的运行工具条。因为比较简单，我们只作一下介绍。工具条从左到右依次是“Play”、“Step”、“Pause”、“Stop”按钮，即运行、步进、暂停、停止。下面我们点击“Play”按钮来仿真运行，效果如下图所示，可以看到系统按照我们的程序在运行着，而且我们还能看到其高低电平的实时变化。如果我们已经观察到了结果就可以点击“Stop”来停止运行7。3.29第四章自动售货机的系统结构4.1自动售货机的总体系统结构自动售货机是集光、机、电一体化的独立机构，它只需要顾客投币和按购物键选择即可自动售货及退找零钱，其工作程序如下图4.
51、11图4.1自动售货机工作时序图售货机的工作原理是：（1）从投币口送入货币，然后通过传感器采集数据、识别器判断货币的真伪并判别面值。（2）识别器把信息数据传给通信模块。（3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已经售完，并等待顾客按键选择商品。（4）顾客选择商品后，售货机自动把商品送出，等待顾客取走。（5）显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或者继续买商品；如果款额不够，售货机经过延时予以退币。退币分为两种情况：一种是由货币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。（6）系统复零，完成售货。4.2
52、所示图4.2自动售货机硬件结构图综合所述，售货机系统可以分为三部分组成，即自动售货机的控制子系统、通讯子系统、硬币器子系统以及纸币器子系统。其中控制子系统是本设计研究重点。4.2自动售货过程的控制子系统简述控制子系统由以下四个部分组成，分别是预设自动售货机系统、金额累计、可售指示和退币系统、售完检测系统、售出累计及自测功能系统。、预设自动售货机系统。自动售货机售出的同类商品可分为若干品种，其售前设定价格须预先寄存在控制系统内。售货机的价格设置由按键和存储器组成。通过按键选择被设价商品的种类及价格，并将价格写入存储器中，该存储器本身具有掉电保护功能，属于软件设置方式。此外，在简易售货机
53、中，由于出售商品的种类少，价格变化下，使用币种单一，也可以用硬件设置价格，采用拨码开关对应方式，结构简单，操作方便。2、金额累计、可售指示和退币系统。控制系统的核心CPU对识币、退币、无货检验及购货信号进行循环检查，当有识币信号后，将金额数值送入金额累计存储器中进行累计，并通过串行接口使可售指示灯亮，提示购货。此时可以按下购货按钮，由于CPU检测到有购货信号后，如金额累计器中的数值与预设价格相等，则通过并行扩展接口驱动电磁阀或者微电机驱动出商品，并将金额累计存储器清零，完成一次售货过程，如累计金额大于预设价格时，驱动商品后，相减差额由信号驱动退币，实现退币和找钱功能。3、售完检测系统。在自
54、动售货机商品存储存道下方按有接触行程开关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。4、自动售货机售出累计及自测功能系统。该机CPU在每次售出商品后，向售出累计存储器中累计售出数据，通过自动售货机内部的按键可在金额显示窗口中读到累计结果。此外，在按下自测功能键后，出现自测功能信号，由外部按键操作，可检测各商品存储道的驱动商品功能。第五章
55、自动售货机的功能介绍自动售货机的功能简介基本原理：当货币被投入后，识别器对所投货币进行识别，根据金额将商品选择权提供用户，用户选择后，控制芯片发出指令将所选择商品从储备料道中送达取物口。其功能描述：货物种类一共设有3种，这3种物品分别对应着3个不同的按键选择，其中2元，3元，4元价格不等的物品各1种；自动售货机能够将投币总数用LCD显示。如果累计投入的货币数目超过物品的预设价格，机器能够实现找钱功能；如果投入的货币没有达到所选择物品的预设价格时，投入的钱将全部退还；在投入一次累加货币后选择物品，如果投入的累加货币数目大大超过所选择物品的预设单个价格时，那么能够实现选择同
56、一个物品购买多个，在本设计中设为可以同时购买2个或3个物品。本设计中有一共有7个按键选择，其中3个是货物选择键，有2个是多选键（一次购买2个或3个货物），还有1个确定键和1个取消键。如果没有按照预先设计的流程顺序进行按键选择，自动售货机将会自动返回操作前的状态，等待再次正确的按键选择。自动售货机的原理框图如图5.1所示5.1自动售货机系统原理框图5.1自动售货机系统原理框图实现自动售货机的功能的设计思路采用单片机89C51作为中央控制元件；用P3.4(XO)口作为识别货币输入端；P1口作为货物选择选择端(采用独立式键盘做为选择货物端)；采用P0口实现掉出货物
58、设置。6.1.2货币累加的实现本次设计的货币累加是对判断P3.4上的按键上所按下的次数进行累加来实现的，并将累加的次数送到寄存器B，然后系统根据投币的总数和相应的操作来实现输出。货物选择系统按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。由于本次设计只需要七个按键即可满足设计要求,所以采用独立式键盘,这样对键盘识别的编程也比较简单。独立式键盘按键的识别独立式按键的识别很简单,如图6.1所示,当某个键按下时,相应的接口会出现低电平,无键按下时则
59、为高电平,由此就可以判断出哪个键有按下。键盘的编码将P1.0P1.6上的按键编码为00H、01H、02H、03H、04H、05H、06H，按键所对应的功能见表6.1表6.1按键功能表按键号对应的功能00H选择2元钱货物A01H选择3元钱货物B02H选择4元钱货物C03H对选择的货物买2个04H对选择的货物买3个05H对选择的货物再次确定06H对选择的货物取消货物选择系统的程序流程图6.2货物选择系统的程序流程图出货系统出货功能的描叙本设计中，设置了价格分别为2元、3元、4元不等的货物，一共3种。在通过按键选择物品后，将会把产生的信号输入给89C51的
60、P1的引脚上，89C51接收信号后，经过处理后，将会在货物输出端产生与其相对应的信号输出，控制所选货物的掉出。本次设计用P1.0P1.2作为货物的输出端,在货物的输出端采用光电隔离技术,对于光电隔离技术这里不做介绍,在这里用一个LED指示灯代替货物的掉出情况,若有货物掉出则对应输出口为高电平,则指示灯亮，反之指示灯不亮。由于这里P0口作通用的I/O口输出，所以必须接上拉电阻，如图3.0所示。出货程序流程图6.3出货程序流程找钱系统的描述及流程图本次设计中采用P1.3P1.6口作为找零输出口,P1.3P1.6分别对应1元找零口、2元找零口、2元找零口、5