1、攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要I基于单片机的自动售货机摘 要自动售货机是自动化技术在人们生活中的重要应用。随着人们生活质量的不断提高,对自动售货机的性能要求越来越高。自动售货机的主要功能是通过人机对话的形式完成自动售货这一过程。本文设计了一款以 INTEL 公司出品的 80C51 单片机为核心的自动售货机，并且着重详细地介绍了自动售货机的整体系统设计方案、硬件选择基础、软件使用方法及技巧。以 80C51 作为 CPU 处理单元连接各个功能模块；以 4*4 矩阵键盘作为输入控制模块对货物进行种类和数量的选择以及模拟货币的投入功能；以LCD1602 液晶作为显示模块来显示当前的购物状态以及
2、货币状态；以 LED 的显示来表示当前选择货物以及出货的状态。通过 Protues7.5 单片机电路原理图进行连接布线连接各个模块；再用 Keil uVision3 专业编译软件完成源程序编译和调试，最终进行自动售货机的实验电路仿真来模拟自动售货。结合工作原理、系统设计、软件编译和实验仿真来实现自动售货这一相关功能。关键词 自动售货机，80C51 单片机，编译仿真攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTIIABSTRACTThe automatically vending machine is provided the the the important applications of
3、 the automation technology in peoples lives. With the continuous improvement of peoples quality of life, the increasingly high performance requirements of vending machines. Vending machines The main function of the form of man-machine dialogue vending this process.The designed a produced by Intel 80
4、C51 microcontroller as the core vending machines, and emphasizes the detailed description of the overall system design of the vending machines, hardware options, software and the use of methods and techniques. As 80C51 CPU processing unit connected to the various functional modules; 4 * 4 matrix key
5、board as an input control module of goods, the choice of the type and number of input and analog currency; LCD1602 LCD as the display module to display the current state of shopping as well as currency state; LED display indicates the current selection of goods and shipment status. By the Protues7.5
6、 microcontroller circuit diagram connecting wiring each module; complete source code to compile and debug then the Keil uVision3 professional compiler software, eventually vending machine experiment circuit simulation to simulate the automatic vending. Combined with the working principle, system des
7、ign, software compiler and experimental simulation to achieve automatic vending related functions.Keywords automatic vending machine, 80C51 MCU, compiled simulation攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录III目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 课题的研究背景及意义 .11.2 国内外现状及发展趋势 .11.3 本课题研究的主要内容 .22 自动售货机的系统结构 .42.1 自动售货机的系统概述 .42.1.
8、1 自动售货机的系统结构 .42.1.2 自动售货机的控制子系统概述 .42.2 自动售货机的功能简介 .52.2.1 自动售货机的功能概述 .52.2.2 自动售货机的设计思路 .63 自动售货机的硬件设计 .83.1 80C51 的简介 .83.1.1 80C51 的基本概述 .83.1.2 80C51 的引脚功能介绍 .83.2 LCD1602 字符型液晶简介 .103.2.1 LCD1602 的概述 .103.2.2 LCD1602 的硬件结构 .103.2.3 LCD1602 的指令说明 .113.2.4 LCD1602 的基本时序操作 .133.3 4*4 矩阵键盘简介 .153.
9、3.1 4*4 矩阵键盘的概述 .153.3.2 44 矩阵键盘的硬件结构 .153.4 货币识别系统 .163.4.1 对硬币的识别 .163.4.2 对纸币的识别 .173.5 货物选择系统 .183.6 出货及找零系统 .19攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录IV4 系统的软件流程图设计 .214.1 自动售货机货物选择流程图 .214.2 自动售货机投币系统流程图 .224.3 自动售货机出货找零系统流程图 .235 系统软件仿真 .245.1 PROTEUS 的简介 .245.2 仿真结果 .256 结论 .28参考文献 .29附录 A：C 源程序 .30附录 B：系统总图 .4
10、2致谢 .43攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论11 绪论1.1 课题的研究背景及意义如今，在全世界范围内自动售货机方式多样灵活，例如实行联机方式，通过电话网络线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，目的就是为了保证自动售货机中的商品推送、商品选的定补充能够更加精确地进行。此外，自动售货机的开发从能源的节省的角度出发，生产制造了更加合理化的节能型饮料自动售货机。例如在夏季电力消费高峰期，这种机型的自动售货机能自动保持低温而不是靠打开冷却器来维持，与以往的老式自动售货机相比更加凸显了它的特点，它能够在达到相同的效果下节约更多的电力。这些充分说明了该行业为了自动售货机走向信息
11、化并进一步实现合理化所作出的不懈努力。进入 21 世纪后，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。面对当前快速商品社会的环境，人们的时间观念越来越重，如何才能更快地购买到顾客自己所需的商品，这都是顾客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显著提高，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。同时，这种快捷方便的购物方式也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。自动售货机在人群几种的区域如城市商业区、风景区、写字楼大厅、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
12、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。自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛应用于公共场所,它是我国生产技术机械化、智能化和自动化的体现。从广义来讲是投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。自动售货机的诞生完善了市政的建设，符合现代化建设的需要，提高了
13、经济活动效率，节约劳动力，把有限的人力物力集中到其他资源上。1.2 国内外现状及发展趋势在我国国内，自动售货机在所谓的掀起了“第三次零售业革命”后已经成为攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论2了一个跻身于超市和百货商店之上的具有非常广阔的前景的新兴行业。从形式上的更新到内容上的丰富都带来了很大突破。因为受地域影响小，自动售货机售卖的商品种类可以根据不同的地区来具体供应，包括各种饮料、零食、电子产品、计生用品等都可以作为其销售的对象。并且，从这种智能自动销售系统中，我们可以很精确的读取货物库存、商品销量、物流详情等信息。让管理、销售人员更轻松地开展具体工作。此外，与老式的人为销售相比，自动售
14、货机可以支持多种电子支付模式，比如用信用卡支付就能更方便地进行较大金额的交易支付、结算。在 20 世纪初，通过手机、英特网购物的消费方式在国内开始相继出现，因为这种需求的诞生，国内的相关公司已着手研制出此种类型的自动售货机。这样的新兴自动售货机在方便顾客消费购物的同时也充当着广告传播的新型媒介。相较于中国，国外的自动售货机行业发展比较成熟和发达。例如从自动售货机的机型上来说，在日本国内就已经达到了 2000 多种。而且所售的商品种类已经高达 6000 多种。更是在由于无所不在的自动售货机为人们提供了 24 小时的服务而特别受欢迎。而在比较发达的美国，光是提供自动售货机服务的运营商就多达 108
15、00 家，并且在与各大饮料、食品公司的合作基础上积累了想当多的经验。在英国，为了更具针对性解决投币的麻烦，一些信用机构和某些银行还量身制定了一种自动售货机卡，在购货的时候，用刷卡代替传统的投币从而能更方便快捷地进行购物。到 2002 年，占全国人口的 20%以上的英国人都开通了这种自动售货机卡。自动售货机在国内外的受欢迎程度已经达到一个高度。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。随着经济发展，传统的固定地点人员售货方式
16、暴露出许多弊端：人力资源需求大；受所需服务地点，地理条件的限制；而且在服务时间上不能最大限度的服务于消费者。相信随着社会的发展，人们对于生活高效性的重实也会逐渐提高，自动售货机也会受到更多人的关注和喜爱。现在，自动售货机产业正走向信息化并进一步实现合理化。自动售货机的出现解决了这些难题，自动售货机必然朝着操作简单化、监控管理智能化、功耗节能化和性能多样化方面发展。1.3 本课题研究的主要内容本课题研究的是通过核心单片机 80C51 控制的自动售货机。涉及到用 keil Uvision3 来进行 C 语言程序的编译调试，通过 protues7.5 电路连接来设计系统电路。通过 80C51 与输入
17、模块、输出显示模块、找零模块、显示模块的连接来系攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论3统模拟自动售货这一功能。设计从能根据投入的钱币自动售货的机器。用 4*4 矩阵键盘来模拟货物种类以及数量的选择，再通过键盘其他按键来模拟投币功能。用 LCD1602 作为输出显示模块，通过液晶显示来明确按键的功能以及自动售货机的购货状态等。用 LED 灯来表示货物的种类。因为货币识别功能是在自动售货机的外部硬件电路方面来加以具体实施的，而本设计是模拟自动售货机的功能，所以不考虑货币识别的模块设计，在这里只作原理介绍。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 自动售货机的系统结构42 自动售货机的系统结构2.1
18、自动售货机的系统概述2.1.1 自动售货机的系统结构自动售货机是集光、机、电一体化的自动售货装置，能够独立完成自动售货这一功能。自动售货机的工作原理是：在初始化的界面等待顾客按键选择货物的种类和数量顾客投入货币，按下确定购买键后等待售货机自动计算所购商品的总价，然后提示顾客投入货币。所投的货币经过外部硬件检测传感器检测真假后累加计数。若顾客确认购买系统则跳转到下一步骤，反之取消购买即退出货币返回到主界面，等待顾客下一步操作。自动售货机通过货币的总价与和所购商品的总价的差值来进行出货找零。总体工作原理如图 2.1：图 2.1 自动售货机的总体工作原理图2.1.2 自动售货机的控制子系统概述自动售
19、货机的控制子系统由以下几个部分组成，分别是预设自动售货系统、金额累加和找零系统、售完检测系统、售出累计及反馈功能系统。1 预设自动售货机系统：自动售货机出售的商品可分为若干个品种，在其攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 自动售货机的系统结构5售前设定价格时必须预先寄存在控制系统内。设定的方式原理：商品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，并将设定的价格写入存储器中，存储器本身需具有断电保护记忆功能，此为采用软件。此外，如果在自动售货机中，在出售商品的种类少，价格变化小，使用币种单一的情况下，也可以用比较简单的价格设定方法-硬件设置，即采用拨码开关对应的方式设置。2
20、金额累加和找零系统：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。如果顾客投入货币，识币器检测到货币信号后，通过通信系统把识别的货币数值信号送入累计存储器器中进行累加计数。要是货币数值满足购货需求则通过串行接口提示购货，售货机则通过并行扩展接口驱动电磁阀或者微电机驱动送出货物，同时存储器计数清零跳入到找零系统，自动售货完成。如果货币数值不满足购货需求则提示顾客继续投币或者取消购货，取消购货后由售货机退出投入的货币返回初始化界面。3 货物检测系统：为了货物供应充足，把接触开关和行程开关安装在自动售货机货物存储存道的下方，当存储存道尚有货物时，行程开关保持闭合，CPU 控制
21、自动售货机正常售货。货物供应不足的时候，行程开关自动断开，向 CPU 发出缺货信号，经过检测后发送到外部电机或者电磁阀来推动外部货物进入存储道达到自动添加货物的目的，以保持货源充足。4 售出累计及反馈功能系统：自动售货机的 CPU 在每次售出一种货物后，由通信系统向出货存储器中累计已经售出的数据，通过自动售货机内部控制的按键可以显示出累计数据以掌握销售情况。此外，由外部按键操作在按下自测功能键后，出现自测功能信号，可以通过检测结果查看各个模块的功能情况，也可以检测自动售货机的货物存储道驱动功能。2.2 自动售货机的功能简介2.2.1 自动售货机的功能概述基本原理：通过矩阵键盘来选择货物的种类与
22、数量过后自动售货机提示投币。自动售货机的货币识别器对所投货币进行识别，根据金额大小然后将商品选择权通过LCD液晶显示给客户，客户按键选择后，CPU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。功能描述：货物种类一共设有8种，这8种商品通过选择按键进行选择确认，通过数量选择按键确定购买数量，价格规定为1-8元不等；货币识别器能够识别1元硬币、1元纸币、5元纸币、10元纸币、20元纸币50元纸币以及100元纸币。在规定的时间内，投了几次货币后，货币能够实现自动累加功能，这样设计会把投攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 自动售货机的系统结构6入的所有货币总额数目数据传递到中央控制元器件进行处理
23、；在超过规定时间后投币口自动关闭，数据处理单元按照投币总数和购买的数量和价格乘积来进行加减运算累，实现购买和找币功能。当投入的货币总值小于商品总金额时，则不能进行购货，投入的钱将全部退还。 本设计中有一共有16个按键选择，其中有两个是货物选择键，有两个是数量选择键，此外还有6个货币投入键1个确认键和1个取消键。2.2.2 自动售货机的设计思路1 本设计以这样的工作流程开始自动售货机的自动售货过程：1) 启 动 系 统 ， 开 始 待 机 ；2) 顾 客 通 过 按 键 选 择 商 品 的 种 类 以 及 数 量 并 确 认 ； 3) 售 货 机 检 查 是 否 有 足 够 的 货 物 并 通
24、过 LCD 提 示 等 待 顾 客 投 币 ；4) 顾 客 投 入 货 币 ， 售 货 机 自 动 检 测 金 额 是 否 足 够 ；5) 金 额 足 够 多 ， 售 货 机 将 推 出 顾 客 选 择 的 相 应 数 量 的 商 品 ， 若 金 额 不 足则 直 接 退 还 货 币 ；6) 推 出 商 品 ， 售 货 机 转 入 找 零 系 统 退 出 余 币 ；7) 系 统 自 动 复 位 ， 完 成 售 货 ；2 系统采用硬件设计思路如图2.3：1) 采 用 单 片 机 80C51 作 CPU；2) 采 用 P3.5 口 作 为 投 币 的 输 入 端 ；3) 采 用 LCD1602 液 晶 为 显 示 模 块 ：4) 采 用 4*4 矩 阵 键 盘 连 接 P1 口 作 为 货 物 选 择 选 择 端 ；5) 采 用 P0 口 实 现 出 货 、 找 零 功 能 ；图 2.3 自动售货机系统原理图3 硬件端口的选择思路：1) 输 入 ： 由 于 本 设 计 模 拟 输 入 功 能 是 由 4*4 矩 阵 键 盘 来 完 成 的 ， 而 键
