基于51单片机超市储物柜系统设计和实现计算机专业.doc
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1、基于51单片机超市储物柜系统设计摘要: 课题为基于51单片机超市储物柜系统设计。基于51单片机超市储物柜系统设计主要包括矩阵键盘输入、显示、数据存储、指示灯、声音提示以及主控制器。在超市储物柜系统设计硬件设计中,选择单片机作为系统的核心控制原件,具体设计内容包含选取的超声波方案、单片机以及传感器的种类及型号,此外还需结合各部件进行显示模块的设计;在系统软件设计中,最核心的内容为系统程序的设计,程序运算结果可由显示模块加以呈现。首先按下存物按键,进入密码设置界面,在10秒内设置好存储密码后,调试几号储物柜,并提示牢记密码,按下取物按键,需要先输入箱号,等到用户输入密码,密码正确,开启对应的都储物
2、柜,知道亮起。存储选择AT24C02。人机交互选择矩阵键盘。显示选择LCD12864。软件设计通过C进行设计,使用C开发简单,单片机的专用Keil设计工具,完成程序文件的执行,系统软件设计完成后,通过Proteus进行系统仿真,成功功能验证。对设计进行优化,完成系统设计要求。关键词: STC89C52;储物柜;LCD12864;AT24C02Abstract: The subject is the design of supermarket storage cabinet system based on 51 single chip computer. The design of superm
3、arket storage cabinet system based on 51 MCU mainly includes matrix keyboard input, display, data storage, indicator lamp, sound prompt and main controller. In the hardware design of supermarket storage cabinet system, single-chip computer is selected as the core control original. The specific desig
4、n includes the selected ultrasonic scheme, the types and types of single-chip computer and sensors. In addition, the display module needs to be designed in combination with each component. In the software design of the system, the core content is the design of system program, and the results of prog
5、ram operation can be obtained by the software design of the system. The display module is presented. Firstly, press the store key, enter the password setting interface, after setting the store password in 10 seconds, debug the number of storage cabinet, and prompt to remember the password, press the
6、 take-out key, need to enter the box number first, until the user enters the password, the password is correct, open the corresponding storage cabinet, know to light up. Storage selection AT24C02. Human-computer interaction selection matrix keyboard. Display and select LCD12864. The software is desi
7、gned by C. It is simple to develop by C. The special Keil design tool of MCU is used to complete the execution of program files. After the system software design is completed, the system is simulated by Proteus, and the function is verified successfully. To optimize the design and complete the syste
8、m design requirements.Keywords: STC89C52; Storage cabinet; LCD12864; AT24C02目录1绪论11.1选研究的目的与意义11.2课题研究内容12系统方案设计22.1系统整体架构设计22.2主控制器方案22.3显示方案设计33系统硬件设计43.1主控制器电路43.2按键电路设计73.3存储电路83.4显示电路83.5蜂鸣器电路113.6指示灯电路123.7整体电路124系统软件设计144.1整体软件设计144.2显示软件设计154.3按键扫描软件设计165系统测试185.1实物上电测试185.2液晶显示上电测试195.3存物上电
9、测试205.4取物上电测试21结论24参考文献25致谢26附录27附录一 电路图27附录二 程序27IV1绪论1.1选研究的目的与意义单片机是目前最为常用的开发设计方案。单片机可以人为的进行逻辑设计,将设计思路通过单片机运行。存储空间包括ROM只能读的存储快和RAM既可以读又可以写的存储快,定时器是非常好用的方案,可以进行定时中断设计,便于在很多逻辑开发中使用,让代码不必复杂。单片机的出现改变了电子科技领域的发展现状,使得很多的电子开发更加简单,通过单片机的使用,可以以简单的方式实现复杂的产品功能。单片机在很多领域都使用,比如汽车制造、玩儿具、电动车、智能硬件、工业自动化、移动设备等很多地方,
10、正是由于单片机的出现,才有了那些智能化的产品。1.2课题研究内容此项目为基于51单片机超市储物柜系统设计,项目选取STC89C52单片机作为主控制器,可以实现基于51单片机超市储物柜系统设计,通过矩阵键盘输入密码,开启储物柜。设计初系统整体设计方案,完成系统结构设计。确定各个功能的具体方案,明确所有设计细节、器件选型。根据选择的器件型号,设计初系统各部分电路图,将各个功能的电路图连接在一起,绘制出系统整体电路图。按照连接关系设计软件,软件设计通过C语言进行编程,完成各个功能代码开发,进行模块化设计,最终组合在一起,并且按照逻辑流程设计初软件设计流程图。最终对系统进行调试,对代码的逻辑结构进行验
11、证,是否可以实现功能,对设计缺陷进行优化,直到实现系统功能。2系统方案设计2.1系统整体架构设计基于51单片机超市储物柜系统设计主要包括矩阵键盘输入、显示、数据存储、指示灯、声音提示以及主控制器。在超市储物柜系统设计硬件设计中,选择单片机作为系统的核心控制原件,具体设计内容包含选取的超声波方案、单片机以及传感器的种类及型号,此外还需结合各部件进行显示模块的设计;在系统软件设计中,最核心的内容为系统程序的设计,程序运算结果可由显示模块加以呈现。首先按下存物按键,进入密码设置界面,在10秒内设置好存储密码后,调试几号储物柜,并提示牢记密码,按下取物按键,需要先输入箱号,等到用户输入密码,密码正确,
12、开启对应的都储物柜,知道亮起。系统结构框图如图2-1所示。图2-1 系统整体框图2.2主控制器方案51单片机是系统设计中最为重要的方案之一,所以系统使用STC89C52处理器。这款MCU设计了高集成化的存储时间很长的单片机设计方式去制造,此处理器可以使用MCS-51指令操作,并且在硬件接口上都是通用的。此MCU在功耗方面表现非常优秀,功耗很小,设计中使用的是CMOS的处理器,此处理器是8BIT的,MCU中具有8K比特的存储空间,此存储空间可以进行读写操作,读写次数高达上十万次,完全满足开发需要。STC家族的MCU在工厂制造出厂会对其进行加密设计,外接的任何技术手法都不会对STC家族的MCU完成
13、解密工作,此处理器的运行速度非常快,处理器的最高速度能够上升到420兆赫兹,处理器在很多复杂环境下都可以正常运行,稳定性非常优秀,最为需要关注的一点是,该处理器的成本可观,价格很低,在电子市场中随处可见。对于51系列的单片机进行性能分析,其可靠性较高,并且拥有价格方面的优势,功耗低,加密性强,并且对于STC系列的单片机来说,其能够进行在线的工作处理,更加方便。2.3显示方案设计采用12864液晶显示屏。这种显示屏的最大特点就是可以对图形进行显示,而且整个显示设备的厚度、集成电路的规模都比较小,可以直接驱动大规模的集成电路,此外还可以进行色彩的显示。其主要运用的原理是液晶的物理特征,显示区域通过
14、电压来进行控制,所以只要在通电的状态下都可以显示相关信息,因而目前已经被广泛应用在手提电脑、数字摄像机、PDA移动通信等众多领域。3系统硬件设计3.1主控制器电路什么是单片机(或者微控制器)?它的概念是将一些肉眼不可见的电子元器件高度集成在一块由硅晶制成的芯片上组成完整的计算机系统。对于每一块单片机,我们都可以将其看着是一块独立的完整计算机芯片,它的内部是高度集成的具有强大运算能力的中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器以及数量众多的I/O引脚等,我们通过单片机可以实现PWM脉宽调制、A/D或者D/A转换、串口通信等很多功能,这里我们选择的STC89C
15、52单片机也是属于其中的一款8位CMOS专用计算机系统。这里我们通过列举一些STC89C52单片机的性能参数来对它进行简单的介绍:STC89C52单片机是一款自带4K字节的可编程可擦除8位CMOS微控制器,它可支持最高1000次的反复擦写操作,它兼容工业级的MCS-51指令集,由于价格低廉、资源丰富、使用范围广,因此它为很多行业提供高效廉价的自动化控制解决方案。STC89C52单片机具有以下特性:全静态工作的频率为:0Hz24Hz之间;采用三级程序存储器锁定;高达32位的I/O引脚;双定时器、计数器;内置五个中断源;低功耗、掉电保存设计内置振荡器和时钟电路。如图3-1所示分别为STC89C52
16、单片机在我们现实生活中比较常见的两种PID封装引脚图。单片机最小系统电路如图3-1所示。 图3-1 单片机引脚图从图中我们不难看出这两个不同形状的STC89C52单片机,它们的引脚功能实际上是完全一样的,并没有任何的差别。这里我们分别对相应的引脚进行简单的介绍: Pin20是单片机的GND端;Pin40是单片机的VCC电源输入端;P0口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口,它的引脚地址为3932,分别对应的是P0.0P0.7这8个I/O口。P0口比较有两套工作模式,正常情况下它作为逻辑电平输出口,它输出“1”时,引脚用作高阻抗输入;它的第二模式为低8位地址/数据复用,通过内部的上拉电阻来控
17、制数据的输入/输出;P1口:引脚地址为Pin18,分别对用的是P1.0P1.7,它的每个引脚都内置一个上拉电阻,这样它就可以驱动4个的TTL逻辑电平,它也被用来作为输入口使用。在特殊情况下它的P1.0和P1.1引脚还可以作为定时器/计数器来进行使用, P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。P2口:引脚地址为Pin2128,分别对应的是P2.0P2.7,它P2口是内置上拉电阻的8位双向I/O端口,它可以作为4个TTL逻辑电平的输入/输出口,与此同时它还可以用来访问外部程序存储器件。P3口:引脚地址为Pin1017
18、分别对应的是P3.03.7,它同样是一个内置上拉电阻的8位双向I/O端口。它的功能同P1、P2,此外它还被用作其他的一些复用功能。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。P3做输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。RST(9引脚):复位输入。单片机被设置为当引脚输入连续的至少两个时间周期的有效高电平时,它就会自动完成单片机的复位操作;ALE/(30引脚):地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲,它是在进行Flash编程时判断地址位
19、8EH中的SFR的初始位置是否为“1”来执行相应的操作,当其为“1”时, ALE动作被视为无效,但是它只有在执行MOVX或MOV指令时才会起作用;PSEN(29引脚):它控制外部程序存储器选通信号;/VPP(31引脚):访问外部程序存储器控制信号; XTAL1(19引脚):振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端;XTAL2(18引脚):振荡器反相放大器的输入端。STC89C51单片机的性能对于用户来说是极好的,但是为了提高它的工作效率和运行速度,STC89C51单片机逐渐开始使用RISC流水线和DSP等高端技术。STC89C51单片机技术因为被广泛应用于各种智能家电中,因此各大行业的竞争使
20、其价格变得低廉,销量急剧增加,性价比极高。 除此之外,单片机的内部还有一些特殊的寄存器,它们是通过特殊的地址寻址指令来进行控制的,这里由于篇幅有限,我们不再深入的对单片机的内部结构进行进一步的研究,因此在这里便不再进行累述。由于STC89C52单片机芯片是将最为核心的东西进行了封装,因此我们在使用时需要结合外部时钟电路、复位电路以及电源电路来搭建一个最小工作系统,以保障单片机系统以及外围电路的正常工作。如图3-2所示为STC89C52单片机的最小系统电路图。图3-2 单片机系统电路3.2按键电路设计按键有独立式和矩阵式两种不同类型的键盘之分,矩阵式可以通过8个IO口实现16个按键值,所以优势就
21、是节省IO口。本设计需要的按键较多,所以选择矩阵按键式。在系统设计中,人机之间的交互需要借助于按键来得以实现,而对于按键的电路设计需要与软件相结合,同时还需根据实际使用中所出现的问题来进行分析,单纯扫描键盘的方式是无法实现的。系统中的单片机键盘在实际使用时是独立的,同时还要对按键的矩阵进行设计,这两个方面有着很大的区别。对键盘电路的设计还有一个比较好的功用,那就是能够有效节约端口的资源,因此在键盘电路设计中人们通常会选择矩阵键盘这样可以更好地对多按键电路进行优化。在接下来的设计中需要对按键操作时所发生的“毛刺”现象进行处理,处理的方式通常以延时法来进行,也即是对所有的按键进行不断重复地延时扫描
22、正常使用按键的时候一般触发的时间比较短暂,延时扫描时触发按键的时间被延长,随后对按键进行电平的检查,一般出现“毛刺”的脉冲时间都十分短暂,在电平检查中如果发现有的按键并没有保持住原状,则说明这个按键是无效的。矩阵键盘一共是4行和4列,所以16个按键。K2、K3、K4、K6、K7、K8、K10、K11、K12、K15为数字键0到9。K5为存按键。K9位取按键。K13位管理员按键。K14位退格按键。K16位确认按键。K17位返回按键。电路如图3-3所示。 图3-3 矩阵键盘电路图3.3存储电路储物柜的密码需要进行存储,便于用户开启储物柜时进行对比,判断用户输入的密码是否正确。系统通过AT24C0
23、2进行密码存储。电路图如图3-4所示。 图3-4 密码存储电路图3.4显示电路本设计中,加湿器在工作中需要对当前检测到温湿度值及设定的工作湿度值进行显示,因此选择能显示内容较多的性价值比的LCD1602液晶显示屏。LCD1602液晶显示器性价比高、接口多、功能丰富,这使得它具有有极广的应用范围。在系统设计当中选用液晶显示器来进行数值的显示有着诸多的优点:从显示的效果上看,液晶显示的稳定性要更高,而且非常清晰,在接收到从单片机传来的信息后,显示器的屏幕会被自动点亮,且亮度会一直保持不变,而在不需要显示的时候又会对屏显进行刷新,直到接收到其他的显示命令为止。从内容与形式上看,液晶显示器能够对多种数
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