零钱兑换机的设计论文(编辑修改稿)

零钱兑换机的设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

○ 1 它具有体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。 ○ 2 其信号通道受外界影响小，可靠性高，抗干扰性能强。 ○ 3 控制功能强，运行速度快。 其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。 由上述单片机的优点可知它能广泛的应用各控制领域。 由于它具有“小、轻、廉、省”的特点，尤其耗电少，又可使供电电源的体积小、重量轻，所以特别适用于“电脑型产品”，在家 用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收款机、办公设备、厨房设备等许多产品上的到广泛的应用。 它同样也特别适用于 6 数控机械、医疗设备，汽车等地方。 在我国， Intel 公司 MCS48 系列、 MCS51系列、 MCS96 系列的各种机型用的最多。 综合比较这些器件的优缺点以及该系统设计的实际情况，文中选用了STC89C51单片机作为 该系统和核心控制器件。 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52使用经典的MCS51内核，但做了很多的改进使 得芯片具有传统 51单片机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 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级中断结构），全双工串行口。 另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电 模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T 可选。 特性： STC89C52RC 单片机（如图 ） : 8K 字节程序存储空间； 512字节数据存储空间； 内带 2K 字节 EEPROM 存储空间。 可直接使用串口下载； 图 7 硬件原理图：如图 图 验钞机数码管：如图 验钞机数码管能显示出纸币的金额，利用数码管显示的数值作为单片机的输入信号。 图 8 如图 所示，上方为验钞识币芯片，其中有数码管接口，我们正是从该接口读回的面额信息。 下方为进币口 图 其检测原理为：钞票纸 正面偏左位置有 宽的安全线，用磁性检测器检验磁性反应。 人民币安全线中的磁信号很有规律，磁信号由若干个单信号构成一组信号，相同面值人民币的磁信号相同，不同面值人民币的磁信号不同，经过磁阻型传感器磁头时，产生相应的磁通量的变化，致使磁敏电阻值随之变化。 该变化的电阻值转变成电压信号经后级电路处理，再送给单片机进行真伪的判别。 单片机通过分析磁信号的间隔和占空比，将信号分为若干组，用该信号和预先存储的人民币固有的信号进行比较，即可识别钞票真伪和分辨钞票的面值。 工作过程： 验钞机附带一个三位的数码管，显 示方式为动态显示。 显示时，单片机可以读出数码管的字型码，也就可以确定纸币的数值。 产生中断 经过若干次中断 纸币投入 读 P1 口 显示输出 9 在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称 LED；。 液晶显示器，简称 LCD；阴极射线 CRT 显示器等。 由于 LED 数码管显示器具有价格低廉，配置灵活，连接方便等优点，结合本例实际的需要我选用了二位共阴极的 LED显示器作为显示器件。 LED 的工作原理 LED 数码管由多个发光二极管显示字段组成，分为共阴极和共阳极两 种类型，如图 所示。 共阴极 LED 的发光二极管的阴极连接在一起，用来接电源的 图 负极，当某字段发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的字段被显示。 同样，共阳极 LED 的发光二极管的阳极连接在一起，用来接电源的正极，当某字段发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的字段被显示 常用的 LED 数码管有 a， b， c， d， e， f， g 共 7 个字段，构成字形 “8” ，外加一个小数点 DP 共 8 个发光二极管。 LED 的显示方法的选择 LED 显示器的显示方 法有静态和动态两种。 静态显示就显示器的每一个字段都要独占一条 I/O 线， 当 CPU 将要显示的字段码送到输出口上，显示器就可以显示出所要的字符，如果 CPU 不去改写它，它将一直保持下去。 静态显示的优点是显示程序简单，亮度高，实时性好，但也有缺点，主要是显示位数较多时占用 I/O 较多，硬件复杂成本高。 动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方法，这种方法线路简单，成本低。 所谓动态扫描显示方法是把所有 LED 数码管的 8 个段的各同段名端连接 10 在一起，并把它们接到字段的输出口上。 为了防止各数码管同时显示相同的数字，各个显示 器的公共端 COM 还接到另外一组控制信号，即把它们接到位输出口上。 这样，对于一组 LED 数码管需要由两组信号来控制，一组是字段输出口输出的字形码，另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位数码管工作，称为位码。 在这两组信号的控制下，可以一位一位的轮流点亮各个数码管显示各个数码，及实现动态的扫描显示。 如果要显示一组数字，即 利 用循环扫描的方法，各位显示器依次从左到右轮流点亮一遍，通过时间再使之显示一遍，如此不断的重复。 在轮流点亮一遍的过程中，每位显示器点亮的时间是极为短暂的。 由于 LED 具有余辉特性以及人眼视觉的 惰性，尽管每位显示器实际上是分时断续的显示，但只要适当选取扫描频率，给人的视觉印象就像是连续稳定地显示。 从结构上来讲，静态显示的方法电路结构复杂，需要用到锁存芯片作为辅助器件；动态扫描的方法电路结构相对简单。 显示方法的选择应该根据实际需要来选取。 结合本例的实际情况，在本例中选用了动态 LED 的显示方法。 其中主要原因是：购买的验钞读币机本身就是动态显示的 系统中所采用的显示接口电路 显示部分电路如下图 所示， 两位共阴极数码管 用数码管动态显示 图 电机从大体上可以分为直流电机和交流电机两大类。 直流电机具有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大、能承受频繁的冲击负载、可实现频繁的无极快速启动、制动和反转等一系列优点，因此直流电机在控制领域中应用是非常广泛的。 但是他不能实现精确的定位；在交流电机中有一种叫步进电机，它是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。 步进电机具有快速启停能力，只要电机负荷不超 过它所能提供的动态转矩，就能通过输入脉冲来控制它在一瞬 11 间启动和停止。 步进电机的步角距和转速只和输入脉冲的频率有关，和环境温度、气压、冲击和振动无关，也不受电网电压的波动和负载变化的影响，它每转一周都有固定的步数，步进精确和步距误差不会长期积累。 因此，步进电机可以用在需要精确定位的场合应。 在本例中既可以用直流电机作为动力本分也可以选用步进电机作为动力部分。 电机选取的不同就会有不同的解决方案。 选用直流电机的话就要有相应的制动装置和其他辅助检测装置。 检测装置可以是：光电传感器、限位开关等，这些装置的作用都是为了 能够实现对电机转动角度以及出币过程的控制。 但是加上这些装置后会使该系统变得复杂，而且准确程度也会受到影响。 而步进电机可以实现对转动角度的精确控制，要控制步进电机转动一个 900角是非常容易实现的，要控制步进电机的正反转也是很容易实现的，而且这些都不用加其他的辅助装置，可以用程序来完成。 但是相比直流电机而言，如果选用步进电机则需要增加一个专门的步进电机驱动模块。 综合比较直流电机和步进电机的优缺点，结合该系统需要精确定位的实际情况，我选用了步进电机作为该装置的动力部分。 步进电机的概念及分类 步进 电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。 您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机分三种：永磁式（ PM） ，反应式（ VR）和混合式（ HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 度 或 15 度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 度，但噪声和振动都很大。 在欧美等发 达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。 它又分为两相和五相：两相步进角一般为 度，而五相步进角一般为 度。 这种步进电机的应用最为广泛。 12 步进电机的工作原理 图 ,由图可见 : 图 电机上均匀分布有六个磁极，相邻两磁极间交角为 600，磁极上绕有三相控制绕组，分别对应于 A、 B 和 C 三相电源。 转子外侧均匀分布有 40 个齿，每个齿的齿距为 90。 定子的每个极弧上也有 5 个齿，定子和转子的齿宽和齿距都相同，而每个定子磁极的极距为 600，故每个磁极所占的齿距数不是整数。 为了弄清楚步进电机的工作原理，现将图 ，如图 所示。 图中，定子 A 极上的齿和转子上的齿是对齐的，但是 B 极和 C 图 13 极上的齿分别和转子上齿相错 1/3 齿距（既 30）。 若使 B 相绕组通电，电机就会沿 B 极轴向产生磁场，转子因受到反应转矩作用而转动，直到 B 极上齿和转子上齿对齐为止，但 A 极和 C 极上的齿又分别和转子上相应齿相错新的 1/3 齿距（既30）。 此时，若断开 B 极控制绕组中电流而接通 C 相控制绕组， C 极和转子间产生的反应转矩使转子继续转动，驱使 C 极上齿和转子上齿对齐。 同理， A 极通电驱使 A 极上齿和转子上齿对齐。 由此可见，错齿是促使步进电机旋转的根本原因。 由步进电机的工作原理可知，步进电机是在一定顺序的电 脉冲控制下运转的。 三相步进电机的通电方式有： (1)、三相单三拍通电方式： A→ B→ C→ A (2)、三相双三拍通电方式： AB→ BC→ CA→ AB (3)、三相六拍通电方式： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA 按以上顺序通电，步进电机正转。 要使电机反转，将上述步进电机各相绕组的通电相序反过来即可。 如三相三拍反转的通电方式为： A→ C→ B→ A[1821]。 系统中步进电机的控制电路及原理 步进电机要正常运转，必须正确地分配各相控制脉冲，使各相绕组按规定的顺序轮流通电，控制脉行分配器冲的分配可以由硬件环来完成，也 可以由软件来完成。 用软件完成控制脉冲的分配具有灵活方便、适应性广等特点。 此外，还可以省去硬件，是常用的步进电机控制的方式。 如图 所示为本例中步进电机控制的原理图； P2 口作为输出口， ， ， 三位分别输出控制脉冲，通过 7406驱动脉冲功率放大级的达林顿复合管。 根据 P2口。