劉塵塵

（西昌學(xué)院，四川 西昌 615013）

一種高速單片機(jī)芯片在自動售貨機(jī)中的實現(xiàn)*

劉塵塵

（西昌學(xué)院，四川 西昌 615013）

目前越來越多的商業(yè)場所都使用基于嵌入式設(shè)備開發(fā)的自動售貨機(jī)，但是由于主控芯片與其他I/O設(shè)備不同步而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題時常發(fā)生，探討了一種高速單片機(jī)主控芯片在自動售貨機(jī)中得到實現(xiàn)的過程。

高速單片機(jī)；自動售貨機(jī)；主控芯片

0 引言

作為一種全新的商業(yè)零售系統(tǒng)，從20世紀(jì)70年代以來，自動售貨機(jī)的發(fā)展速度日益加快，截至目前，我國保有量已達(dá)數(shù)萬臺；由于單片機(jī)芯片具有極高的性能價格比，雖然高性能嵌入式設(shè)備的普及率得到提高，但是單片機(jī)作為自動售貨機(jī)的基礎(chǔ)控制芯片，依然占據(jù)大量市場。本文利用一種新型超高速芯片應(yīng)用在已投入商用的自動售貨機(jī)系統(tǒng)中，長時間正常運營的實現(xiàn)過程。

1 基于高速單片機(jī)控制的自動售貨機(jī)結(jié)構(gòu)

本次自動售貨機(jī)的設(shè)計中，沿用了比較成熟的通過主控芯片控制電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動彈簧的設(shè)計方案。其完整的控制系統(tǒng)和外圍接口及設(shè)備如圖1所示，共包含三個模塊：1、人機(jī)交互模塊：由4*4金屬鍵盤與液晶顯示器LCD128*64構(gòu)成，通過進(jìn)一步編寫導(dǎo)航式程序，顧客、管理員都可以與主控芯片進(jìn)行交互；2、支持MDB/ICP[1]協(xié)議硬件模塊：由ICT公司的CC6100系列紙幣器和MEI公司的硬幣器組成的現(xiàn)金交易設(shè)備，下一步通過該模塊為非現(xiàn)金交易設(shè)備（例如讀卡器）提供接口，進(jìn)一步完善自動售貨機(jī)收費系統(tǒng)；3、貨道電機(jī)驅(qū)動模塊：以陣列的方式為商品貨道提供支持，通過人機(jī)交互模塊，主控芯片推動對應(yīng)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，以推動彈簧，最終實現(xiàn)商品的出售。

圖1 自動售貨機(jī)設(shè)計總框圖

2 主控芯片STC12C5A60S2和溫控傳感器DS18B20在自動售貨機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 STC12C5A60S2與AT89C51異同點

本次系統(tǒng)的核心主控芯片STC12C5A60S2和過去常用的使用Atmel公司制造的AT89C51系列性能對比如表1所示。

表1 AT89C51系列和STC12C5A60S2主要性能對比

從表1可以看出，STC12C5A60S2性能比過去常用的AT89C51系列得到加強(qiáng)，作為本次系統(tǒng)開發(fā)使用到的主要有以下四個特點。

（1）工作電壓。AT89C51單片機(jī)使用電壓只能是5.5 V，但是在本次系統(tǒng)設(shè)計中，為了體現(xiàn)低功耗的特點，因此把電壓控制在3.3 V左右，加入了3.3 V電源模塊，同時，為了今后擴(kuò)展需要，也保留了常用的5.5 V電源，針對自動售貨機(jī)電路板，該電路最大的優(yōu)勢是可以將控制電機(jī)的陣列控制板和主控板結(jié)合在一起，節(jié)約機(jī)器內(nèi)部空間。

（2）掉電喚醒引腳。STC12C5A60S2具有掉電喚醒功能，STC的喚醒機(jī)制就是進(jìn)中斷，通過MCU_POWER_DOWN（MCU掉電程序）和INT0_int ()interrupt 0（外部中斷0服務(wù)程序），可以使得該芯片進(jìn)入掉電服務(wù)程序，在本系統(tǒng)設(shè)計中，該功能與定時器配合，使得自動售貨機(jī)在凌晨時間停止工作，進(jìn)一步降低了功耗。

（3）雙串口的特點。本系統(tǒng)設(shè)計中使用了ICT公司的CC6100系列紙幣器和MEI公司的硬幣器組成的現(xiàn)金交易設(shè)備，這兩者都使用了MDB總結(jié)結(jié)構(gòu)，利用STC12C5A60S2芯片的雙串口結(jié)構(gòu)，第一種方案是可以同時調(diào)用紙幣器和硬幣器，大大提高了系統(tǒng)效率，第二種方案是空置第二串口，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展，比如IC讀卡器或者網(wǎng)上支付設(shè)備提供接口，強(qiáng)化了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

（4）內(nèi)置的晶振和復(fù)位電路。電路板布局是硬件設(shè)計的重點，STC12C5A60S2單片機(jī)將過去需要單獨設(shè)計的晶振和復(fù)位電路內(nèi)置，節(jié)約了電路空間，使得電路板更加緊湊，合理，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展留下了硬件空間。

2.2 利用STC12C5A60S2的A/D功能實現(xiàn)溫度檢測

自動售貨機(jī)包含控制部分和制冷部分，為了強(qiáng)化系統(tǒng)的低功耗性能，充分發(fā)揮節(jié)能減排作用。需要精準(zhǔn)控制溫度，在本系統(tǒng)中，使用溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測芯片。這里提供DS18B20芯片的讀寫時序如圖2所示。

圖2 DS18b20的讀/寫時序圖

寫時間隙分為寫“0”和寫“1”，時序如圖2。在寫數(shù)據(jù)時間隙的前15 us總線需要是被控制器拉置低電平然后是采樣時間，這個時間為15～60 us，讀時間隙時控制時的采樣時間應(yīng)該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機(jī)產(chǎn)生至少1 us的低電平，代表讀時間的開始。隨后DS18b20會在總線被釋放后的15 us發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位，這時若總線為高電平就讀為“1”，若總線為低電平就讀為“0”。在讀每一位之前都由控制器加一個起始信號。

3 MDB/ICP協(xié)議介紹

在自動售貨機(jī)的設(shè)計中，會使用到現(xiàn)金交易設(shè)備（紙幣器和硬幣器）以及非現(xiàn)金交易設(shè)備（IC卡讀卡器和網(wǎng)絡(luò)支付設(shè)備），而上述兩類設(shè)備均是支持MDB/ ICP總線協(xié)議的，因此不得不提到MDB/ICP協(xié)議。

MDB/ICP（Multi-DropBus/Internal Communication Protocol）是由NAMA，EVA和EVMMA聯(lián)合定制的，常用于自動售貨設(shè)備主控板與多個外部設(shè)備同時通訊的一種串行通信接口，符合主從式結(jié)構(gòu)串行總線標(biāo)準(zhǔn)，在9 600波特率下工作。在本系統(tǒng)中，主設(shè)備是以STC12C5A60S2單片機(jī)作為主芯片的主控板，從設(shè)備是ICT公司的CC6100系列紙幣器和MEI公司的硬幣器。MDB/ICP傳送格式是：1位起止位，8位數(shù)據(jù)位，1位模式位，1位停止位，共計11位。每次會話進(jìn)程都由STC12C5A60S2發(fā)起，外設(shè)（這里以紙幣器CC6100為例）響應(yīng)，這種方式最大優(yōu)勢是避免總線沖突，同時利用校驗和和重發(fā)機(jī)制提高正確率，保證了內(nèi)部通訊的可靠性。外設(shè)空閑會話、外設(shè)無數(shù)據(jù)返回會話和數(shù)據(jù)單向傳輸會話的過程分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 外設(shè)空閑時的對話時序

圖4 外設(shè)有數(shù)據(jù)返回時的對話時序

圖5 外設(shè)有數(shù)據(jù)要傳送時的對話時序

5 結(jié)語

本文介紹了一種基于新型高速單片機(jī)芯片STC12C5A60S2在自動售貨機(jī)的實現(xiàn)過程，詳細(xì)闡述了如何利用溫度傳感器DS18B20控制制冷設(shè)備，降低能耗；同時介紹了該主控芯片與支持MDB/ICP協(xié)議，由ICT公司開發(fā)的最新紙幣器CC6100的時序問題，并且最終實現(xiàn)了主控芯片STC12C5A60S2與CC6100的接口功能；目前，該自動售貨機(jī)運行穩(wěn)定，證明了STC12C5A60S2芯片與DS18B20等單總線結(jié)構(gòu)芯片、CC6100紙幣器等支持MDBICP協(xié)議器件穩(wěn)定運行是沒有問題的，為自動控制的其他設(shè)備研發(fā)提供了一種更加穩(wěn)定和快速的芯片。

注釋及參考文獻(xiàn)：

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AHigh-speed Single Chip Implemented in Vending Machines

LIU Chen-chen
(Xichang College,Xichang,Sichuan 615013)

Vending machines based on embedded devices are currently used in more and more commercial establishments.However,for the main chip and other I/O devices are not synchronized,the problems of system instability often occur.To solve those,a method of the implement of speed microprocessor master chip in vending machine is introduced in this paper.

high-speed single chip microcomputer;vending machines;mastor chip

TH692.62；TP273＋.5

A

1673-1891（2015）04-0029-03

2015-09-21

西昌學(xué)院研究生項目“基于MOSFET的自動售貨機(jī)研制”（項目編號：13SQZ28)。

劉塵塵（1981-）男，副教授，研究方向：嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。