一種高速單片機芯片在自動售貨機中的實現*

劉塵塵

（西昌學院，四川 西昌 615013）

一種高速單片機芯片在自動售貨機中的實現*

劉塵塵

（西昌學院，四川 西昌 615013）

目前越來越多的商業場所都使用基于嵌入式設備開發的自動售貨機，但是由于主控芯片與其他I/O設備不同步而導致系統不穩定的問題時常發生，探討了一種高速單片機主控芯片在自動售貨機中得到實現的過程。

高速單片機；自動售貨機；主控芯片

0 引言

作為一種全新的商業零售系統，從20世紀70年代以來，自動售貨機的發展速度日益加快，截至目前，我國保有量已達數萬臺；由于單片機芯片具有極高的性能價格比，雖然高性能嵌入式設備的普及率得到提高，但是單片機作為自動售貨機的基礎控制芯片，依然占據大量市場。本文利用一種新型超高速芯片應用在已投入商用的自動售貨機系統中，長時間正常運營的實現過程。

1 基于高速單片機控制的自動售貨機結構

本次自動售貨機的設計中，沿用了比較成熟的通過主控芯片控制電機、電機驅動彈簧的設計方案。其完整的控制系統和外圍接口及設備如圖1所示，共包含三個模塊：1、人機交互模塊：由4*4金屬鍵盤與液晶顯示器LCD128*64構成，通過進一步編寫導航式程序，顧客、管理員都可以與主控芯片進行交互；2、支持MDB/ICP[1]協議硬件模塊：由ICT公司的CC6100系列紙幣器和MEI公司的硬幣器組成的現金交易設備，下一步通過該模塊為非現金交易設備（例如讀卡器）提供接口，進一步完善自動售貨機收費系統；3、貨道電機驅動模塊：以陣列的方式為商品貨道提供支持，通過人機交互模塊，主控芯片推動對應的直流電機轉動，以推動彈簧，最終實現商品的出售。

圖1 自動售貨機設計總框圖

2 主控芯片STC12C5A60S2和溫控傳感器DS18B20在自動售貨機設計中的應用

2.1 STC12C5A60S2與AT89C51異同點

本次系統的核心主控芯片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，作為本次系統開發使用到的主要有以下四個特點。

（1）工作電壓。AT89C51單片機使用電壓只能是5.5 V，但是在本次系統設計中，為了體現低功耗的特點，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，為了今后擴展需要，也保留了常用的5.5 V電源，針對自動售貨機電路板，該電路最大的優勢是可以將控制電機的陣列控制板和主控板結合在一起，節約機器內部空間。

（2）掉電喚醒引腳。STC12C5A60S2具有掉電喚醒功能，STC的喚醒機制就是進中斷，通過MCU_POWER_DOWN（MCU掉電程序）和INT0_int ()interrupt 0（外部中斷0服務程序），可以使得該芯片進入掉電服務程序，在本系統設計中，該功能與定時器配合，使得自動售貨機在凌晨時間停止工作，進一步降低了功耗。

（3）雙串口的特點。本系統設計中使用了ICT公司的CC6100系列紙幣器和MEI公司的硬幣器組成的現金交易設備，這兩者都使用了MDB總結結構，利用STC12C5A60S2芯片的雙串口結構，第一種方案是可以同時調用紙幣器和硬幣器，大大提高了系統效率，第二種方案是空置第二串口，為今后系統擴展，比如IC讀卡器或者網上支付設備提供接口，強化了系統的可擴展性。

（4）內置的晶振和復位電路。電路板布局是硬件設計的重點，STC12C5A60S2單片機將過去需要單獨設計的晶振和復位電路內置，節約了電路空間，使得電路板更加緊湊，合理，為今后系統擴展留下了硬件空間。

2.2 利用STC12C5A60S2的A/D功能實現溫度檢測

自動售貨機包含控制部分和制冷部分，為了強化系統的低功耗性能，充分發揮節能減排作用。需要精準控制溫度，在本系統中，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。在寫數據時間隙的前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該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機產生至少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發送內部數據位，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協議介紹

在自動售貨機的設計中，會使用到現金交易設備（紙幣器和硬幣器）以及非現金交易設備（IC卡讀卡器和網絡支付設備），而上述兩類設備均是支持MDB/ ICP總線協議的，因此不得不提到MDB/ICP協議。

MDB/ICP（Multi-DropBus/Internal Communication Protocol）是由NAMA，EVA和EVMMA聯合定制的，常用于自動售貨設備主控板與多個外部設備同時通訊的一種串行通信接口，符合主從式結構串行總線標準，在9 600波特率下工作。在本系統中，主設備是以STC12C5A60S2單片機作為主芯片的主控板，從設備是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位數據位，1位模式位，1位停止位，共計11位。每次會話進程都由STC12C5A60S2發起，外設（這里以紙幣器CC6100為例）響應，這種方式最大優勢是避免總線沖突，同時利用校驗和和重發機制提高正確率，保證了內部通訊的可靠性。外設空閑會話、外設無數據返回會話和數據單向傳輸會話的過程分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 外設空閑時的對話時序

圖4 外設有數據返回時的對話時序

圖5 外設有數據要傳送時的對話時序

5 結語

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

注釋及參考文獻：

[1]孫曉潔，葉樺．自動售貨系統中的MDB/ICP會話的實現[J]．中南大學學報（自然科學版），2007(8):311-314．

[2]陳曉雯．單片機教學改革的研究和實踐[J]，信息與電腦，2011(5):202-205．

[3]郭天祥．新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發、拓展全攻略[M]．北京:電子工業出版社，2009．

[4]江敏，錢平．自動售貨機主控制器及執行機構的設計與實現[J]．東南大學學報，2005(1):33-41．

[5]高玉芹．單片機原理與應用及C51編程技術[M]．北京:機械工業出版社,2011．

[6]徐愛鈞，彭秀華．KeilCx51 V 7．0單片機高級語言編程與uVision 2應用實踐[M]．北京:電子工業出版,2004．

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

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

劉塵塵（1981-）男，副教授，研究方向：嵌入式系統軟硬件設計。