硬币清分机计数部分设计

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1、毕 业 设 计 题 目 硬币清分机计数部分设计 英文题目 Design on Counting Part of Coin Sorter 院 系 机械与材料工程学院 专 业 测控技术与仪器 姓 名 年 级 指导教师 二零零九年六月31摘 要硬币在人们的生活中扮演着重要角色,随着人口的增加和科技的不断进步,硬币的需求量会日益增加。对硬币的处理工作也不断的加大。在硬币清分计数机诞生之前，人们是通过人工方法对硬币进行计数的，其工作量巨大，需要花费很多人力和财力，硬币清分机的出现解决了这一困难问题。硬币清分再也不是大问题了,取而代之的是清分机的制造成本和功能。便携式、全能式的硬币分检器不断地被研制出来。

2、针对当前国内外硬币清分的现状,本次设计采用红外光电传感器与单片机构成的系统,实现对硬币高速的计数。主要方法：红外光电传感器检测到硬币落入时会产生信号输出，再将信号传到单片机的外部中断上，外部中断产生变化，外部中断的变化次数就是硬币落下的个数，再由程序将外部中断变化次数显示到LED中，实现对硬币的计数。【关键词】红外光电传感器；单片机；计数；外部中断 AbstractCoin play a very important role in peoples life, and with the increase of the population and the progress needed wil

3、l increased greatly. the processing of coins have been increasing. Before the birth of the the coin counting machine, people counting coins only by hands, and its enormous workload, need to spend a lot of human and financial resources. The emergence of coin counting machine have solved this problem.

4、Coin counting is not a big problem no longer, replaced by sorter and function of the manufacturing costs. Pertable and versatile type of coin sorting device has been developed continuously. Ching of coins at home and abroad for the current status, this design uses infrared photoelectric sensor syste

5、m with the MCU, to achieve high-speed counting coins. Main methods: When coin fall into the infrated photoelectric sensor, the sensor output signal, and then spread the signal on MCU external interrupt, and external interrupt changes, the number of external interrupt changing is the number of coins,

6、 and then the number of external interrupt changing display to the LED by the procedure, realizing the counting of coins.【key words】 Infrated Phptoelctric Sensor; Single Chip Microprocessor; Counting; External Interrupt目 录摘 要IAbstractII目 录III前 言1第一章 绪论21.1 硬币的流通状况21.2 我国的硬币与硬币清分系统21.2.1 硬币体系21.2.2 硬

7、币材质31.2.3 硬币清分系统31.3 硬币机现在的研究方向41.4 小结5第二章 硬币清分机清分部分设计62.1 硬币清分设计工作流程62.2 硬币清分的方案设计72.3 小结9第三章 硬币清分机计数部分设计方案确定113.1 本系统的设计要求和原则113.2 方案论证113.3 小结13第四章 系统硬件设计144.1 单片机的选择144.2光电传感器的设计154.2.1光电传感器的计数原理154.2.2 光电传感器的选择164.3 电路模块设计174.3.1 复位电路174.3.2 时钟电路184.3.3 电源电路184.3.4 显示电路194.4 硬币计数的总电原理设计214.5 小结

8、21第五章 系统软件设计235.1 系统程序设计思路235.2 主程序流程图设计235.3 系统程序清单255.4 小结28结 论29参考文献30谢 辞31前 言自从出现货币以来，人类有大部分的时间都花在了计数上。古代的铜钱就是一个很好的例子。用绳子把钱穿起来称作一吊钱，也是为了交易计算的方便。时代在进步，不允许我们把宝贵的时间浪费在不必要的地方。所以，人类在硬币的计数问题上花了相当大的工夫，不同种类的硬币清分计数器也慢慢出现在我们的生活中。如银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理如计数、分类、包装等以使其再流通,无人售票车,投币电话等需要对硬币进行识别,自动售货机除了识别之外,还要提

9、供找零功能等。因此,硬币清分系统应运而生。目前，市场上硬币清分机的种类很多。在国内，硬币清分机普遍采用电涡流法。国际上很多银行器具公司在这方面也做了大量工作，并取得很好的成果，但其产品价格昂贵，且技术垄断。从发展趋势上来讲，一味依靠国外企业，不利于我国国民经济的发展。所以，从现实以及长远来说，都有必要掌握硬币识别的核心技术，拥有自主知识产权，打破垄断，提高在该领域的国际竞争力。随着硬币清分速度的提高，遇到的技术困难也会相应增加。采用光电传感器对硬币的计数，由于传感器与硬币之间是非接触型的，所以速度可以达到很高的要求，但是在硬币的识别方面还存在着缺陷。不断提高硬币计数速度和识别能力是将来硬币发展

10、的主要方向。第一章 绪论1.1 硬币的流通状况货币是人类经济发展与贸易过程的伴生物，是社会生产力进步阶段的见证。硬币在漫长的货币史中占据着重要地位，且与其它形式的货币相伴流通、发展，至今没有终点。辅币硬币化及其流通推广是一种国际潮流，也是世界上许多发达国家的现行做法，在当代中国，硬币的流通程度还远远不够。但随着人口的增加和社会文明程度的提高，硬币的需求量自然会日益增加。随着经济的不断发展，特别是20世纪80年代以来，在我国经济高速增长的同时，国民收入不断提高，物价水平也不断提升，10元以下的货币在流通中主要行使的是找零功能，10元的货币，在流通中，其功能也介于行使购买和找零功能的临界点。小面额

11、货币硬币化，是当今世界上200多种货币，特别是经济较为发达的国家和地区的通行做法。随着我国加入世界贸易组织，经济金融对外开放的力度不断加大，纳入世界经济金融的进程日益加快，人民币最终要成为自由兑换货币。为适应我国经济金融发展的需要，人民币小面额货币硬币化已是当前我国货币发行的重点工作之一。1.2 我国的硬币与硬币清分系统我国小面额货币硬币化开端较早，也取得了很好的效果。但硬币的发展受多因素的影响，中国硬币呈现出多态性。1.2.1 硬币体系 我国先后发行了五套人民币，在发行第二套人民币时,已将分币的硬币化纳入了计划。在1957年12月1日正式发行了1、2、5分硬币,以后又陆续发行了多种年别的硬分

12、币。到第三套人民币时发行了1、2、5角和1元硬币。此后的第四套和第五套人民币又相继发行了1角、5角和1元硬币。目前，我国硬币分为1元、5角、1角、5分、2分、1分共6种面值，依据其形式不同共有9类即新版1元、旧版1元、铁5角、铜5角、大1角、小1角、5分、2分、1分（新版1元与旧版1元的特性基本相同，所以认为共有八种硬币）。每一类可能都有不同的制造年代，处于各套硬币混合流通的局面。可以说，中国硬币体系庞大。1.2.2 硬币材质各国政府在发行硬币时，其材料的选择原则大致是：(1)铸造成本低并保证硬币的实际价值低于面值，符合劣币驱逐良币的定律；(2)资源丰富，才能满足大量生产和流通；(3)耐磨耐蚀

13、、手感良好、美观，冲击性能良好；(4)有防伪特性。中国硬币的材料经历了多次改进：起初，中国的硬币材料采用Al-Mg合金，这种材料适合制造低面值硬币，1980年改用Cu-Ni合金(即白铜)，但因Cu-Ni资源不多，经过专家反复论证，于1992年的1元硬币改用钢芯镀Ni，因大量采用低碳钢而降低成本；5角硬币则用Cu-Zn合金板材冲压滚边光饰等处理技术,使表面明亮光洁,典雅清新。1.2.3 硬币清分系统 硬币的高效检测是一项非常有意义的工作。银行等一些特殊部门要对大量的硬币进行高效的处理如计数、分类、包装等以使其再流通，无人售票车、投币电话等需要对硬币进行实时识别，自动售货机除了识别之外，还要提供找

14、零功能等。随着假币的出现，在线识伪也成为了一个急需解决的问题。硬币清分系统应运而生。硬币清分系统是对高速通过的硬币进行识别、计数，同时对伪币、残币进行剔除的系统。它是分类机、计数机、包装机、销毁机等众多硬币处理器具的基础。由于国情和货币体系不同，研制各国统一的硬币清分系统不现实，因此，需要针对不同的货币体系研制相应的清分系统。在这个领域，国际上已做了大量工作。比较有代表性的是著名的瑞典SCANCOIN AB公司，它是一家专业生产各种银行器具的公司，成系列地研制了针对不同货币体制下的清分系统，SCAN COIN AB公司有专业的产品在国内使用，误判率0.5%。但其价格昂贵且进行技术垄断，同时针对

15、材质相近甚至一致的伪币，其检测显得无能为力。VCCS-XC是日本TACY公司研制的适用中国的硬币清分机。该机器执行速度快，易于操作。可以清分中国现有的1元、5角、新1角、旧1角四种硬币。具有硬币识别功能，单一硬币计数计费，异种硬币分拣，硬币混合计数计费，按照预先设定的硬币数量点出计数（可预设数量范围：11000枚）。而中国也在此方面有了很不错的成就。例如简单便携的Coin Counter860型能精确地把(1.00、0.50、0.10、0.05、0.02、0.01)混合在一起的硬币，一次性自动计数、自动清分，并有序的将硬币自动放入盒中；储存硬币，计数清分，快速、方便； 显示所投硬币的总值；显示

16、所投硬币的总数；显示每一种硬币的单个总值；显示每一种硬币的单个总数；设计精致、轻巧，不用时移动方便。我国银行等硬币流通量较大的单位，其硬币的清分、清点、计数和包装一直靠手工进行。效率低、劳动强度大、差错率也较高。研制的YBJ-2型硬币清点包装机可对混合起来的的5分、2分和1分硬币依次清分、清点、计数和包装。单种硬币清点、包装效果更佳。它具有体积小、重量轻、结构紧减、功能多、效率较高、包装整齐、工作可靠、操作简单等特点。经长期试验和有关部门专家鉴定，认为该机填补了我国空白。其清点计数准确率为每万卷中有差错卷不超过三卷；差错卷每卷误差不大于1枚；清点包装速度30000枚小时；包装失效率1。与手工操

17、作比，工作效率提高510倍。适用于银行、邮局、商业和交通等硬币流通量较大的部门。在国内，清华大学、北京科技大学、上海交通大学、杭州电子科技大学、苏州大学、福州大学等多家单位均对如何进行正确的硬币识别做过深入研究，在机理上普遍采用涡流法。这些单位的研究在可能涉及的硬币范围内取得了较好的效果，但对硬币的鉴别都局限于项目本身，存在不系统、不完整，对伪币效果识别不好等问题。1994年清华大学精密仪器系的结果建立在当时的硬币系统下（无小角和铁5角硬币）取得了分辨率为3%的效果。2004年上海交通大学在新的币制下对面值1角以上的硬币做区分，分辨率为0.5%。1.3 硬币机现在的研究方向 现今，硬币清分再也

18、不是大问题了，取而代之的是清分机的制造成本和功能。便携式、全能式的硬币分检器不断地被研制出来。以下就是一个很好的例子：CN-800型电脑控制硬币清分机是光、机、电一体化的产品，它可将现行流通的七种硬币及各种园形外币（欧元、美元等）一次清分出来，并统计清分结果，速度快、准确率高，大大提高了工作效率及办公自动化程度，真正适合金融系统桌面办公的需要。其功能特点为（1）自动清分：准确地将现流通的七种硬币清分于各自的储币盒内；（2）汇总计数：采用光电技术自动计数，将总金额及各单一币种数量分别进行统计，准确率高；（3）微电打印：快速、准确地将清分计数结果打印输出；（4）汉字输出：用户可自行设定15个汉字用

19、于打印输出，且断电保持；（5）大屏幕显示：液晶中文大屏幕显示，一屏显示所有七种硬币个数，并能显示日期、时间及计数结果，显示清晰；（6）智能检伪：清分时可动态识别假币；（7）分批功能：可预置清点每组50枚或100枚硬币；（8）包装计数：可将清分好的单一币种通过右侧出口直接落入接币筒中，然后把接币筒移至包装机即可完成硬币的成卷包装；（9）币满提示：若所分硬币已放满储币盒，机器自动停机，同时大屏幕右下角出现闪烁的图标，等待倒币处理；（10）故障报警：出现异常现象，机器自动停机，同时屏幕显示故障点，等待处理；（11）外型美观：本机采用电脑辅助优化设计，内部结构紧凑，外型小巧美观，是目前国内外现有硬币清

20、分机中体积最小的光、机、电一体化设备，真正适金融系统桌面办公。1.4 小结 本章主要讲述了硬币的流通状况、我国硬币的材质和目前国内外对硬币清分计数的发展状况，反映出了我国对硬币的清分计数与发达国家相比还存在很大的差距。根据我国目前的状况，对硬币清分的的研究确定了方向。第二章 硬币清分机清分部分设计硬币是一种世界范围内最常用的流通货币之一， 它以坚固耐用、不易磨损 制作摘美、规格统一、 易于识别、方便使用等诸多优点而广泛的用在商业交涵 、通讯娱乐以及各种自动售货支付费系统中。在全世界几乎所有的国家每天都有难以记数的不同面值的硬币在市场上流通，同时由于各种新型的自动支付系统的不断出现，硬币支付的领

21、域还在进一步的扩大，这也使得硬币的使用与日递增。在这么一个庞大的背景下，不同行业的许多部门都面临着一个非常棘手的难题，那就是如何将回收的巨大硬币在短时间内快速有效的清理分拣和计数。这工作如果靠手分拣无疑要付出高额的代价且效率低下。因此研制硬币自动分拣设备来取代手工分拣将成为世界各国关注的问题。2.1 硬币清分设计工作流程全自动硬币计数包卷机的主要功能是实现硬币的自动分拣、计数和包卷。它主要由机械系统和控制系统两部分组成。从 空间构成上来看，硬币机机械系统可分成三层：上层为输币、计数系统，主要实现硬币输送、排列、分选、计数功能；中层为堆币系统，主要实现硬币堆码功能；下层为包卷系统，主要实现送纸、

22、撕纸、硬币包卷及钩边功能。系统还有一些辅助功能单元，如计数包卷切换功能单元、币种选择功能、导纸板位置调节功能单元、卷边钩边位置调节功能单元等。下面对清分部分进行介绍。目前世界各国所研制的各种硬币清分设备其原理大同小异，核心就是利用不同面值硬币的直径差异实现自动清分。基本结构形式可分为立式和卧式2种。立式硬币清分机具有次储币大，分币速度快，每分钟分拣以千枚以上，误差率低 共、噪音小、易操作和维护等优点，广泛应用于清分数较大的银行、公交、地铁等部门,其缺点是机身较大不易移动。卧式硬币清分机具有体积小、结构紧凑、便于携带等优点，缺点是一次储币少、分币速度慢、误差率高、噪音大，只适合小批的硬币分拣场所

23、使用。硬币清分机是对高速通过的硬币进行识别、计数，同时对伪币、残币进行剔除的系统。它是分类机、计数机、包装机、销毁机等众多硬币处理器具的基础。由于国情和货币体系不同，研制各国统一的硬币清分系统不现实，因此，需要针对不同的货币体系研制相应的清分系统。对于混币分类功能的实现，目前有很多种方法，有根据形状尺寸分类的，有根据材料性质不同分类的，有根据体积密度不同进行分类的，还有根据颜色不同进行分类的，当然最新的有根据图象图案不同进行分类的，以后肯定还会有其他的更先进的方式来对硬币进行分类。这里介绍一种比较简便的方法来实现混币的分类。对七种不同币值的硬币进行了的比较发现：1元硬币重量最大；直径最大；厚度

24、也比其它币值的硬币大一点。1分硬币的直径最小；其它的硬币在直径尺寸上也各有差异。因此我们就以硬币的直径尺寸作为分离七种硬币币值的准则；对七种币值的硬币进行分离。首先把混合的硬币按币值分成七类；拿1元硬币来说；1元硬币被归成一类后；然后对其进行计数。其他六种硬币的具体操作与一元的硬币一样；这里不作重复介绍。其的工作流程如图2-1所示。硬币源1元5角1角大1角小5分计数计数计数计数计数图2-1硬币清分系统流程图2.2 硬币清分的方案设计 目前依据硬币的直径进行清分的方法有两种：一种是通过硬币滑道上设有不同大小的矩形孔进行清分的，另一种是通过分离盘进行清分的。(1) 通过滑道进行清分通过滑道进行清分

25、的清分机基本结构形式可分为立式和卧式2种。现以用途较为广泛的立式硬币清分机为例，对其工作原理加以说明。立式硬币清分机主要有储币盘、储币盒、带币转盘、分币滑轨、接币盒、电机和计数及电控部分组成。其工作原理见图2-2。将待滴硬币倒入托币盘，硬币从托币盘底部的开口落入储币盒,储币盒一个侧面与带币转盘相通，带币转盘转动，顺次将硬币带入分币滑轨，在自身重力作用下，硬币一面斜旅在滑轨上沿滑轨斜向下滚动 ，滑轨上按硬币直径尺寸由小到大顺次开有矩形孔，对应直径尺寸的硬币滚到矩形孔口时，掉入接币盒，完成清分。具体的分离步骤是这样的，首先混币通过传输装置；定时定量的(定时定量的目的在于防止一次送进过多的硬币而导致

26、分离盘负担过大；引起堵塞和分离不流畅)传输一部分混币到图中所示的分离盘；起先我们分离的是币值为1分的硬币，所以分离孔设计的要比1分的硬币略大；比其它币值的硬币直径都要小；以此为标准再经过实验产生的分离效果；我们确定一个合适的直径。这样一来，1分的硬币和其它币值的硬币就区分了出来。其工作原理如下：启动电动机，电动机带动分离盘，使得分离盘转动，则分离盘中的硬币作离心运动，硬币被甩进引导管(内含7个分离孔，孔的大小循序从右到左依次变大)，然后根据硬币的尺寸由小到大的循序对硬币进行分离。图 2-2 硬币清分机工作原理图控制部分：硬币清分机流程图简介：首先启动电源，对系统进行初始化，然后系统是否设置参数

27、，电机转动，系统开始计数,如果中途想暂停，按下暂停按钮，则电动机停止转动。如果中途没暂停，则系统继续运行，直到硬币的数目大于或等于钱箱的总容量，电机才停止转动，从而系统运行结束。(2) 通过分离盘进行清分 分离盘的工作原理：将大量面值不同的硬币倒入分离盘中，通过电机带动分离盘转动。分离盘内壁上有大小不同的七个进币孔（针对七种不同不同面值的硬币），分离盘转动的过程中硬币由于离心力的作用做离心运动，自然而然就进入到各自的进币孔中。硬币分离盘的具体形状如图2-3所示：图2-3 硬币分离盘由分离盘进行清分时还需硬币导向齿轮，如图2-4所示：图2-4 硬币导向软齿硬币导向齿轮的工作原理：硬币导向软齿的功

28、能是将币堆中的硬币按直径大小分开，然后将其导入各自的进币口。通过比较，目前一般都采用分离盘进行硬币的分离，主要是因为分离盘体积小，分离的速度快等特点。而滑道分离的速度相对比较慢，而且采用滑道清分机体积庞大。因此本文采用分离盘对币值进行清分的方法，虽然不具备辩伪功能 ，但可以对中国现行硬币快速准确按币值进行清分。主要特色是设计简便清分准确、使用可靠、维护简便、价格低廉等。而且系统具备扩展的潜能，可以满足将来硬币清分机发展的需求。2.3 小结本章重点介绍硬币清分的一般原理。根据我国硬币的特点和外观形状，对硬币的清分有多种方法，其核心方法就是利用不同面值硬币的直径差异实现自动清分。本章根据硬币直径大

29、小的不同，提出了两种清分方法，一种是在分币滑轨上设有不同大小的矩形孔，当硬币经过时就会相应的落入矩形孔中，实现了硬币的清分；另一种是通过分离盘（内设有不同大小的矩形孔）进行对硬币进行清分。第三章 硬币清分机计数部分设计方案确定3.1 本系统的设计要求和原则 硬币清分计数机是可以将各种币值的硬币进行清分并计数的装置，其中对计数部分的要求：(1) 计数速度1000枚/分钟；(2) 各种币值分别计数并且要计总币数；(3) 计数最大值99999；(4) 计数方式：连续计数/预置计数在设计中应遵守以下原则：(1) 使用功能要求：机器应具有预定的使用功能。(2) 寿命与可靠性要求：要求能在一定的寿命下可靠

30、地工作(3) 经济性要求：经济性表现在设计制造成本低，工作效率高，耗能少及维护费用低等。(4）质量要求：应力求质量轻，便携带，一方面节省材料，另一方面便与移动。3.2 方案论证系统方案的确定非常重要，系统方案构建不同，会牵涉到开发工具、开发语言、所具备的理论知识、市场环境等个方面因素。本系统要对硬币进行清分计数，其核心是对硬币的计数。在具体设计时，通常用以下两种方法对硬币进行计数：电涡流传感器计数和光电传感器计数。（1）采用电涡流传感器计数的设计方案。电涡流传感器计数主要是依据硬币通过变化的磁场，产生感应电流，即电涡流。如图3-1所示，电涡流又产生一交变磁场阻碍外磁场的变化，就电涡流而言，由于

31、其相位的落后，电涡流的磁场从平均角度看，总是抵抗外磁场的存在；从能量角度来看，由于存在涡流损耗，造成交变磁场能量的损失，从而使传感器的等效电阻Z、等效电感L和品质因素Q值变化，根据这些变化对硬币进行检测。在国内，清华大学、北京科技大学上海交通大学苏州大学等多家单位均对如何进行正确的硬币识别做过深入的研究，在机理上普遍采用涡流法，这些单位的研究在可能涉及的硬币范围内取得较好的效果，但对硬币的鉴别都局限与项目本身，存在不系统不完整等问题。 IHUH 图3-1 电涡流传感器工作原理图（2）采用光电传感器对硬币进行计数的方法。将已经清分好的硬币，用光电传感器计数，算出每种硬币的总数，如图3-2所示。发

32、射端光电传感器接收器光电传感器系统单片机清零复位七段显示共阳显示命令暂存数据5个单元红外光硬币落入位处理调用数据清除内容图3-2 清分后计数的原理图传感器安装在各类硬币抽屉的入口断，调整好光路。当硬币在落入硬币清分计数机的抽屉时会阻断光电传感器发射出的对射光线。传感器的接收端将一个经过内部整形滤波的高平电压信号通过信号线向单片机处理系统传出。五对传感器分别连接单片机的五个输入口，经过缓存转存入单片机内存中的五个单元。当有信号进入时，单片机对输入口各位进行读值，通过位操作识别目标单元（例如读取的值为00101，则第1、第3口有信号输入）。由单片机处理系统将脉冲的个数分别存放于对应的内存单元中。在

33、计数完毕后，调用内存单元中的十六进制数值，先转为十进制数再由系统读出数值。编译成共阴/阳七段显示管可以识别的代码显示输出。显示切换按键调用不同内存中的数据，将每种硬币的数据输出在七段显示器上。操作者记录好数据后，可以按reset键将内存清零，并使显示器复位。综合考虑，电涡流对硬币计数要经过相位检测、频率检测和幅值检测，设计复杂。所以本次对硬币计数部分设计采用光电传感器进行计数，不但设计简单，易于实现。3.3 小结 本章针对硬币清分机数机计数部分的设计提出了两种方案。一种是基于电涡流的方法对硬币进行计数，另一种是基于光电传感器的方法对硬币进行计数。根据本课题的设计要求以及和电涡流计数的比较，本设

34、计采用了后者。第四章 系统硬件设计4.1 单片机的选择一个微电脑包括微处理器（CPU）、存放程序指令的ROM和存放数据的RAM、输入/输出端口（I/O口）及时钟、计数器、中断系统等。它们经过地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）的连接以及输入/输出端口与外围装置连接，构成微电脑系统。由于单片机微处理器把微电脑的主要器件制造在一块芯片上，所以可以把单片机微处理器看成是一个不带外围装置的微电脑。根据对硬币计数的要求，本文采用8051单片机对硬币进行计数处理。8051单片机的引脚图如图4-1所示：图4-1 8051引脚图8051共有4个I

35、/O端口，为P0、P1、P2、P3,4个I/O口都是双向的，且每个口都是有锁存器。每个口有8条线，共计32条I/O线。部分端口的功能叙述如下：1. P0有三个功能：（1）外部扩充存储器时，当作数据总线（D0D7）。（2）外部扩充存储器时，当作地址总线（A0A7）。（3）不扩充时，可做一般I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上电阻。2. P1只做I/O使用，其内部有上拉电阻。3. P2有两个功能（1）扩充外部存储器时，当作地址总线（A8-A15）。（2）做一般I/O使用，其内部有上拉电阻。4. P3有两种功能 除了作为I/O使用外，还有一些特殊功能，如P30为RXD串行输入口

36、，P31为TXD串行输出口，P31为INT0外部中断，P33为INT1外部中断。5. VDD：电源+5V，VSS:GND接地。6. RESET 此脚高电平时可将CPU复位。7. ALE/PROG地址锁存使能信号端，有三种功能:(1) 8051外接RAM/ROM: ALE接地址锁存器8282的STB脚，74373的EN脚，当CPU对外部存储器进行存取时，用以锁住地址的低位地址。(2) 8051未外接RAM/ROM：在系统中未使用外部存储器时，ALE 脚也会有1/6石英晶体振荡频率，可作外部时钟.(3) 在烧写EPROM：ALE作为烧写时钟输入端。8. EA/VPP (1) 接高电平时，CPU读取

37、内部程序存储器（ROM）。 (2) 接低电平时，CPU读取外部程序存储器。9. XTAL1 XTAL2: 接石英晶体振荡器。4.2光电传感器的设计4.2.1光电传感器的计数原理光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。而光电元件的工作原理都基于不同形式的光电效应：不同频率的光子轰击某一物体，光子的能量传递给电子，电子得到光子传递的能量后其状态发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图4-2所示。图中 是光源发出的光信号，是光电器件接受的光信号，被测量可以是x或者x，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电

38、信号I。光源光学通路光电元件图4-2 光电传感器框图4.2.2 光电传感器的选择光电传感器是将光信号转换成电信号的一种传感器。使用这种传感器测量非电量时，只需将这些非电量的变化转换成光信号的变化，就可以将非电量的变化转换成电量的变化进行检测。 光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质，光电传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法又可分为透射(吸收)式、漫反射式、遮光式

39、(光束阻档)三大类。主动式红外传感器就是其中的一种，主动式红外探测与遥控是指由探测装置发射红外光束，并接收被测物遮挡光束的信号，然后进行控制的方法。主动式红外探测一般采用较细的平行光束，分为遮断型和反射型。由于红外传感器响应时间短，最短的可达到毫微秒数量级以上，与激光传感器相比，其成本相对适宜，所以本系统采用红外光电传感器进行对硬币的计数。红外光发射与接受电路如图4-3所示。红外光发射电路由555振荡器和红外发光二极管LED组成，发射脉冲光信号。与直流相比，采用脉冲光信号发射可降低对红外发射器和发射功率的要求，提高发射效率，且不受周围干扰光信号的影响。红外光接受电路由光敏二极管和放大器组成，采

40、用广谱型（对很多波长都灵敏）光敏二极管S2386，可以接收范围较宽的波长的光信号。电路主要用于光远控、光电断路器等，受光元件也可以用作可见光传感器。电路的振荡频率为 （4-1）图4-3 红外光发射与接收电路NE555的特点有： （1）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 （2）它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 （3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 （4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 4.3 电路模块设计4.3

41、.1 复位电路 8051的复位输入引脚RESET为8051提供了初始化的手段。有了它可以使程序从指定的程序开始执行，即从程序存储器中的0000H地址开始执行程序。在8051的时钟电路工作后，只要在RST引脚出现10ms以上的高电平时，单片机内部开始复位。只要RST保持高电平，则8051循环复位。只有当RST由高电平变低电平以后，8051才从0000H地址开始执行程序。其复位电路如图4-4所示。图4-4 复位电路图4.3.2 时钟电路8051的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，另一种方式为外部方式。8051内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大

42、器的输入端为XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，如图4-5所示：图4-5 时钟电路图4.3.3 电源电路电源的设计主要是将220V的电压转换成硬币清分机所需的电压。整个系统采用5.0V供电，考虑到硬件系统对电源要求具有稳压和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点，因此转换电路采用了LM7805CT芯片，7805 系列为 3 端正稳压电路，TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。其如

43、图4-6所示。为了使输出电源的纹波小，在输出部分用了一个2.2uF和一个0.01uF的电容，另外在芯片的输入端也放置了2.2uF和一个0.01uF的滤波电容，减少输入端受到的干扰。图4-6 电源电路 4.3.4 显示电路 系统的显示电路采用的是LED显示方式，这样的方式能满足该系统的要求，也可以减低系统的成本。显示电路采用了段译码器7447和位译码器74LS138，7447用来显示数据，而74LS138用来控制数码管的选通状态。图4-7为该系统的显示电路。图中7447集成电路译码器在正常操作时，当输入DCBA=0010 则输出abcdefg=0010010。故使显示器显示“2”。当输入DCBA

44、=0110 时，输出abcdeg=1100000，显示器显示“6”，7447 中尚有LT、RBI 与BI/RBO 之控制脚，其功能分述如下：LT：灯泡控制输入端,当其输入为0，则7447 处置于灯泡测试状态，使abcdefg 全部输入为0，若七段显示器为良好则应显示。当L“8”T=1 则7447 才可能正常解码。RBI： 纹波遮没输入控制。当RBI 输入0，则7447 进入纹波遮没状态，即当DCBA 输入为0000 时，abcdefg=1111111，使七段LED 显示器完全空白(不亮)，当DCBA0000 时，则译码器正常工作。故RBI 为0 遮没之控制端。BI/RBO：遮没输入纹波遮没输出

45、，此控制端同时兼具强迫遮没输入与涟波遮没指示输出之功能，当其被当成输入端使用时，只要加入0 之信号，则7447 完全进入遮没状态，不论其它输入之状况为何，当其为1 或空脚则正常工作。显示端口与单片机的数据I/O口进行连接，这样采用并行的接口方式非常容易，减少系统的设计复杂度，也可以增加系统的可靠性。图4-7 显示电路图显示程序：DISP： MOV A,34H ADD A,# 40H ；D5数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D5CALL DELAY ；扫描延时MOV A,33HADD A,#30H ；D4数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D4CALL DELAY

46、；扫描延时MOV A,32HADD A,#20H ；D3数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D3CALL DELAY ；扫描延时MOV A,31HADD A,#10H ；D2数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D2CALL DELAY ；扫描延时MOV A,30HADD A,#00H ；D1数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D1CALL DELAY ；扫描延时RETDELAY：MOV R7,#06 ；显示器扫描时间X1： MOV R6,#248 DJNZ R6,S DJNZ R7,X1RET4.4 硬币计数的总电原理设计根据前面光电传感器计数原理的介

47、绍，当硬币落入红外光电传感器中的入口时，硬币遮挡光线从而使红外接收端的输出产生脉冲信号，既电平的高低变化，由电平的高低变化促使单片机的外部中断发生变化，通过程序将这一变化显示在LED上，从而对硬币进行计数。其硬币计数原理图如图4-8所示。4.5 小结本章主要根据设计要求选择了用于计数的红外光电传感器和8051单片机对硬币进行清分计数。其中计数部分设计包括单片机的时钟电路和复位电路的设计、电源电路的设计以及整个硬币清分计数的硬件原理图。图4-8 硬币计数电原理图第五章 系统软件设计5.1 系统程序设计思路程序设计思路：以单片机的外部中断INT0进行清零，用外部中断INT1对脉冲进行计数，并用动态

48、变化的74LS138与LED数码管连接实现累进显示。主程序图如图5-6所示，用单片机中30H34H地址来分别记录显示管中相应D0D4中所显示的数值。单片机通过P0口将数据传输给显示电路。每次脉冲启动中断INT1，将R1中的数值加1，若R1设有9，则将数值保存于30H中，并调用显示子程序将30H34H中记录的数值显示给D0D4。若大于9，则将R1和30H中的值清零，将31H中的值加1，若31H中的值不大于9，则调用显示子程序，依次显示30H34H中的值，若31H中的值大于9，则将32H中的值加1，将31H中的值清零。若32H中的值不大于9，则调用显示子程序，显示30H34H中的值。若32中的值大

49、于9，则将33H中的值加1，将32H中的值清零。若33H中的值不大于9，则调用显示子程序，显示30H34H中的值。若33H中的值大于9，则将34的值加1，将33H中的值清零。若34H中的值不大于9，则调用显示子程序，显示30H34H中的值。若34H中的值大于9，则说明显示管已经达到了能显示的最高处，程序溢出。所以将程序调回程序初始化处，进行清零。5.2 主程序流程图设计（1）定时中断0程序框图 触发器定时中断0调用显示子程序返回主程序图5-1 定时中断0程序图定时中断0的作用是清零，通过按钮将其清零。（2）中断1流程图图5-5 硬币计数电原理图触发中断1D1值加1判断D1是否大于9D2加1，D

50、1清零判断D2是否大于9D3加1，D2清零判断D3是否大于9D4加1，D3清零判断D4是否大于9D5加1，D4清零判断D5是否大于9显示益出，返回初始化程序返回主程序否否否否否图5-2 中断1流程图中断INT1主要是将外部的电压变化变为中断1的电平变化，然后通过显示电路和程序将这种变化显示在数码管内，就可以知道落入光电传感器中硬币的个数。（3）主程序框图开始程序初始化循环程序图5-3 主程序流程图5.3 系统程序清单系统的主程序如下所示：ORG 00HLJMP STARTORG 03HLJMP MAINORG OBH ；跳至TIMERO中断起始地址JMP TIMO ；跳至TIMERO中断子程序

51、TIMOORG 13HLJMP INT1START： MOV TMOD,#00000001B ；工作在MODE1，设定TIMEROMOV THO,#LOW(65536-20000) ；设定20msMOV TLO, #HIGH(65536-20000)SETB TRO ；启动TIEROMOV IE,#10000010B ；TIMERO中断使能MAIN： CLR R1 ；R1清零 MOV R4,#05H ；清除30H34H的地址 MOV R0,#30HCLEAR： MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R4,CLEAR CALL DISPD1： CJNE R1,#0AH,D2 ；判断R1

52、中的值的大小，若大于 MOV 30H,R1 ；9则跳到D2进行十位数值增一，调用CALL DISP ；显示程序将30H35H地址中所记录的 LJMP D1 ；值输到显示管中D2： CLR R1 MOV 30H,R1MOV A,31H INC A ；判断31H（即十位值）中所记录的值加CJNE A，#0AH，D3 ；1后若大于9，则调到D3进行百位数值MOV 31H， A ；增一，若不大于9，则将十位值保存于 CALL DISP ；31H中 LJMP D1D3： CLR A MOV 31H,A MOV A,32H INC ACJNE A,#0AH,D4 MOV 32H,A CALL DISP L

53、JMP D1D4： CLR A MOV 32H, A MOV A,33H INC A CJNE A,#0AH,D5 MOV 33H,A CALL DISP LJMP D1D5： CLR A MOV 33H, A ；判断最高位第五位中的值加一后是否 MOV A,34H ；大于9，若大于9，则回到程序初始化 INC A ；处，进行清零，将程序重新开始若不大 CJNE A,#0AH,MAIN ；于9，将值保存在34H中，调用显示子MOV 34H,A ； 程序 CALL DISP LJMP D1DISP： MOV A,34H ADD A,# 40H ；D5数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；

54、显示D5CALL DELAY ；扫描延时MOV A,33HADD A,#30H ；D4数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D4CALL DELAY ；扫描延时MOV A,32HADD A,#20H ；D3数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D3CALL DELAY ；扫描延时MOV A,31HADD A,#10H ；D2数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D2CALL DELAY ；扫描延时MOV A,30HADD A,#00H ；D1数据值加上74138扫描值MOV P0,A ；显示D1CALL DELAY ；扫描延时RETDELAY：MOV R7,

55、#06 ；显示器扫描时间X1： MOV R6,#248 DJNZ R6,S DJNZ R7,X1RETINT1： INC R1 ；中断1，使R1值加1 LJMP D1TIMO： CALL DISP ；定时调用显示子程序 RET5.4 小结 本章重点介绍了系统的软件设计。软件设计主要包括系统程序设计思路、程序流程图和程序清单三部分。通过这三部分的设计，可以使系统的软硬件相结合，实现对硬币的计数。结 论硬币清分计数机计数部分设计是本文的重点部分之一，也是硬币清分机的重要组成部分。在计数方面采用了光电传感器进行对硬币的检测，与涡流法相比其结构更简单。由于光电传感器与硬币是非接触型的，从而能达到很高的

56、计数速度。本次设计的另一个重点是如何将传感器的输出信号（硬币落入到光电传感器中的个数）在单片机的处理之下通过段译码器7447和位译码器74ALS138将数据显示到LED中，主要是通过程序的设计实现的。采用光电传感器计数在速度上能够达到很高的要求，但是对硬币的识别方面上还存在很大的缺陷。采用电涡流法在一定程度上弥补了这一缺陷，但是它设计复杂，而且成本高。随着技术的不断发展，硬币清分计数机将向高速度、高识别能力和微型体积等方面发展。参考文献1 张丽娟.基于DSP的高速硬币清分系统D.南京航空航天大学，2005.2 潘春岭.基于PC104总线的高速硬币清分机研制D.南京航空航天大学，2007.3 郎

57、家峰.硬币检测清分系统研究D.南京航空航天大学，2005.4 马西秦.许振中.自动检测技术M.机械工业出版社，2000.97-108.5 林洪贵.基于分离盘的硬币清分机实例介绍J.福建：集美大学,2007.6 郭星.商云男.ST800A型硬币清分机造型设计研究J.邯郸：河北工程大学，2007.7 李好博.枸杞分级自动计数系统的设计J.天津：南开大学，2008.8 肖丽英.YB5O全自动硬币计数、包卷机的研制J.北京：清华大学，2003.9 王煜东.传感器应用电路400例M.中国电力出版社，2008.256-257.10 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用M.清华大学出版社，2001.1-2,161-163.11 张毅刚，彭喜源.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社，1997.7-10,21-22.12 韩志军，沈晋源,王振波.单片机应用系统设计M.机械工业出版社，2005.2-12.13 张毅刚，彭喜源,董继成.单片机原理及应用M.高等教育出版社，2003.10-12.14 秦龙.MSP430单片机M.中国电力出版社，2005.165-167 .15 TMS320VC5402 and TMS320VC5402 Bootloader,SPRA618,TI,2000.16 Z.Liu,K