3点钞机硬件电路描述.docx
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3点钞机硬件电路描述
3点钞机硬件电路描述
3.1点钞机的硬件框图
本课题设计的多功能点钞机系统功能框图如图3-1所示
图3-1：
多功能点钞机功能框图
本系统采用PHILIPS公司的LPC935和STC公司的STC89C58RD+片机作为主控芯片。
以纸币的左右计数红外信号作为两者工作的同步信号。
外部设计4个按键（功能、预置、-1、+1/复位）作为控制点钞机使用，采用6位数码管显示计数纸币张数。
本系统基本工作流程可描述为：
当进钞红外检测到进钞口放入纸币，便开始以所设定模式进行工作。
纸币在点钞机的运动过程当中，会对其进行磁性检测、紫光检测、红外穿透检测以判别其真伪。
同时根据具体情况控制电机启停和数码管显示。
当取钞口红外检测到取钞口的纸币被取走的同时，会清零上一次计数值。
准备下次点钞工作。
本系统采用两块单片机作为控制芯片，可以准确、高效的进行点钞工作。
3.2芯片介绍
本节简要地介绍几种本系统中所用到的主要芯片，主要给出它的的工作条件及基本使用方法。
3.2.1STC89C58RD单片机
选用STC单片机的理由：
降低成本，提升性能，原有程序直接使用，硬件无需改动。
且STC公司提供PLCCPQFP」、型封装,3.3V工作电压单片机，使产品体积更小，更轻，功耗更低。
如果相关新增功能没有用到，则不需看相应部分。
用STC提供的
STC-ISP.EXEX具将您原有的代码下载进STC相关的单片机即可，或用通用编程器编程。
STC89C51RC/RD+列单片机出厂时就已完全加密，无法解密。
用户程序是用ISP/IAP机制写入，一边校验一边写，无读出命令，彻底无法解密。
STC89C58RD+片机具有如下特性：
超低功耗：
在掉电工作模式下典型功耗为0.5卩A,可由外部
中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。
适用于水表、气表等电池供电系统及便携式设备；空闲模式下典型功耗为2MA正常工
作模式下典型功耗为4-7mA
超强抗干扰：
1I/O口：
输入/输出口经过特殊处理，很多干扰是从I/O口进去的，每个I/O均有对VCC/GN二级管箝位保护；
2电源：
单片机内部的时钟电路经过特殊处理，很多干扰是从电源部分进去的；
3时钟：
单片机内部的时钟电路经过特殊处理，很多干扰是从时钟部分进去的；
4看门狗：
单片机内部的看门狗电路经过特殊处理，找开后
无法关闭，可放心省去处部看门狗；
©复位电路：
单片机内部的复位电路经过特殊处理，很多干扰是从复位电路部分进去的。
STC89C51RC/RD+列单片机为高电平复位。
推荐外置复位电路为MAX81STC810STC6344STC6345813L、706P等，也可用RC复位，10卩F电容和10K电阻，22卩F电容和8.2K电阻等；
6宽电压：
不怕电源抖动；
7搞抗静电（高ESD保护）：
轻松过2000V快速脉冲干扰（严格的日本及欧洲EFT标准）；
降低单片机对外部的电磁辐射（EMI）三大措施：
⑥禁止ALE时钟信号输出：
RC/RD系8051单片机扩展RAM管理及禁止ALE输出的特殊功能寄存器（只写）：
特殊功能寄存器名：
AUXR
地址：
8EH
名称：
辅助寄存器0
表3.1AUXR各位功能及复位值
7
6
5
4
3
2
1
0
Resetvalue
EXTRAM
ALEOFF
xxxx,xx00
禁止ALE信号输出，如
MOVAUXR#00000001B；ALE位置“1”，禁止ALE时钟输出。
注意：
AUXR是只写寄存器，而不要用含读的操作如“或、与、入栈”。
如采用读操作，读出的数值不确定，达不到需要的效果。
⑥外部时钟频率降一半，6T模式：
传统的8051为每个机器周期12个时钟，如将STC的增强型8051单片机在ISP烧录程序时候设为双倍速（即6T模式，每个机器周期6时钟），则可将单片机外部时钟频率降低一半，有效的降低单片机时钟对外界的辐射。
⑥单片机内部时钟振荡器增益降低一半：
在ISP烧录程序时将OSCD设为1/2Gain可以有效的降低单片机时钟高频部分对外界的辐射,5V单片机外部晶振频率小于24MHZ寸,3V单片机外部晶振频率小于16MHZ寸，将0SCD设为1/2Gain,以上选择fullgain.
STC89C51RD+片机可使用在系统编程，直接将用户代码下载进单片机内部，不用编程器.这样的好处是省去了购买通用编程器
单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部.有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善.加快
了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险.由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器.如图3-2所示。
大部分STC89系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有ISP系统引导程序，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部。
故无须编程器（速度比通用编程器快）。
不要用编程器编程，否则有可能将单片机内部已固化的ISP系统引导程序擦除，造成无法使用STC提供的ISP软件下载用户
的程序代码
GND
1
图3-2:
STC单片机在线编程线路
本段简要介绍了STC89C51RD+片机的部分性能特征，如果需要更加完整的了解该芯片的使用方法可以查阅数据手册得到更加说细的寄存器操作指导，进行编程。
3.2.2LPC935单片机
P89LPC935是PHILIPS公司的Flash单片机，其主要特性：
1、8KB可字节擦除的Flash程序存储器组成1KB/2KB扇区和64字节页。
单个字节擦除功能允许FLASHg序存储器的任何字节可用作非易失性数据存储器。
2、256字节RAM^据存储器，LPC935还包括一个512字节的附加片内RAM
3、512字节片内用户数据EEPRO存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等。
4、2个4路输入的8位A/D转换器/DAC输出。
2个模拟比较器可选择输入和参考源。
5、2个16位定时/计数器（每一个定时器打印头可设置为溢出时角发相应端口输出或作为PW输出）和1个23位的系统定时器，系统定时器可用作实时时钟。
&增强型UART具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测、自动地址检测功能。
7、400KHZ字节宽度IIC总线通信端口和SPI通信端口。
8、捕获/比较单元（CCU提供PWM输入捕获和输出比较功能。
9、选择片内高精度RC振荡器时不需要外接振荡器件。
可选区RC振荡器选项并且其频率可进行很好的调节。
10、Vdd操作电压范围为。
I/O口可承受5V（可上拉或驱动到5.5V）。
11、利用商用EPROM编程器可简单实现串行Flash在电路编程（ICP）。
Flash保密位可防止程序被读出。
12、器件固定在最终就用中时可采用串行Flash在系统编程（ISP）方法进行编程。
13、Flash程序存储器可实现在应用中编程（IAP）。
这允许在程序运行时改变代码。
14、可配置的片内振荡器及其频率范围（通过用户可编程Flash配置位选择）。
振荡器选项支持的频率范围为20KHz-18KHz
（最大工作频率）。
15、28脚TSSOPPLCCffiHVQF封装。
最少有23个I/O口，当选择片内振荡器和片内复位时I/O口可高达26个。
16、4个中断优先级，8个键盘中断输入，另加两路外部中断输入。
3.3硬件电路实现（原理、参数计算及选择）
点钞机的硬件电路是其功能能够正常实现的前提。
在此，对一些重要部分的电路功能是如何实现的给予简要而又必要的介绍。
如图3-3所示是STC89C58RD+片机所构成的一个最小系统。
包括它的电源提供、复位电路和外部晶振。
其复位电路不仅可以实现上电复位，还可以手动按键复位。
以实现在系统运行过程中出现死机的情况下手动复位。
这是一种普遍采用的复位电路方式。
旁边的LED用于指示系统是否上电。
在机器上电时，LED发光
可用于表示电源的正常情况。
指导进行下一步工作。
DNG
1LO-X
LAYX
图3-3:
STC89C58RD+片机最小系统构成
图3-4:
左、右磁头米信号处理电路
其中，左、右磁信号的处理共两套相同的电路，如图3-4所示。
U3DC3R5和R6构成微分电路，微分电路的典型电路如图3-5所示：
在这个电路中，同样存在虚地、vI=0和h=0,h"2=i。
设t=0时，电容器C的初始电压vC=0，当信号电压vS接入
图3-4:
左、右磁信号处理电路
从而得：
-vO二RC观
dt
上式表明，输出电压正比于输入电压对时间的微商。
当输入电压Vs为阶跃信号时，考虑到信号源总存在内阻，在t=0时，输出电压仍为一个有限值，随着电容器C的育是。
输出电压V。
将逐渐地衰减，最后趋近于零，如图3-6所示。
图3-6:
微分电路工作原理
微分电路的应用是很广泛的，在线性系统中，除了可用作微分运算外，在脉冲数字电路中，常用作波形变换，例如将矩形波变换为尖顶脉冲波。
U1B和电位器R8构成了一个反相输入单门限电压比较器。
比
较器是一种用来比较输入信号v|和参考电压Vref的电路，其典型
电路如图3-7所示:
图3-7:
电压比较器
此时运放处于开环工作状态，具有很高的开环电压增益。
当输入
信号电压Vi小于参考电压Vref时，即差模输入电压
Vid=V|-Vref：
：
：
0时，运放处于负饱和状态，Vo=Vol；当输入信号电压V|升高到略大于参考电压Vref时，即Vid二V|-Vref0，运放立即转入正饱和状态，V。
=VOH。
我们把比较器输出电压Vo从一个电平跳变到另一个电平时的相应的输入电压值V称为门
限电压或阀值电压％，显然：
Vth=Vref。
若V|从同相端输入且只
有一个门限电压，则称为同相输入单门限电压比较器。
反之，当V|从反相端输入，Vref改接到同相端，贝U称为反相输入单门限电压比较器。
如果参考电压Vref=0，则输入信号电压V每次过零时,输出就要产生突然的变化。
这种比较器称为过零比较器。
图3-8:
中、长磁信号处理电路
下面的几张电路图分别表示传感器检测到信号的处理电路，这些电路基本工作原理同前面所分析的几个电路大同小异。
将不在对每一个电路做具体的分析，只给出电路图。
图3-11:
码盘与接钞红外电路
图3-12:
进钞红外电路
U2C工作在反相输入单门限电压比较器方式。
其工作原理如前所述。
其门限电压为：
Vref=_R13RZcc
R137R138
图3-13:
码盘工作原理
宽度检测：
这部分电路的功能是利用光电旋转编码器记录下每张钞票走过时的脉冲数量，大于或小于一定数值就发出报警信号，一般情况下可以做到2MM以下的精度。
光电编码器的工作原理如图所示：
用码盘旋转来阻断发光管和接收管之间的红外光，在接收管端电路中产生脉冲信号，记录钞票走过时的脉冲个数，就可以准确地知道钞票的宽度。
3.4电路板的制作.
电路设计好了以后，需要制作出电路板，焊接好元器件，才能用于实际工作当中。
电路板的制作方法有多种。
现在主要采取计算机辅助设计的方法来设计电路板。
这样可以借助计算机的快速、直观等优点。
简化电路板设计过程，提高工作效率。
在本次设计中，我们采用Protel99se软件进行原理图的绘制及PCB板的制作设计。
这是一款相当优秀的软件。
在原理图绘制期间，可以直接使用它所提供的元件库中的元件，不需要我们一切都从头画起。
而且具有相当高的规范性；在PCB板设计过程中，我们可以结合软件提供的自动布线功能，可以很快的布通电路板。
如果对自动布线的结果不是很满意，还可以用手动布线和自动布线相结合的方式来完成电路板。
电路板的布通率很高。
另外，我们同样可以采用元件库中所提供的元件封装，加快工作完成速度。
在PCB板的设计过程当中，有很多的问题需要引起注意。
例如元件的布局方面，要注意将同一个功能块的元器件尽量靠在一起；去藕和滤波电容尽量靠近需要实现这些功能的IC块；接插件
尽量的放在板子的边沿；模拟电路和数字电路部分尽量分开且一点共地等等。
总之，PCB板的设计具有相当多的规则和注意事项。
电路板的设计是一个不断改进、不断完善的过程。
由于本设计的实验电路板相对较为简单，只需做成双面板。
在布线方面不严格按照高频布线要求实现，所以很容易布通。
但由于结合后面在软件编制过程中，有时需要更改系统配置，但是做好的电路板不能更正，所以在调试中，电路板的更改就只能靠外接飞线来完成。
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