基于LPC2138的超市收銀機(jī)系統(tǒng)設(shè)計策略

?ARM7 LPC2138介紹
??? Philips公司的32位的ARM7 LPC2138微控制器具有強大的存儲空間，內(nèi)嵌32 KB片內(nèi)靜態(tài)RAM和512KB的Flash存儲器；可以實現(xiàn)在系統(tǒng)可編程(ISP)、在應(yīng)用可編程(IAP)；2個8路10位A／D轉(zhuǎn)換器、1個D／A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換迅速、準(zhǔn)確；引腳資源豐富，多達(dá)47個可承受5 V電壓的通用I／O口；多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個高速I2C接口(400 kbps)、SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的SSP。LPC21-38可以移植μC／OS-II操作系統(tǒng)，軟件的可移植性好，工作可靠。

2 實現(xiàn)原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
??? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

??? 系統(tǒng)采用ARM7 LPC2138芯片作為主控制器，嵌入μC／OS-II實時操作系統(tǒng)，對系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。通過模擬PS／2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實現(xiàn)了AS-8110條形碼輸入器和PS／2標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入；通過I2C總線接口擴(kuò)展了PCF8563實時時鐘芯片獲取實時時鐘，E2PROM存儲器AT24C256芯片實現(xiàn)系統(tǒng)重要參數(shù)的斷電保護(hù)；擴(kuò)展數(shù)字溫度傳感器DSl8820和HMl500濕度傳感器，對超市環(huán)境進(jìn)行實時檢測，在異常情況下通過聲光進(jìn)行報警提示；采用DMB32240A-01W大屏幕彩色LCD顯示終端進(jìn)行顯示，人機(jī)交互界面友好；通過擴(kuò)展?jié)h字微型打印機(jī)，實現(xiàn)購物小票的打??；系統(tǒng)擴(kuò)展了語音控制器SPCE061，實現(xiàn)語音播放及語音識別等功能；同時，還外擴(kuò)了一個串行口，可以通過485總線將所有超市收銀系統(tǒng)構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)，通過一個中心PC主機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3．1 鍵盤輸入接口電路設(shè)計
??? 針對超市收銀機(jī)對鍵盤的特殊需要，采用雙鍵盤，即4×6簡易鍵盤和PS／2鍵盤。
??? (1)4 x 6簡易鍵盤
??? 系統(tǒng)擴(kuò)展4×6簡易鍵盤，通過行列掃描的方式讀取鍵值。鍵盤接口和定義如圖2和圖3所示。

? (2)PS／2鍵盤
??? PS／2鍵盤是微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤。它與微機(jī)通過PS／2協(xié)議進(jìn)行信息通信，接口電路如圖4所示。

??? 只要ARM微控制器使用PS／2協(xié)議就能取得鍵盤數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤提供至少86個功能鍵供用戶使用。擴(kuò)展PS／2標(biāo)準(zhǔn)鍵盤可實現(xiàn)多種漢字輸入等功能。
??? 如圖5所示，鍵盤接口使用2條數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)位在CLOCK(時鐘腳)的下降沿被PC機(jī)ARM讀入，接收數(shù)據(jù)時使用外部中斷EXTO。

3．2 條形碼輸入器接口電路設(shè)計
??? 系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤PS／2接口與LPC2138接口與PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤并線使用，接口簡單。接口電路如圖6所示。

??? AS8110條碼閱讀器功能：
??? ①手持近距虹光條碼閱讀器，內(nèi)置解碼器，準(zhǔn)確識讀各種一維條碼。
??? ②AS8110條碼閱讀器擁有7種提示音和音量可調(diào)的蜂鳴器，可根據(jù)使用的環(huán)境調(diào)節(jié)蜂鳴器的音量。
??? ③AS8110條碼閱讀器有多個內(nèi)置接口(RS-232、鍵盤接口、光筆及先進(jìn)的USB接口)。
3．3 打印機(jī)接口電路設(shè)計
??? 漢字微型打印機(jī)為針式打印機(jī)。打印機(jī)接收主機(jī)送來的代碼，經(jīng)過打印機(jī)輸入接口電路的處理后送至打印機(jī)的主控電路；在程序的控制下，產(chǎn)生字符或圖形的編碼，驅(qū)動打印頭打印一列的點陣圖形，同時字車橫向運動，產(chǎn)生列間距或字間距，再打印下一列，逐列進(jìn)行打??；一行打印完畢后，啟動走紙機(jī)構(gòu)進(jìn)紙，產(chǎn)生行距，同時打印頭回車換行，打印下一行。上述過程反復(fù)進(jìn)行，直到打印完畢。
??? 使用74HCl64串入／并出串行接口打印機(jī)，接口電路如圖7所示。

3．4 存儲模塊電路設(shè)計
??? SD卡擁有大容量數(shù)據(jù)存儲、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。通過9針的接口電路與專門的驅(qū)動器相連接，數(shù)據(jù)具有掉電保護(hù)。在SPI模式下，主機(jī)使用SPI總線直接對卡進(jìn)行訪問。
??? 圖8為SD卡與LPC2138通信的接口連接電路(SPI模式)。

3．5 溫、濕度測量接口電路設(shè)計
??? 數(shù)字化溫度傳感器DSl8820具有與CPU接口方便、直接數(shù)字量輸出等優(yōu)點，另外提供12位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息。經(jīng)過單
線接口送入DSl8820或從DSl8820送出，因此從主機(jī)CPU到DS18820僅需一條線(和地線)，電路如圖9所示。

??? HMl500是美國Humirel公司于2002年推出的電容式濕度一體化傳感器。該傳感器線性輸出相對濕度，輸出為模擬信號，通過A／D轉(zhuǎn)換器測量濕度對應(yīng)的模擬電壓，并計算得到相應(yīng)的相對濕度值。相對濕度接口電路如圖10所示。

3．6 I2C總線接口電路設(shè)計
??? 利用ARM微控制器的I2C總線擴(kuò)展PCF8563和AT24C256接口芯片，分別實現(xiàn)獲取實時時鐘和系統(tǒng)重要參數(shù)的斷電保護(hù)功能，電路如圖11所示。

4 軟件設(shè)計
??? 系統(tǒng)軟件工作流程如圖12所示。

??? 系統(tǒng)共有4種工作模式，即銷售操作模式、銷售記錄模式、綜合報表模式和系統(tǒng)設(shè)置模式。
??? 銷售操作模式為默認(rèn)工作模式，主要工作為：條形碼或者手動輸入商品條碼，通過系統(tǒng)查詢調(diào)出商品單價，根據(jù)所輸入的商品數(shù)量計算并顯示各類商品的總額和找零。在確認(rèn)交易成功后，系統(tǒng)打印購物小票并將相關(guān)記錄存入銷售記錄和綜合報表記錄中。
??? 銷售記錄模式主要用于查詢本日、本周、本月的詳細(xì)銷售清單，包括交易商品名稱、交易時間、交易金額和收銀員編號等。
??? 綜合報表模式主要用于查詢商品入貨量和出貨量的詳細(xì)記錄，包括商品名稱、進(jìn)貨數(shù)量、進(jìn)貨日期、出貨數(shù)量、獲利情況等。
??? 系統(tǒng)設(shè)置模式主要包括PLU設(shè)置、時間設(shè)置、收銀員設(shè)置和清空記錄。PLU設(shè)置目錄下可以進(jìn)行商品名稱、條碼以及單價的錄入；時間設(shè)置目錄下可以對系統(tǒng)時間進(jìn)行設(shè)置；收銀員設(shè)置目錄下可以對當(dāng)前收銀員信息編號進(jìn)行設(shè)置；清空記錄目錄下，可以對環(huán)境監(jiān)測報警閾值進(jìn)行設(shè)定，可以恢復(fù)系統(tǒng)出廠設(shè)置等。

5 理論分析
5．1 SD卡存儲空間分配
??? 經(jīng)查閱資料得知，SD卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是按扇區(qū)組合的，每512字節(jié)為一個扇區(qū)。為了方便操作，我們約定，每條銷售紀(jì)錄、每種貨物都獨自占一個扇區(qū)(盡管一條記錄無論如何也不會有512字節(jié))。這樣，無論是在存貨還是在銷售時，各條記錄之間從不沖突。按扇區(qū)讀寫十分方便。
??? SD存儲卡的存儲空間為1 GB。
??? 1 GB／512B=221
??? 1 GB SD存儲卡存儲的銷售記錄與存貨紀(jì)錄總計超過100萬條。
5．2 存儲商品價目表數(shù)據(jù)位數(shù)定義
??? 系統(tǒng)采用64位存儲商品價目表，各種數(shù)據(jù)格式如下：

??? 存儲一條商品價目表使用7字節(jié)。

結(jié)語
??? 本文提出了基于Philips公司的ARM7 LPC2138微控制器的超市收銀管理系統(tǒng)的一種設(shè)計方法。系統(tǒng)合理調(diào)理了多個模塊同時工作情況的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定，在降低成本的前提下，不僅實現(xiàn)了常用超市收銀機(jī)的基本功能，還增加了環(huán)境檢測報警及語音等特色功能。