基于LPC2138的超市收银机系统设计策略
基于lpc2138的超市收银机系统设计策略
arm7 lpc2138介绍
philips公司的32位的arm7 lpc2138微控制器具有强大的存储空间，内嵌32 kb片内静态ram和512kb的flash存储器；可以实现在系统可编程(isp)、在应用可编程(iap)；2个8路10位a／d转换器、1个d／a转换器，转换迅速、准确；引脚资源丰富，多达47个可承受5 v电压的通用i／o口；多个串行接口，包括2个16c550工业标准uart、2个高速i2c接口(400 kbps)、spi和具有缓冲作用和数据长度可变功能的ssp。lpc21-38可以移植μc／os-ii操作系统，软件的可移植性好，工作可靠。
2 实现原理及系统结构
系统结构框图如图1所示。
系统采用arm7 lpc2138芯片作为主控制器，嵌入μc／os-ii实时操作系统，对系统进行控制和管理。通过模拟ps／2标准协议，实现了as-8110条形码输入器和ps／2标准键盘输入；通过i2c总线接口扩展了pcf8563实时时钟芯片获取实时时钟，e2prom存储器at24c256芯片实现系统重要参数的断电保护；扩展数字温度传感器dsl8820和hml500湿度传感器，对超市环境进行实时检测，在异常情况下通过声光进行报警提示；采用dmb32240a-01w大屏幕彩色lcd显示终端进行显示，人机交互界面友好；通过扩展汉字微型打印机，实现购物小票的打印；系统扩展了语音控制器spce061，实现语音播放及语音识别等功能；同时，还外扩了一个串行口，可以通过485总线将所有超市收银系统构建一个网络，通过一个中心pc主机进行统一管理。
3 系统硬件设计
3．1 键盘输入接口电路设计
针对超市收银机对键盘的特殊需要，采用双键盘，即4×6简易键盘和ps／2键盘。
(1)4 x 6简易键盘
系统扩展4×6简易键盘，通过行列扫描的方式读取键值。键盘接口和定义如图2和图3所示。
(2)ps／2键盘
ps／2键盘是微机标准键盘。它与微机通过ps／2协议进行信息通信，接口电路如图4所示。
只要arm微控制器使用ps／2协议就能取得键盘数据，标准键盘提供至少86个功能键供用户使用。扩展ps／2标准键盘可实现多种汉字输入等功能。
如图5所示，键盘接口使用2条数据线，数据位在clock(时钟脚)的下降沿被pc机arm读入，接收数据时使用外部中断exto。
3．2 条形码输入器接口电路设计
系统采用标准键盘ps／2接口与lpc2138接口与pc机标准键盘并线使用，接口简单。接口电路如图6所示。
as8110条码阅读器功能：
①手持近距虹光条码阅读器，内置解码器，准确识读各种一维条码。
②as8110条码阅读器拥有7种提示音和音量可调的蜂鸣器，可根据使用的环境调节蜂鸣器的音量。
③as8110条码阅读器有多个内置接口(rs-232、键盘接口、光笔及先进的usb接口)。
3．3 打印机接口电路设计
汉字微型打印机为针式打印机。打印机接收主机送来的代码，经过打印机输入接口电路的处理后送至打印机的主控电路；在程序的控制下，产生字符或图形的编码，驱动打印头打印一列的点阵图形，同时字车横向运动，产生列间距或字间距，再打印下一列，逐列进行打印；一行打印完毕后，启动走纸机构进纸，产生行距，同时打印头回车换行，打印下一行。上述过程反复进行，直到打印完毕。
使用74hcl64串入／并出串行接口打印机，接口电路如图7所示。
3．4 存储模块电路设计
sd卡拥有大容量数据存储、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。通过9针的接口电路与专门的驱动器相连接，数据具有掉电保护。在spi模式下，主机使用spi总线直接对卡进行访问。
图8为sd卡与lpc2138通信的接口连接电路(spi模式)。
3．5 温、湿度测量接口电路设计
数字化温度传感器dsl8820具有与cpu接口方便、直接数字量输出等优点，另外提供12位(二进制)温度读数指示器件的温度信息。经过单
线接口送入dsl8820或从dsl8820送出，因此从主机cpu到ds18820仅需一条线(和地线)，电路如图9所示。
hml500是美国humirel公司于2002年推出的电容式湿度一体化传感器。该传感器线性输出相对湿度，输出为模拟信号，通过a／d转换器测量湿度对应的模拟电压，并计算得到相应的相对湿度值。相对湿度接口电路如图10所示。
3．6 i2c总线接口电路设计
利用arm微控制器的i2c总线扩展pcf8563和at24c256接口芯片，分别实现获取实时时钟和系统重要参数的断电保护功能，电路如图11所示。
4 软件设计
系统软件工作流程如图12所示。
系统共有4种工作模式，即销售操作模式、销售记录模式、综合报表模式和系统设置模式。
销售操作模式为默认工作模式，主要工作为：条形码或者手动输入商品条码，通过系统查询调出商品单价，根据所输入的商品数量计算并显示各类商品的总额和找零。在确认交易成功后，系统打印购物小票并将相关记录存入销售记录和综合报表记录中。
销售记录模式主要用于查询本日、本周、本月的详细销售清单，包括交易商品名称、交易时间、交易金额和收银员编号等。
综合报表模式主要用于查询商品入货量和出货量的详细记录，包括商品名称、进货数量、进货日期、出货数量、获利情况等。
系统设置模式主要包括plu设置、时间设置、收银员设置和清空记录。plu设置目录下可以进行商品名称、条码以及单价的录入；时间设置目录下可以对系统时间进行设置；收银员设置目录下可以对当前收银员信息编号进行设置；清空记录目录下，可以对环境监测报警阈值进行设定，可以恢复系统出厂设置等。
5 理论分析
5．1 sd卡存储空间分配
经查阅资料得知，sd卡的内部结构是按扇区组合的，每512字节为一个扇区。为了方便操作，我们约定，每条销售纪录、每种货物都独自占一个扇区(尽管一条记录无论如何也不会有512字节)。这样，无论是在存货还是在销售时，各条记录之间从不冲突。按扇区读写十分方便。
sd存储卡的存储空间为1 gb。
1 gb／512b=221
1 gb sd存储卡存储的销售记录与存货纪录总计超过100万条。
5．2 存储商品价目表数据位数定义
系统采用64位存储商品价目表，各种数据格式如下：
存储一条商品价目表使用7字节。
结语
本文提出了基于philips公司的arm7 lpc2138微控制器的超市收银管理系统的一种设计方法。系统合理调理了多个模块同时工作情况的协调与稳定，在降低成本的前提下，不仅实现了常用超市收银机的基本功能，还增加了环境检测报警及语音等特色功能。
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2 实现原理及系统结构
系统结构框图如图1所示。
系统采用arm7 lpc2138芯片作为主控制器，嵌入μc／os-ii实时操作系统，对系统进行控制和管理。通过模拟ps／2标准协议，实现了as-8110条形码输入器和ps／2标准键盘输入；通过i2c总线接口扩展了pcf8563实时时钟芯片获取实时时钟，e2prom存储器at24c256芯片实现系统重要参数的断电保护；扩展数字温度传感器dsl8820和hml500湿度传感器，对超市环境进行实时检测，在异常情况下通过声光进行报警提示；采用dmb32240a-01w大屏幕彩色lcd显示终端进行显示，人机交互界面友好；通过扩展汉字微型打印机，实现购物小票的打印；系统扩展了语音控制器spce061，实现语音播放及语音识别等功能；同时，还外扩了一个串行口，可以通过485总线将所有超市收银系统构建一个网络，通过一个中心pc主机进行统一管理。
3 系统硬件设计
3．1 键盘输入接口电路设计
针对超市收银机对键盘的特殊需要，采用双键盘，即4×6简易键盘和ps／2键盘。
(1)4 x 6简易键盘
系统扩展4×6简易键盘，通过行列扫描的方式读取键值。键盘接口和定义如图2和图3所示。
(2)ps／2键盘
ps／2键盘是微机标准键盘。它与微机通过ps／2协议进行信息通信，接口电路如图4所示。
只要arm微控制器使用ps／2协议就能取得键盘数据，标准键盘提供至少86个功能键供用户使用。扩展ps／2标准键盘可实现多种汉字输入等功能。
如图5所示，键盘接口使用2条数据线，数据位在clock(时钟脚)的下降沿被pc机arm读入，接收数据时使用外部中断exto。
3．2 条形码输入器接口电路设计
系统采用标准键盘ps／2接口与lpc2138接口与pc机标准键盘并线使用，接口简单。接口电路如图6所示。
as8110条码阅读器功能：
①手持近距虹光条码阅读器，内置解码器，准确识读各种一维条码。
②as8110条码阅读器拥有7种提示音和音量可调的蜂鸣器，可根据使用的环境调节蜂鸣器的音量。
③as8110条码阅读器有多个内置接口(rs-232、键盘接口、光笔及先进的usb接口)。
3．3 打印机接口电路设计
汉字微型打印机为针式打印机。打印机接收主机送来的代码，经过打印机输入接口电路的处理后送至打印机的主控电路；在程序的控制下，产生字符或图形的编码，驱动打印头打印一列的点阵图形，同时字车横向运动，产生列间距或字间距，再打印下一列，逐列进行打印；一行打印完毕后，启动走纸机构进纸，产生行距，同时打印头回车换行，打印下一行。上述过程反复进行，直到打印完毕。
使用74hcl64串入／并出串行接口打印机，接口电路如图7所示。
3．4 存储模块电路设计
sd卡拥有大容量数据存储、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。通过9针的接口电路与专门的驱动器相连接，数据具有掉电保护。在spi模式下，主机使用spi总线直接对卡进行访问。
图8为sd卡与lpc2138通信的接口连接电路(spi模式)。
3．5 温、湿度测量接口电路设计
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线接口送入dsl8820或从dsl8820送出，因此从主机cpu到ds18820仅需一条线(和地线)，电路如图9所示。
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3．6 i2c总线接口电路设计
利用arm微控制器的i2c总线扩展pcf8563和at24c256接口芯片，分别实现获取实时时钟和系统重要参数的断电保护功能，电路如图11所示。
4 软件设计
系统软件工作流程如图12所示。
系统共有4种工作模式，即销售操作模式、销售记录模式、综合报表模式和系统设置模式。
销售操作模式为默认工作模式，主要工作为：条形码或者手动输入商品条码，通过系统查询调出商品单价，根据所输入的商品数量计算并显示各类商品的总额和找零。在确认交易成功后，系统打印购物小票并将相关记录存入销售记录和综合报表记录中。
销售记录模式主要用于查询本日、本周、本月的详细销售清单，包括交易商品名称、交易时间、交易金额和收银员编号等。
综合报表模式主要用于查询商品入货量和出货量的详细记录，包括商品名称、进货数量、进货日期、出货数量、获利情况等。
系统设置模式主要包括plu设置、时间设置、收银员设置和清空记录。plu设置目录下可以进行商品名称、条码以及单价的录入；时间设置目录下可以对系统时间进行设置；收银员设置目录下可以对当前收银员信息编号进行设置；清空记录目录下，可以对环境监测报警阈值进行设定，可以恢复系统出厂设置等。
5 理论分析
5．1 sd卡存储空间分配
经查阅资料得知，sd卡的内部结构是按扇区组合的，每512字节为一个扇区。为了方便操作，我们约定，每条销售纪录、每种货物都独自占一个扇区(尽管一条记录无论如何也不会有512字节)。这样，无论是在存货还是在销售时，各条记录之间从不冲突。按扇区读写十分方便。
sd存储卡的存储空间为1 gb。
1 gb／512b=221
1 gb sd存储卡存储的销售记录与存货纪录总计超过100万条。
5．2 存储商品价目表数据位数定义
系统采用64位存储商品价目表，各种数据格式如下：
存储一条商品价目表使用7字节。
结语
本文提出了基于philips公司的arm7 lpc2138微控制器的超市收银管理系统的一种设计方法。系统合理调理了多个模块同时工作情况的协调与稳定，在降低成本的前提下，不仅实现了常用超市收银机的基本功能，还增加了环境检测报警及语音等特色功能。
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