基于LPC2138的超市收銀機系統設計策略

?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，內嵌32 KB片內靜態RAM和512KB的Flash存儲器；可以實現在系統可編程(ISP)、在應用可編程(IAP)；2個8路10位A／D轉換器、1個D／A轉換器，轉換迅速、準確；引腳資源豐富，多達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工業標準UART、2個高速I2C接口(400 kbps)、SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的SSP。LPC21-38可以移植μC／OS-II操作系統，軟件的可移植性好，工作可靠。

2 實現原理及系統結構
??? 系統結構框圖如圖1所示。

??? 系統采用ARM7 LPC2138芯片作為主控制器，嵌入μC／OS-II實時操作系統，對系統進行控制和管理。通過模擬PS／2標準協議，實現了AS-8110條形碼輸入器和PS／2標準鍵盤輸入；通過I2C總線接口擴展了PCF8563實時時鐘芯片獲取實時時鐘，E2PROM存儲器AT24C256芯片實現系統重要參數的斷電保護；擴展數字溫度傳感器DSl8820和HMl500濕度傳感器，對超市環境進行實時檢測，在異常情況下通過聲光進行報警提示；采用DMB32240A-01W大屏幕彩色LCD顯示終端進行顯示，人機交互界面友好；通過擴展漢字微型打印機，實現購物小票的打印；系統擴展了語音控制器SPCE061，實現語音播放及語音識別等功能；同時，還外擴了一個串行口，可以通過485總線將所有超市收銀系統構建一個網絡，通過一個中心PC主機進行統一管理。

3 系統硬件設計
3．1 鍵盤輸入接口電路設計
??? 針對超市收銀機對鍵盤的特殊需要，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
??? 系統擴展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鍵盤是微機標準鍵盤。它與微機通過PS／2協議進行信息通信，接口電路如圖4所示。

??? 只要ARM微控制器使用PS／2協議就能取得鍵盤數據，標準鍵盤提供至少86個功能鍵供用戶使用。擴展PS／2標準鍵盤可實現多種漢字輸入等功能。
??? 如圖5所示，鍵盤接口使用2條數據線，數據位在CLOCK(時鐘腳)的下降沿被PC機ARM讀入，接收數據時使用外部中斷EXTO。

3．2 條形碼輸入器接口電路設計
??? 系統采用標準鍵盤PS／2接口與LPC2138接口與PC機標準鍵盤并線使用，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，內置解碼器，準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的蜂鳴器，可根據使用的環境調節蜂鳴器的音量。
??? ③AS8110條碼閱讀器有多個內置接口(RS-232、鍵盤接口、光筆及先進的USB接口)。
3．3 打印機接口電路設計
??? 漢字微型打印機為針式打印機。打印機接收主機送來的代碼，經過打印機輸入接口電路的處理后送至打印機的主控電路；在程序的控制下，產生字符或圖形的編碼，驅動打印頭打印一列的點陣圖形，同時字車橫向運動，產生列間距或字間距，再打印下一列，逐列進行打印；一行打印完畢后，啟動走紙機構進紙，產生行距，同時打印頭回車換行，打印下一行。上述過程反復進行，直到打印完畢。
??? 使用74HCl64串入／并出串行接口打印機，接口電路如圖7所示。

3．4 存儲模塊電路設計
??? SD卡擁有大容量數據存儲、快速數據傳輸率、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動器相連接，數據具有掉電保護。在SPI模式下，主機使用SPI總線直接對卡進行訪問。
??? 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計
??? 數字化溫度傳感器DSl8820具有與CPU接口方便、直接數字量輸出等優點，另外提供12位(二進制)溫度讀數指示器件的溫度信息。經過單
線接口送入DSl8820或從DSl8820送出，因此從主機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轉換器測量濕度對應的模擬電壓，并計算得到相應的相對濕度值。相對濕度接口電路如圖10所示。

3．6 I2C總線接口電路設計
??? 利用ARM微控制器的I2C總線擴展PCF8563和AT24C256接口芯片，分別實現獲取實時時鐘和系統重要參數的斷電保護功能，電路如圖11所示。

4 軟件設計
??? 系統軟件工作流程如圖12所示。

??? 系統共有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設置模式。
??? 銷售操作模式為默認工作模式，主要工作為：條形碼或者手動輸入商品條碼，通過系統查詢調出商品單價，根據所輸入的商品數量計算并顯示各類商品的總額和找零。在確認交易成功后，系統打印購物小票并將相關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記錄，包括商品名稱、進貨數量、進貨日期、出貨數量、獲利情況等。
??? 系統設置模式主要包括PLU設置、時間設置、收銀員設置和清空記錄。PLU設置目錄下可以進行商品名稱、條碼以及單價的錄入；時間設置目錄下可以對系統時間進行設置；收銀員設置目錄下可以對當前收銀員信息編號進行設置；清空記錄目錄下，可以對環境監測報警閾值進行設定，可以恢復系統出廠設置等。

5 理論分析
5．1 SD卡存儲空間分配
??? 經查閱資料得知，SD卡的內部結構是按扇區組合的，每512字節為一個扇區。為了方便操作，我們約定，每條銷售紀錄、每種貨物都獨自占一個扇區(盡管一條記錄無論如何也不會有512字節)。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錄總計超過100萬條。
5．2 存儲商品價目表數據位數定義
??? 系統采用64位存儲商品價目表，各種數據格式如下：

??? 存儲一條商品價目表使用7字節。

結語
??? 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的一種設計方法。系統合理調理了多個模塊同時工作情況的協調與穩定，在降低成本的前提下，不僅實現了常用超市收銀機的基本功能，還增加了環境檢測報警及語音等特色功能。