基于LPC2138的超市收银机系统设计

 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。