PIC16C71單片機(jī)投幣電路分析

　　傳統(tǒng)的投幣電話，都是以幾對(duì)紅外發(fā)射、接收對(duì)管作傳感器，利用硬幣遮光原理粗測(cè)幣的直徑。這種方法精度低，更無法識(shí)別相同直徑但不同材質(zhì)的偽幣。
　　
　　新一代投幣電話，如英國(guó)的藍(lán)寶石系列，能對(duì)硬幣的材質(zhì)、厚度、直徑作精確的檢測(cè)，所以精確性與可靠性都大大提高。這類新型投幣電話中，需要一種微功耗、寬工作電壓范圍、能適應(yīng)電話線路供電的高性能單片機(jī)作為智能化檢測(cè)、控制的核心。美國(guó)MICROChip公司的PIC16C71單片機(jī)能滿足這方面要求，且價(jià)格低廉。
　　
　　其核心PIC16C71是一種低成本、高性能，以CMOS工藝制造，帶全靜態(tài)片內(nèi)RAM、2 KB片內(nèi)ROM、4路8位片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器的高性能單片機(jī)。在采用20 MHz時(shí)鐘時(shí)，每個(gè)指令周期僅0.2μS。字長(zhǎng)14位的精簡(jiǎn)指令集(RISC)共有35條高效指令，大多為單周期指令，執(zhí)行比一般單片機(jī)快4倍以上。3～6 V的寬工作電壓范圍以及微功耗設(shè)計(jì)(3V、32 kHz時(shí)，工作電流僅15 μA，休眠維持電流小于lμA)，使它特別適合于由電話線路供電的工作環(huán)境，不需要另配電源。此外，該機(jī)還具有防非法拷貝的程序保密位、防止受干擾后產(chǎn)生程序“脫軌”的“看門狗”(WDT)以及帶負(fù)載能力很強(qiáng)的I/O接口，能直接驅(qū)動(dòng)20～25 mA的負(fù)載，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

　　
　　AT24C01是一種新型、高性能的串行電可擦寫只讀存儲(chǔ)器(E2 PROM)，價(jià)格低廉。在本系統(tǒng)中，它用于存儲(chǔ)投幣電話所適用的幣種、幣值以及對(duì)應(yīng)的材質(zhì)、厚度、直徑3個(gè)傳感信號(hào)參數(shù)值，停電后信息能保存100年，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬次，靜態(tài)電流30 μA，容量為128字節(jié)，工作電壓2.6～6 V。由于采用串行工作方式，數(shù)據(jù)傳送只需兩根I/O線，這對(duì)I/O線資源有限的單片機(jī)特別適合；另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能“在線”修改幣種、幣值以及3個(gè)傳感器參數(shù)值，以適應(yīng)不同的地區(qū)、國(guó)家及不同的錢幣。雖然PIC16C71不具備I2C BUS，但和軟件很容易模擬I2C BUS的讀／寫時(shí)序，以完成數(shù)據(jù)的串行傳送。

二、電源

　　本系統(tǒng)的電源部分如圖3—5所示。取自電話線上的電源經(jīng)橋式整流、濾波后，由一個(gè)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓成6.4 V，對(duì)5個(gè)5#可充電電池(每個(gè)1.2 V)進(jìn)行浮充，并作為系統(tǒng)電源。平常系統(tǒng)由電話線路供電即可正常工作，當(dāng)執(zhí)行收幣及剔除偽幣的動(dòng)作時(shí)，高靈敏電磁鐵所需的較大電流(約15 mA)由可充電電池供應(yīng)。另外該6.4 V電壓再經(jīng)一個(gè)精密基準(zhǔn)電壓源TL431穩(wěn)壓到5.12 V，作為A/D轉(zhuǎn)換的參數(shù)電源vREF。PIC16C71的RA口引腳結(jié)構(gòu)方式控制位設(shè)定為PCFGl-0，PCFGO -1。

　　
　　取方式01，此時(shí)RAO、RA1、RA2引腳作模擬信號(hào)輸入，RA3作為基準(zhǔn)參數(shù)電壓VREF的輸入引腳。
　　
　　四、硬幣檢測(cè)
　　
　　對(duì)幣厚度與直徑的檢測(cè)，現(xiàn)有的多種傳感器都可供選擇。主要應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：要體積小，價(jià)格低，能進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。我們采用電容與渦流傳感器，對(duì)于幣的合金含量，可通過檢測(cè)其比重、電阻率、導(dǎo)磁率來間接測(cè)量。
　　
　　以上三個(gè)傳感器（材質(zhì)、厚度、直徑）來的信號(hào)經(jīng)放大、鑒相、精密檢波、濾波、溫度補(bǔ)償?shù)忍幚砗?，形?～5,12 V的直流電壓信號(hào)，送入PIC16C71單片機(jī)的RAO、RA1、RA2三個(gè)引腳，以進(jìn)行快速A/D轉(zhuǎn)換。
　　
　　當(dāng)上電復(fù)位時(shí)，程序從OOOOH地址開始，執(zhí)行一條跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)至O010H開始的主程序。先執(zhí)行初始化，然后由SLEEP指令進(jìn)入“睡眠”微功耗狀態(tài)，以減少耗電。當(dāng)硬幣從投幣口投入時(shí)，由于遮斷高靈敏微型紅外發(fā)射、接收對(duì)管之間的光通道，產(chǎn)生一個(gè)中斷申請(qǐng)脈沖信號(hào)。其上升沿觸發(fā)了單片機(jī)的RBO (INT)端，把單片機(jī)PIC16C71從“睡眠”中喚醒，進(jìn)入地址為0004H的中斷服務(wù)程序入口。再經(jīng)該處的一條跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)到檢測(cè)處理材質(zhì)、厚度、直徑三個(gè)傳感器信號(hào)的程序模塊中。材質(zhì)、厚度、直徑三個(gè)傳感器在硬幣滑道上是間隔順序排列的。為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)并提高檢測(cè)的速度，可采用對(duì)滾動(dòng)的硬幣進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，材質(zhì)、厚度、直徑三個(gè)傳感器的信號(hào)電壓，在硬幣通過該傳感器的滾動(dòng)過程中與時(shí)間的關(guān)系都具有如下圖所示的曲線形狀。

　　
　　當(dāng)信號(hào)電壓上升至某一門限電壓Vo時(shí)，說明硬幣已進(jìn)入該傳感器檢測(cè)范圍。這時(shí)把每次采集的數(shù)據(jù)與前次比較，取其大者按順序存入片內(nèi)RAM單元。當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)，電壓下降至某一門限電壓V2時(shí)，說明硬幣已滾離該傳感器。這時(shí)程序轉(zhuǎn)入對(duì)下一個(gè)傳感器信號(hào)的檢測(cè)。當(dāng)三個(gè)傳感器信號(hào)都檢測(cè)完畢后，程序關(guān)閉A/D，轉(zhuǎn)人數(shù)字濾波，以消除干擾毛刺脈沖的影響，得到該傳感器信號(hào)的最大值Vl。接著進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以Vl值減去該傳感器空載值V空，以消除溫度影響。三個(gè)傳感器信號(hào)都處理完畢后，程序進(jìn)入識(shí)，別模塊，快速掃描存于串行EPROM AT24C01中的各種幣參數(shù)（包括材質(zhì)、厚度、直徑）。若所測(cè)的3個(gè)參數(shù)與預(yù)存的各種幣的3個(gè)參數(shù)不符（超過其上、下限），則認(rèn)為是偽幣，PIC16C71的RB6引腳輸出一信號(hào)，驅(qū)動(dòng)高靈敏、低功耗快速電磁鐵動(dòng)作，把偽幣推出滾道。
　　
　　識(shí)別確認(rèn)后的硬幣，其幣種與幣值代碼經(jīng)奇偶處理后，由RB1引腳以串行方式傳到費(fèi)率管理上位機(jī)（例如80C31等）中，通信約定取異步方式，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖所示。對(duì)應(yīng)每個(gè)硬幣發(fā)一組數(shù)據(jù)，每組由3個(gè)數(shù)據(jù)字組成，其格式見下表。

　　
　　幣種幣值代碼表

　　
　　每組數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，程序把RB1由輸出方式轉(zhuǎn)成輸入方式，查詢等待費(fèi)率管理上位機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。上位機(jī)在接收到一組數(shù)據(jù)，經(jīng)奇偶校驗(yàn)無誤后，將在1ms之內(nèi)把數(shù)據(jù)線拉低作應(yīng)答信號(hào)。PIC16C71在收到應(yīng)答信號(hào)后，即進(jìn)入SLEEP“睡眠”狀態(tài)，等待下次投幣喚醒。如在1ms內(nèi)沒收到上位機(jī)應(yīng)答信號(hào)，則PIC16C71將再重復(fù)送一組數(shù)據(jù)。如連續(xù)3次發(fā)送后均收不到應(yīng)答信號(hào)，則程序轉(zhuǎn)入故障報(bào)警。
　　
　　當(dāng)投入硬幣達(dá)到規(guī)定值后，費(fèi)率管理上位機(jī)經(jīng)RB2發(fā)出一個(gè)信號(hào)，喚醒PIC16C71執(zhí)行收幣動(dòng)作，然后PIC16C71又進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)。
　　
　　按照上述原理。下圖給出主程序框圖及動(dòng)態(tài)檢測(cè)程序框圖。限于篇幅，程序清單略去。
　　
　　本系統(tǒng)由于充分利用了高性能的PIC16C71單片機(jī)所提供的高速指令、快速AlD轉(zhuǎn)換、微低功耗、寬工作電壓、強(qiáng)帶負(fù)載能力、抗干擾看門狗等性能與資源，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)潔，可靠性強(qiáng)，成本低，在實(shí)際應(yīng)用中獲得較滿意的效果。