基于51单片机的双机串口通信排队叫号系统（LCD显示）设计
1 开发环境
仿真图:proteus8.9以上
程序代码:KEIL4/KEIL5
原理图:AD
设计编号：A0006
视频讲解
基于51单片机的双机串口通信排队叫号系统（LCD显示）设计
2 功能说明介绍
结合实际情况，基于51单片机设计一个排队叫号系统设计。该系统应满足的功能要求为：
由51单片机、按键模块、LCD1602液晶屏、蜂鸣器呼叫模块构成
具体功能：
1、主机通过按键完成叫号，LCD1602液晶显示屏显示被叫的号码及服务的柜台号；同时，蜂鸣器响，以提醒顾客接收服务；
2、从机按下按键实现取号，并通过串行通信方式实现排队取号功能；
3、从机还可以实时显示自己的排队号及及当前正在等待的人数。
3 仿真图
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS16位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器，期间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用16位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个1 6位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
本系统中央控制器采用的单片机AT89C51，复位电路采用上电复位电路。外接的晶振为12MHz晶振。
当前仿真情况为：取号机取了三个号，叫号器的柜台2叫第一个号。叫号过程有蜂鸣器提示。
4 程序
工程文件使用Keil4/keil5打开。
代码分为取号机代码和叫号机代码，分别编译产生hex加载到对应的单片机中。
代码
叫号机主函数
#include <reg51.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit RS=P2^0; //1:数据输入,0:指令输入
sbit RW=P2^1; //1: 读出,0:写入
sbit E=P2^2; //1:有效,0:无效
sbit key0=P1^0;
sbit key1=P1^1;
sbit key2=P1^2;
sbit key3=P1^3;
sbit key4=P1^4;
sbit key5=P1^5;
sbit key6=P1^6;
sbit key7=P1^7;
sbit BEEP=P2^6;
uint sev=0;
uint sev1=0;
uint sev2=0;
uint sev3=0;
uint sev4=0;
uint m=0,i=0;
uint jhao=1,qhao=0,dhao=0; //排队叫号 //窗口消的号码
uint jz=0;
uchar data test[]="Hello!"; //初始显示的字符
uchar data prompt2[]="No.00 come to No"; //1062第一行显示的字符
uchar data prompt3[]="0.window,Please!"; //1062第二行显示的字符
uchar data prompt8[]="00 is left";
uchar data prompt9[]="All is 00";
uchar data prompt10[]="W1 - 00";
uchar data prompt11[]="W2 - 00";
uchar data prompt12[]="W3 - 00";
uchar data prompt13[]="W4 - 00";
void intCon()
{
EA=0; //关总中断
SCON=0x50; //0101 0000,SM0 SM1=01表示选择工作方式1；SM2 REN=01表示串行口多机通讯控制位，串行口允许接收（从外部接收数据）
PCON=0X00; //电源控制寄存器 最高位为SMOD，为0，表示波特率不加倍，为1，表示波特率加倍
TMOD=0x20; //0010 0000,GATE=0,以运行控制位TR启动定时器；采用定时1工作方式2
TH1=0xfd; //波特率9600=2^smod*（11.05926*10^6）/(32*12*(2^8-X))
TL1=0xfd;
TR1=1; //计数器工作
}
//
void delay(int n) //延时子程序
{
int k,j;
for(k=0;k<=n;k++)
for(j=0;j<=10;j++);
}
void delay1s(int n) //延时子程序
{
int k,j;
for(k=0;k<=n;k++)
for(j=0;j<=120;j++);
}
void SPEAKER(uint x) //蜂鸣器程序
{
for(i=0;i<=200;i++)
{
delay(x);
BEEP=~BEEP;
}
BEEP=1; }
/**************LCD程序**********/
void delay1ms(unsigned int ms) //延时的时间
{
uint k,j;
for(k=0;k<ms;k++)
for(j=0;j<100;j++);
}
void LCD_w_com(unsigned com) // 写入指令
{
RW=0;
RS=0;
E=1;
P0=com;
delay1ms(40);
E=0;
RW=1;
}
void LCD_w_dat(uchar dat) // 写入数据
{
RW=0;
RS=1;
E=1;
P0=dat;
delay1ms(40);
E=0;
RW=1;
}
void gotoxy(unsigned x,unsigned y) {
if(x==1)
LCD_w_com(0x80+y);
else
LCD_w_com(0xC0+y);
}
void clear_LCD(void)
{
LCD_w_com(0x01); //清屏指令
LCD_w_com(0x02); // 光标归位
}
void init_LCD(void) // 初始化LCD
{
LCD_w_com(0x38); // LCD为两行显示
LCD_w_com(0x0c); // 显示字符 关闭光标
LCD_w_com(0x06); // 输入方式设置
gotoxy(1,0);
for(i=0;i<=5;i++)
{
LCD_w_dat(test[i]);
}
}
/*********叫号机 按一次一号键变量+1最大为10*************/
void key()
{
if(qhao>jhao)
{
SPEAKER(11);
delay(200);
SPEAKER(15);
clear_LCD();
sev++;
prompt2[3]=(jhao+1)/10+'0';
prompt2[4]=(jhao+1)%10+'0';
prompt3[0]=jz+'0';
gotoxy(1,0);
for(m=0;m<=15;m++)
{
LCD_w_dat(prompt2[m]);
}
gotoxy(2,0);
for(m=0;m<=15;m++)
{
LCD_w_dat(prompt3[m]);
}
jhao++;
}
}
void k5()
{
clear_LCD();
dhao=qhao-jhao;
prompt8[0]=dhao/10+'0';
prompt8[1]=dhao%10+'0';
gotoxy(1,0);
for(m=0;m<=9;m++)
{
LCD_w_dat(prompt8[m]);
}
}
void k6()
{
clear_LCD();
prompt9[7]=(sev)/10+'0';
prompt9[8]=(sev)%10+'0';
gotoxy(1,0);
for(m=0;m<=8;m++)
{
LCD_w_dat(prompt9[m]);
}
}
void k7()
{
clear_LCD();
prompt10[5]=sev1/10+'0';
prompt10[6]=sev1%10+'0';
prompt11[5]=sev2/10+'0';
prompt11[6]=sev2%10+'0';
prompt12[5]=sev3/10+'0';
prompt12[6]=sev3%10+'0';
prompt13[5]=sev4/10+'0';
prompt13[6]=sev4%10+'0';
gotoxy(1,0);
for(m=0;m<=6;m++)
{
LCD_w_dat(prompt10[m]);
}
gotoxy(1,8);
for(m=0;m<=6;m++)
{
LCD_w_dat(prompt11[m]);
}
gotoxy(2,0);
for(m=0;m<=6;m++)
{
LCD_w_dat(prompt12[m]);
}
gotoxy(2,8);
for(m=0;m<=6;m++)
{
LCD_w_dat(prompt13[m]);
}
}
//矩阵键盘扫描函数
void matrixkeyscan()
{
unsigned char temp;
P1=0xff; //先向P1 口写1；端口读状态
P1=0xf0; //列送di电平，行送gao电平
temp=P1;
if(temp!=0xf0)//判断是否有键按下，若有键按下则temp不等于0xf0
{
delay(10); // 防抖动
if(temp!=0xf0)
{
P1=0xef; //扫描第一行
temp=P1;
switch(temp)
{
case(0xe7):{
jz=1;sev1++; key();} ;break; //第一行第一列
case(0xeb):{
jz=2;sev2++; key();} ;break; //第一行第二列
case(0xed):{
jz=3;sev3++; key();} ;break; //第一行第三列
case(0xee):{
jz=4;sev4++; key();} ;break; //第一行第四列
}
P1=0xdf;
temp=P1;
switch(temp) //扫描第二行
{
case(0xd7):k5();break; //第二行第一列
case(0xdb):k6();break; //第二行第二列
case(0xdd):k7();break; //第二行第三列
}
}
}
}
void main()
{
//intCon();
clear_LCD();
init_LCD();
jhao=0;
while(1) //一直执行
{
matrixkeyscan();
SBUF=jhao; //叫号送发送存储器
while(!TI); //若一帧数据发送完毕,则TI=1，在将 TI置为0，让其处于接收状态
TI=0;
if(RI) //若接收完一帧数据，则RI=1
{
RI=0; //将RI置0，让其处于接收状态
qhao=SBUF;//取号数从接收存储器中取得
}
}
}
叫号机主程序流程图如下图所示。
取号机部分代码：
unsigned long qhao=1,dhao=1,jhao=0; //分别为取到的人数，等待的人数 叫到的人数
void intCon()
{
EA=0; //关总中断
SCON=0x50; //0101 0000,SM0 SM1=01表示选择工作方式1；SM2 REN=01表示串行口多机通讯控制位，串行口允许接收（从外部接收数据）
PCON=0X00; //电源控制寄存器 最高位为SMOD，为0，表示波特率不加倍，为1，表示波特率加倍
TMOD=0x20; //0010 0000,GATE=0,以运行控制位TR启动定时器；采用定时1工作方式2
TH1=0xfd; //波特率为9600bit/s
TL1=0xfd;
TR1=1; //计数器工作
}
void delay(int n) //延时程序
{
int k,j;
for(k=0;k<=n;k++)
for(j=0;j<=10;j++);
}
void delay1s(int n) //延时程序
{
int k,j;
for(k=0;k<=n;k++)
for(j=0;j<=120;j++);
}
/**************LCD程序**********/
void delay1ms(unsigned int ms) //延时的时间
{
uint k,j;
for(k=0;k<ms;k++)
for(j=0;j<100;j++);
}
void LCD_w_com(unsigned com) // 写入指令
{
RW=0;
RS=0;
E=1;
P0=com;
delay1ms(40);
E=0;
RW=1;
}
void LCD_w_dat(uchar dat) // 写入数据
{
RW=0;
RS=1;
E=1;
P0=dat;
delay1ms(40);
E=0;
RW=1;
}
void gotoxy(unsigned x,unsigned y) {
if(x==1)
LCD_w_com(0x80+y);
else
LCD_w_com(0xC0+y);
}
void clear_LCD(void)
{
LCD_w_com(0x01); //清屏指令
LCD_w_com(0x02); // 光标归位
}
void init_LCD(void) // 初始化LCD
{
LCD_w_com(0x38); // LCD为两行显示
LCD_w_com(0x0c); // 显示字符 关闭光标
LCD_w_com(0x06); // 输入方式设置
gotoxy(1,0);
for(i=0;i<=7;i++)
{
LCD_w_dat(test[i]);
}
}
// 判断取号键被按下
void panduan_01()
{
if(K1==0)
{ delay(10); //防抖
if(K1==0)
{
if(qhao>99)
{
EA=0;
delay1s(5000);
clear_LCD();
gotoxy(1,2);
for(m=0;m<=11;m++)
{
LCD_w_dat(prompt4[m]);
}
gotoxy(2,0);
for(m=0;m<=15;m++)
{
LCD_w_dat(prompt5[m]); //提示队列已满
}
}
else
{
clear_LCD();
prompt1[11]=(qhao)/10+'0';
prompt1[12]=(qhao)%10+'0';
qhao++;
gotoxy(1,0);
for(m=0;m<=13;m++)
{
LCD_w_dat(prompt1[m]); //"Your No.is 00!";
}
}
dhao=qhao-jhao; //等待的人数=人数-叫的人
prompt8[0]=(dhao-1)/10+'0';
prompt8[1]=(dhao-1)%10+'0';
gotoxy(2,0);
for(m=0;m<=9;m++)
{
LCD_w_dat(prompt8[m]);
}
}
}
while(K1==0);
}
//判断等待的人数键被按下 ，按下显示等待的人数，松开后显示取到的号码
void panduan_02()
{
if(K2==0)
{ delay(10); //防抖
if(K2==0)
{
dhao=qhao-jhao; //等待的人数=人数-叫的人
clear_LCD();
prompt8[0]=dhao/10+'0';
prompt8[1]=dhao%10+'0';
gotoxy(2,0);
for(m=0;m<=9;m++)
{
LCD_w_dat(prompt8[m]);
}
}
}
}
void main(void)
{
clear_LCD();
init_LCD();
intCon();
jhao=0;
while(1)
{
if(K1==0)
panduan_01();
SBUF=qhao; //取号送发送存储器
while(!TI); //若一帧数据发送完毕,则TI=1，在将 TI置为0，让其处于接收状态
TI=0;
if(RI) //若接收完一帧数据，则RI=1
{
RI=0; //将RI置0，让其处于接收状态
jhao=SBUF; //叫号数从接收存储器中取得
}
if(K2==0)
panduan_02();
}
}
取号机取号程序流程：
5 原理图
原理图由AD绘制，原理图和仿真图有出入，原理图需要电源，电源开关模块。此设计资料详细，硬件手册资料图片详细，不对硬件调试负责，做实物需要一定的基本功。主控芯片可以换为STC89C51/STC89C52
如图3.1是本系统的硬件设计方案，具体地，主机及从机硬件电路由以下模块构成：
（1）单片机最小系统。用于驱动和控制其他模块，以实现整体功能，其以AT89C51单片机为核心芯片，并辅以复位电路和晶振电路。
（2）按键模块。主机按键由四个矩阵按键构成，代表不同的柜台；从机按键由一个按键构成，用于顾客取号；
（3）显示模块。主机通过LCD1602液晶显示屏显示被叫的号码及服务的柜台号； 从机通过LCD1602液晶显示屏显示自己的排队号；
（4）蜂鸣器模块。用以提醒顾客接收服务；
 |
（5）电源模块。用于整个系统的供电。
6 视频讲解
代码讲解+仿真讲解+仿真演示+原理图讲解
7 设计报告
排队论（又称随机服务系统）是研究系统由于随机因素的干扰而出现排队（或拥塞）现象的规律的一门学科，它适用于一切服务系统，包括公共服务系统、通信系统、计算机系统等。可以说，凡是出现拥塞现象的系统，都属于随机服务系统。一个对象通过拥塞系统接受服务必须经过三个环节，即到达、排队等候处理、接受服务和离去。例如在医院中，排队流程如下：患者在挂号的同时领取排队号码，然后到候诊区候诊；当为前一患者完成诊断后，医生通过本系统呼叫队列中下一位患者，患者就可直接到空闲诊室行排队等候服务。
另一个方面，伴随着服务行业业务量不断增长，业务种类日益增多，排队等候已成为人们经常面临的实际问题。在银行，医院，电信，税务，工商等营业大厅里，前拥后挤，杂乱无章的排队等候，已是司空见惯的现象，影响了服务质量。因此，改善服务质量，树立良好的企业形象，解决客户劳累的排队现象，创造人性化服务环境已成为急需解决的问题。设计一套排队抽号的服务系统，可以很好的解决因排队引起的种种问题。
本系统通过AT89C51单片机直接扩展独立键盘，完成排队取号流程，单片机控制LCD1602显示排队等待情况，控制蜂鸣器发声完成叫号功能。该系统有良好的人机交互界面，模拟排队管理，科学地处理各种排队情况，操作简便，控制灵活，显示清晰，制作成本低，性价比较高。
7.1 设计目的
（1）巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；
（2）培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；
（3）学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法；
（4）掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法；
（5） 能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果，能用计算机绘制电路图、仿真图和流程图。
7.2 设计要求及内容
（1）主机通过按键完成叫号，LCD1602液晶显示屏显示被叫的号码及服务的柜台号；同时，蜂鸣器响，以提醒顾客接收服务；
（2）从机按下按键实现取号，并通过串行通信方式实现排队取号功能；
（3）从机还可以实时显示自己的排队号。
7.3 本文结构安排
本文围绕着基于51单片机的排队叫号系统展开设计，以排队叫号需求为出发点，首先明确了研究背景与意义，介绍了设计目的，并论述了设计要求及设计内容，接下来的几章将具体展开相关设计与研究：
第二章介绍系统总体方案及相关理论知识，重点阐述了系统功能需求和系统方案论证，接着简要介绍了系统硬件及软件基本知识。
第三章重点展开硬件系统设计，首先明确主机及从机硬件电路设计的思路及框架。接着依次介绍了：单片机最小系统、按键电路、LCD1602显示电路、蜂鸣器提醒电路、电源电路等。通过对以上重点电路的介绍，强化了硬件电路设计的细节和重点。
第四章展开软件系统设计，通过对软件设计进行需求分析，明确软件设计的目的与需求，进一步通过程序流程图展示设计思路及框架。接着依次介绍了主函数流程、从机取号流程、主机叫号程序流程、蜂鸣器提醒流程。
第五章介绍仿真实现步骤，特别是仿真电路实现的流程和仿真测试，完美实现了设计需求及目标。
第六章总结全文，总结本文所做的工作及贡献，并根据存在的问题展望此课题今后的研究方向。
资料清单下载链接
见文章视频
