一、设计背景与核心需求
在便利店、地铁站、校园等场景中，自动售货机因24小时服务、无需人工值守的优势广泛应用，传统售货机常存在操作复杂、支付反馈慢的问题。基于单片机的自动售货机仿真系统，借助单片机的按键交互与逻辑控制能力，可实现商品选择、投币识别、找零计算、出货控制等功能，契合微机原理毕设课设中“数据处理+人机交互+外设联动”的教学目标。
本系统以51系列单片机（如STC89C52RC）为核心，核心需求明确：支持3种商品售卖（如可乐、雪碧、矿泉水），每种商品标注价格（2元、3元、1元）与库存（初始10件）；通过矩阵键盘实现商品选择与投币金额输入（支持1元、5元、10元）；具备金额判断功能，投币足额后自动出货并计算找零，不足则提示；LCD1602显示商品信息、投币金额、找零金额与操作提示；库存不足时提示补货，适配Proteus仿真环境，硬件简洁、程序稳定，满足毕设课设对功能性与可靠性的考核。
二、系统总体架构设计
系统采用“交互-控制-存储-执行-显示”五层模块化架构，以STC89C52RC单片机为核心，各模块通过I/O口协同形成功能闭环。
交互层为4×4矩阵键盘（行线接P1.0-P1.3，列线接P1.4-P1.7），实现商品选择（1-3号键）、投币输入（1元/5元/10元键）、取消操作与确认键；控制层是核心，负责解析键盘指令、判断投币金额是否足额、计算找零、控制出货，通过状态标志位管理售卖流程；存储层采用单片机内部RAM，存储3种商品的价格（price[3]）与库存（stock[3]）数据；执行层包含3个出货指示灯（接P2.0-P2.2，灯亮模拟出货）与蜂鸣器（接P2.3，出货或找零时提示）；显示层为LCD1602（数据口P0，控制口P2.4-P2.6），实时展示商品信息、投币金额与操作结果。
三、核心模块设计与实现
（一）交互逻辑与售卖控制模块
交互逻辑通过矩阵键盘扫描实现：单片机逐行置低并读取列线电平，确定按键功能——商品键（1-3）按下时，记录选中商品编号与对应价格，LCD显示“Selected: Goods X Price: X Yuan”；投币键按下时，累加投币金额（如按“5元”键，金额+5），显示“Inserted: X Yuan”；确认键按下时，进入售卖判断。
售卖控制逻辑：若投币金额≥商品价格且库存＞0，计算找零（change=inserted-price），LCD显示“Change: X Yuan”，控制对应商品的出货灯亮2秒（模拟出货），蜂鸣器短鸣提示，同时库存减1；若投币不足，显示“Insufficient Money”；若库存为0，显示“Out of Stock”；取消键按下时，清空投币金额与选中商品，恢复初始状态。
（二）数据存储与显示提示模块
数据存储模块通过数组初始化商品信息：price[0]=2（可乐）、price[1]=3（雪碧）、price[2]=1（矿泉水），stock[0]=stock[1]=stock[2]=10，每次出货后stock[i]自减1，确保库存实时更新。显示模块分阶段更新内容：初始时LCD第一行显示“Vending Machine Ready”，第二行显示“Select Goods & Insert Money”；选中商品后显示商品与价格；投币时实时更新投币金额；售卖完成后显示找零与出货提示。
所有按键采用10ms软件防抖处理，检测到电平变化后延时采样，避免误触发；出货灯亮灭与蜂鸣器提示通过定时器T0控制时长，确保操作反馈清晰，提升用户体验。
四、系统调试与验证
系统仿真基于Proteus 8.15搭建，构建单片机最小系统，接入矩阵键盘、出货指示灯、蜂鸣器与LCD1602，检查接线无误后调试。
功能测试中，选择1号商品（可乐，2元），投入5元，按下确认键，系统计算找零3元，1号出货灯亮，蜂鸣器提示；投入1元选择1号商品，提示“Insufficient Money”；将1号商品库存耗至0后选择，提示“Out of Stock”；取消键可正常清空操作。稳定性测试连续模拟20次售卖流程，包含足额投币、不足投币、库存不足场景，系统无数据错乱、逻辑异常问题，按键响应及时，显示清晰。仿真结果表明，系统功能完整、逻辑严谨，符合毕设课设考核标准。
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