基于数字电路的简易自动售货机设计.doc

1、 目录一. 概述3二.任务要求 4三.系统框图 4四.电路设计 5 4.1直流电稳压电路 5 4.2投币模块电路 6 4.3显示模块电路 7 4.4比较投币大小模块 7 4.5选择商品模块 8 4.6显示所选商品模块 9 4.7减法电路模块10五.性能测试11六.结论 14七.性价比15八.课设体会及合理化建议15附录16 附录一 系统总图16 附录二 元件清单17参考文献18一、概述自动售货机（Vending Machine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业

2、的微型超市。从西欧、北美、日本和韩国等地区和国家的情况来看，自动售货机在人们日常生活中扮演越来越重要的角色。1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。到了20世纪80年代，自动售货机在美国和日本被广泛使用，后逐渐散布世界各地，主要是发达国家。其产品特点是科技含量高；24h服务，售货便利；无需专人盯守，省人工，省成本；售货范围广泛；此外还是一种新颖独特的广告媒体。目前，随着移动商务的发展，自动售货机作为一种方便、直观的移动商务工具，开始在全球各地迅速普及和发展。2国内外自动售货机的市场发展现状在中国，自动售货机将成为一个潜在的巨大产业，继百货商店、超市之后掀起第三次零售业革命，其前景

3、非常广阔。售卖的商品可根据摆放场所的需要量身定制，包括冷热饮料、零食、电话卡及国外进口的特色商品等。并且，透过这种智能售货系统，存货、销售、物流信息可以准确、及时地反馈给客户和管理人员。此外，还支持多种交易支付模式，同时方便实现较大金额的支付和交易结算。在2004年，通过手机购物的无线自动售货机在国内开始出现，天津南开戈德公司已研制此种类型的自动售货机。这种新一代自动售货机除了更方便售卖货品之外，还被视为一种传播广泛的广告媒介。在国外，自动售货机发展相对成熟。日本的自动售货业已经有2000多种机型、6000多种商品。在美国，运营商就多达10800家，并且具有与大饮料商、大食品商的合作经验。在日

4、本，由于其无所不在，24h供应，自动售货机很受特别忙碌的人欢迎。3自动售货机的技术研究现状在自动售货机相关的所有研究领域中，全球对其关键技术的研究主要集中在以下3个方面：a系统内部销售动作实现方式的研究；b资金结算及销售信息统计管理的实现方式研究；c功耗节省模式的研究。根据相关文献资料，系统内部销售动作实现方式的研究已基本成熟，研究最多的主要集中在资金结算及销售信息统计管理的实现方式本次课程设计通过模拟电路和数字电路的知识设计的简易自动售货机，充分体现了21世纪自动化技术应用在生活中的实例。同时也考验了我们作为自动化类专业掌握的基本电子学常识。二、任务要求（1）设计一个自动售货机，此机能出售1

5、元、2元、5元、10元的四种商品。出售哪种商品可有顾客按动相应的一个按键即可，并同时用数码管显示出此商品的价格。（2）顾客投入硬币的钱数也是有1元、5元、10元四种，但每次只能投入其中的一种硬币，此操作通过按动相应的一个按键来模拟，并同时用数码管将投币额显示出来。 （3）顾客投币后，可以显示能够买到的产品，按选择键，送出的货物用相应不同的指示灯显示来模拟，同时多余的钱应找回，找回的钱数用数码管显示出来。 （4）用数码管显示产品的价格。 (5) 由于时间关系，所有功能仅用pretous仿真。 三、系统框图电路从两部分输入，第一部分通过开关闭合模拟投币，投币后进入计数器74161和二进制全加器74

6、LS283进行累加，通过数码管显示投币总值。再通过数值比较器7485比较可以购买的不同价格的货物类型。另一部分通过开关闭合模拟选择货物，选择货物后通过编码器用数码管显示货物价格，最后将投币总值和货物价格一起通过减法器，做差值后显示，其值为找零钱数，用数码管显示。电路框框图如图2所示投币计数器数码管显示比较器比较价格并显示选择商品编码器编码并用数码管显示减 法 器 找零并显示加法器图1系统框图四、电路设计1.直流稳压电源电路工作原理：变压器是这一电源电路起始部分，将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压，就可以进行下一阶段的整流部分。一般规定v1为变压器的高压侧，v2为变压器的低压侧，v

7、1侧的线圈要比v2侧的线圈要多，这样就可以将220V的电网电压降.双相桥式整流电路，就是将交流电网电压转换为所需电压，整流电路由四只整流二极管组成。下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原理，为简便起见，这里所选的二极管都是理想的二极管，二极管正向导通时电阻为零，反向导通时电阻无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，经过二极管D1，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D4正向导通，D2、D3反向截止，产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性正好相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，经过二极管D2，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向导

8、通。桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，利用四个二极管，是它们交替导通，从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压.电容两端电压升高时，电容充电，电压降低时，电容放电，让电压降低时的坡度变得平缓，从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大，能比其它种类的电容大几十到数百倍，并且其额定的容量可以做到非常大，价格比其它种类相比具有相当大的优势，因为其组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。电解电容并联二极管，有效防止了电压反相。图2 直流稳压电源的设计2.投币模块在设计电路的时候省略的了5元与10元投币时有多次投币的过程，只用开关控制。而在设计1元投币的时候考虑到有

9、可能通过多次投入1元来购买商品的过程，故在1元控制开关后加上74161同步四位计数器，开关上端接VCC高电平，未投币时候开关在下端，是低电平，每当开关从高电平回到低电平时，给74161输入一个置0信号，使芯片记住一次输入，记为1，所以可以多次计数，直到16为止，完全满足了该自动售货机的商业需求。之后将74161的输出与模拟5元和10元的电路一起接到四位超前进制加法器74LS283上，由于串行进位加法器的速度受到进位信号的限制，人们又设计了一种多位数超前进位加法逻辑电路，使每位的进位只由加数和被加数决定，而与低位的进位无关，各位的进位信号都只与两个加数有关，它们是可以并行产生的将所有模拟投币的数

10、值相加，从而得到投币总值。如图3所示 图3 投币模块3.显示模块电路本设计采用四段数码管显示各个商品价值，投币总值，已选择商品价格以及找零数目。显示的数码管有四个接口。显示模块用来显示计时模块输出的即时计时和中途计时结果。是由七段数码管构成计时模块输出计时信号通过译码器译码由数码管显示出来。如图4所示 图4 显示模块四段数码管 4. 显示商品价格及比较投币大小模块我们知道，显示商品价格只需要在需要显示的二进制数位的输入端接入高电平即可。在比较电路方面，采用7485数值比较器，可以比较两组四位二进制数。将加法器74LS283的输出接到7485的输入A0 A1 A2 A3端，用VCC高电平接入B0

11、 B1 B2 B3端口作为被比较的数值，同时在B端接数码管，显示被比较的数值。实际上，该被比较的数值就是商品的价格，从而一举两得，既显示了商品价格，又比较了投币总值与商品的大小。当A端输入大于B端时，输出端出现高电平，将其与LED灯相连。由此实现了，当投币总值大于或等于商品价格的时候，LED灯亮，从而模拟了投币之后显示可购买的商品。具体电路如图5所示图5比较投币总值与商品价格5.选择商品模块本设计通过开关闭合来选择商品，闭合开关后，商品对应的LED灯电路接通，LED灯后采用200欧姆的电阻将电路电流调整到LED的工作电流5mA。LED灯亮，并且电路作为高电平输入到编码器接口，为显示商品价格作准

12、备，截取4种1元商品的选择，其他还有2种1元商品，2种2元商品，2种5元商品，2种10元商品，共8种商品，8个开关。用或非门和与门将代表同样价格的2个开关连在一起，从而当有一种商品被选择的时候，电路就会接通，产生一个高电平到接下来要提到的编码器。如图6所示图6 模拟选择商品模块6.显示所选商品价格在上个单元讲到模拟选择商品之后高电平接入编码器，本设计采用74148 8-3线优先编码器.74148是一八线-三线优先编码器，该编码器由8个信号输入端，3个二进制输出端，输入输出均为低电平有效。EI为输入使能端，低电平有效，当EI为低电平时，编码器处于工作状态；EO为输出使能端，只有在EI=0，且所有

13、输入都为1时，输出为0；GS表征编码器的工作状态，当且仅当EI为低电平，且输入至少有一各为有效电平时，GS才有效。因此，可根据EI、EO、GS功能扩展端的特点，对电路进行相应控制通过编码将开关的开关与闭合编译成数码，通过数码管显示，如图7所示图7 显示所选商品价格7.减法器电路显示找零数目在设计减法时，要巧妙的运用74LS283加法器。由于该加法器是四位的，所以最大可计算16以内的加法，超过16的则会重新计数。通过将商品价格的输出电平用异或门电路转换成其对应的反码，再用投币总值加上这个反码，在舍弃进位的条件下，就可以表示相对应的减法，即用投币总值减掉商品价格，从而得到了找零钱数。电路执行减法运

14、算，异或门的输出是输出的反码最后将俩输入的16位的数据相加或相减得出结果，在做减法运算时候要注意， 当ab时，对其输出结果CO要注意，CO=1略去，当ab时，对其输出结果CO=0，表示 有错位，也就是说输出的结果为负数。这里用的是四位加法器，相加时每一位是带进位想加的，因而必须使用全加器， 只要依次将低位全加器的进位输出端CO接到高位的全加器的进位输入端CI， 就可以构成多位加法器了。 开始时候考虑选用的事741LS183不过这种加法器运算速度慢，在最不利的情况下， 做依次加法运算需要经过几个全加器的传输延迟时间（从输入加数到输出状态稳定建立起 来所需的时间）才能得到稳定可靠的运算结果。 加减

15、运算电路主要由加法运算电路和减法运算电路这两个功能电路组成。所以我对这两种电路进行分析和比较，以求用最简单的方式来达到我设计的目标。查阅了教材上资料后，一般构成加法运算电路主要由集成4位超前进位加法器74LS283 实现。这个芯片可以进行两个4位2进制数的全加，符合我此次课程设计的要求，所以就采用它来完成我的电路功能。 为了提高运算速度，必须设计减小由于进位信号逐级传递所消耗的时间，那么就选 择了74LS283通过逻辑电路事先得出每位全加器的进位输入信号， 而无需再从最低位开始向高位逐位传递信号了，这就有效提高了速度。如图8所示图8 减法电路显示找零数目五、性能的测试1.直流稳压电源的测试开始

16、仿真，用电压表测量如图9所示 图9 直流稳压电源测试2.模拟投币测试首先需要测试投币一元时可以连续投入的情况，因为购买的时候经常可能出现身上只有一元硬币的情况。所以实现该功能非常重要，能让消费者将身上的零钱都花出去。而且因为有了一元钱的连续投入，可以实现，投入6元，7元，8元，9元以及11元，12元，13元，14元的投币方式。与投币5元和投币10元合理的结合在一起。实现了1元到15元的所有投入类型。如图10、11、12所示图10 投入一元图12 连续投入两次一元图13 连续投入三次一元接下来测试五元投币的输入情况，闭合模拟五元输入的开关。如图13所示 图13 模拟5元输入3.显示所选商品价格测

17、试通过闭合开关模拟选择商品，并用数码管显示价格。测试分别输入4元和5元的结果，如图14所示图144.投入钱币后显示可以购买的商品的测试图15六、结论该设计完成了所有课程设计的要求，收取货款，显示商品种类，选择商品，显示货款以及找零数目。可出售一元至五元商品各四种，合计共8种商品，可以收取1元、5元、10元货币，完全符合自动机快捷，方便的设计思想。七、性价比 该电路设计思路清晰，电路图连接简洁明了，导线没有纠缠在一起，方便阅读。整体来看，显示商品价格与选择商品模块处于同列，逼真的模拟了显示情况中的自动售货机购买商品时的情景，在阅读电路图时更加有趣味性。更加合理的完善了自动售货机的功能。将更多的数

18、字运算交给芯片，简化了人脑的劳动，同时，这也是最接近于题目要求的设计。八、课设体会及合理化建议通过本次电子技术基础的课程设计，我更加了解了数字电路作为现代自动化技术基础课程的重要性，好比数学是解决工科问题的手段，数字电路就是我们自动化类专业的基石。刚开始的时候确实是一点思路都没有，也着实怪自己学业不精，在许多基础问题上碰壁，后来根据书上例子做了一个比较复杂的电路，最终还是有错误仿真不出结果，在老师规定的时间内没有完成预定的内容，我觉得非常惭愧。但是老师对我给予激励，我明白老师对我的期望，没有过不去的坎，我下定决心从书本看起，认真研究书本内容，阅读了老师提供给我们的参考文献，渐渐地，我对这门课程

19、有了更深入的认识。逐渐了解了更多芯片的作用，所以我完全舍弃了之前用的自己仅仅知道的那么几个芯片做的电路，采用了更多的比较器，以及才意识到的编码器，逐渐明白了数字电路为什么作为一门大三才学习的学科基础课。它确实十分重要，用我们以前没有接触过的二进制合理的解释了各种电路状态以及中小型组合电路的设计方法。通过了解二进制数码在本次设计的简易自动售货机中的重要作用，我明白了，为什么二进制在书写时虽然会占位非常多，却还是实现电路功能的主要手段。它的0、1表示有无也很大程度上准确的表示了电学中的电路状态。同时也更加了解了各个芯片和门电路的使用，为以后在专业上的深度学习和研究打下了深厚的基础。在此我也要特别感谢王老师，感谢您严厉的批评了我，让我意识到自己的怠慢，同时也感谢您给了我新的机会，让我更加爱上了这门课程。 附录I 总电路图附录II系统清单参考文献1康华光主编 . 数字电路设计基础第五版 . M北京：高等教育出版社，20062艾永乐、付子义主编者 . 模拟电子技术基础. M北京：中国电力出版社，20083康华光. 电子技术基础模拟部分第五版.M北京：高等教育出版社，200617