长沙理工大学

城南学院

课程设计（大作业）报告

课程名称：_数字电子技术基础        

设计题目：  自动售酸奶机           

院    系    水利计通系             

班    级：   通信1601              

设 计 者：      

设 计 者：     

设计时间：  2018 年   5   月  21    日

【摘要】

自动售货机是能够根据投入的钱币自动售货的机器,本设计给出了利用数字逻辑电路设计自动售货机的具体过程,并通过Multisim软件平台进行仿真调试,验证了设计的正确性。
【关键词】

售货机;逻辑电路;Multisim 随着科技的发展和社会的进步,自动化商业机械有了越来越广泛的应用。自动售货机是能够根据投入的钱币自动售货的机器,
是商业自动化的常用设备,不受时间、地点的限制,能节省人力物力,是社会发展的一种趋势。目前实现自动售货机的方法很多,大多采用PLC 、单片机、FPGA 等方式实现．虽然功能都很完善,但从节约成本方面考虑,本文提出了采用逻辑电路设计自动售货机,既经济又实用。对电子类的初学者来说,能采用数字逻辑电路来设计贴切实际生活的东西,更能激发我们的学习兴趣,并且具有一定的挑战性,能体现他们对《数字电子技术》课程相关知识的综合运用能力以及对仿真软件Multisim 的使用能力。
  本实验中利用74LS 系列数字集成电路设计出了一款售货机。其自动售酸奶机具体功能为：每次可投入1元，2元或5元的纸币，累计投入超过8元以后，输出一盒酸奶，同时找回多余8元的钱。

1： 自动售酸奶机的设计框图

它由4部分电路组成,输入电路主要识别纸币的币值；运算电路主要完成投入硬币的叠加;输出电路给出货物和找零钱的信号;控制电路根据输入信号和输出信号实现对运算电路的控制。

                图1 自动售酸奶机设计框图

2.输入电路设计

取投币信号为输入变量，以I1，I2，I3分别表示为投入1元，2元，5元钱的信号，同时以Y表示输出酸奶的信号，以Z1，Z2，Z3分别表示找回1元，2元，4元钱的信号，其原理图如图2所示。

                  图2  输入电路

3：运算电路设计

  运算电路由4位超前进位加法器74LS283和4位寄存器74LS175组成。其原理图如图3所示。

                         如图3  运算电路

运算电路功能是对每一次的输入做累加运算，所以它就是一个累加器。每当有投币信号到达时，将输入的钱数与寄存器中原有的钱数相加，并将结果放回寄存器。当寄存器中的数大于等于8时，输出电路给出输出酸奶和找钱信号。投入的硬币通过输入电路转换出的电信号模拟。一个表示投入的1元硬币，转换为加法器输入的二进制数为“001”，一个表示投入的2元硬币，转换为加法器输入的二进“010”， 一个表示投入的5元硬币，转换为加法器输入的二进制数为“101”。寄存器74LS175用来暂存叠加结果，在投币之前系统为零状态，即74LS283的Q段全部输出为0，当有投币信号时，这时74LS283的一个加数为0，74LS283实现一次加运算，投币信号产生时通过控制电路产生一个上升沿时钟信号使加的结果同时被置入74LS175寄存．若再次投币，74LS283就实现与上一次投入的硬币叠加．直到投入的硬币数为8元或超过8元时，通过控制电路产生复位信号为止．这样就完成一次售货。

3.1: 74LS283芯片

(1) 74LS42的功能是：二—十进制译码器；74LS283的功能是：四位二进制超前进位全加器。
(2) 译码器(decoder)是一类多输入多输出组合逻辑电路器件，其可以分为:变量译码和显示译码两类。变量译码器一般是一种较少输入变为较多输出的器件，常见的有n线-2^n线译码和8421BCD码译码两类;显示译码器用来将二进制数转换成对应的七段码，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。
(3) 全加器英语名称为full-adder，是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路，称为一位全加器。一位全加器可以处理低位进位，并输出本位加法进位。多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。

               图3.1 74LS283芯片

4：控制电路

控制电路主要完成运算电路中寄存器74LS175时钟信号的产生和售出货物后复位信号的产生，其设计原理图如图4所示。

                    图4  控制电路原理图

当接通电源电压以后，R 和C 1电路输出瞬时高电平经过或非门G 4输出低电平,即给出一个复位信号使运算电路中的寄存器74LS175置“0”,电路处于准备状态。当没有投币信号时,门G 1输出为高电平,通过门G 2取反,输出为低电平。当有投币信号时,即门G1有高电平脉冲加入,输出为低电平,通过门G 2取反输出高电平,G 2的输出由低电平变为高电平,从而得到一个上升沿时钟信号,使寄存器74LS175更新寄存加法器的运算结果。为了确保时钟信号到达寄存器时寄存器数据输入端D 1 D 4的状态已经稳定地建立起来，在门G 1的输出端加入一个50pF 的电容C 2构成的延迟环节。当有给出货物信号时,门G 3输出高电平,经过门G 4输出低电平给出一个复位信号给寄存器74LS175,使其输出为“0”,完成一次售货,电路再次进入售货准备状态。

5：输出电路设计

输出电路需要得到给出货物和出零钱两个信号，其原理图如图5所示。投入的钱是1元，2元和5元的，那么有三种情况：

1：当投入的钱都是1元，需投入8次，累加结果为001+001+001+001+001+001+001+001=010,即寄存器输出为010时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时不找零钱输出显示为0；

2：当投入的钱是1元和2元，需投入5次，累加结果为001+001+010+010+010=032,即寄存器输出为032时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时不找零钱输出显示为0；

3：当投入的钱都是2元，需投入4次，累加结果为010+010+010+010=040,即寄存器输出为040时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时不找零钱输出显示为0；

4：当投入的钱是1元和5元，需投入4次，累加结果为001+001+001+101=104,即寄存器输出为104时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时不找零钱输出显示为0；

5：当投入的钱是1元、2元和5元，需投入3次，累加结果为001+010+101=112,即寄存器输出为112时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时不找零钱输出显示为0；

6：当投入的钱是5元，需投入2次，累加结果为101+101=202,即寄存器输出为202时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时找零钱输出010；

7：当投入的钱是5元和2元，需投入3次，累加结果为010+010+101=121,即寄存器输出为121时，输出一个高电平，即给出货物信号，此时找零钱输出001；

                 如图5   输出电路

6:总结 

选好题目的时候，我们不知道怎么去做,因为自己对这门课的设计都不是很会，对很多器材的功能都不是很清楚，所以做得特别认真。从收集资料到设计电路再到仿真一共用了一天的时间，连接仿真电路一共用了一天多的时间才做好，调试也用了一天的时间。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了，虽然花了很多的时间，但学到了很多西。做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍，再加上查阅相关资料和询问同学，增强了自己对知识的理解，很多不是很懂的问题现在都已经一一解决了。在课程设计的过程中，我想了很多种方案，对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法，最后还是采取了最后选择的这种方法进行连接。熟悉了仿真软件的使用，培养了我对数字集成电路应用方面的综合实践技能，掌握综合运用理论知识以解决实际问题的能力。通过电路设计、安装、调试、整理资料、答辩等环节形成独立思考问题的能力，并培养了我的创新能力和自主学习的能力：如查阅资料、懂得如何根据需要选择器件等。

【参考文献】

[1]阎石．数字电子技术基础:第5版[M]．北京:高等教育出版社,2005．

[2]朱力恒．电子技术仿真实验教程[M]．北京:电子工业出版社,2003．

[3]郭仿军．数字电子技术实验课程的改革与探索[J]．

重庆文理学院学报:自然科学版