關于自動販賣機的電子課程設計

1、大連海事大學自動化專業(yè)0902班課程設計實驗報告指導老師：陸金金鄭躍進22200938142012-04-2312目 錄一、 設計課題2二、 設計思路2三、 所用器件2四、 設計原理21. 邏輯電路部分22. 計數(shù)器部分.63. 顯示部分.9五、 工作過程及仿真101. 總電路圖.102. 仿真過程.11六、 實驗總結111.問題與思考112.實驗總結.12七、 參考文獻.12一、設計課題課題名稱：關于自動販賣機的電子課程設計課題說明：題目要求設計一個自動售貨機的邏輯電路及顯示剩余量的電路。假設售貨機只能識別一元硬幣及五元紙幣，且售貨機只賣一種飲料，其價格為兩元錢。同時，題目還要求顯示找錢信息

2、。二、設計思路由題目要求可知，可以將待設計的電路分為三大塊：邏輯電路、計數(shù)電路及顯示電路。1. 邏輯電路部分利用數(shù)字電路技術中卡諾圖化簡法將問題簡化，再結合時序邏輯電路的分析方法進行設計。2. 計數(shù)電路部分可以利用兩個減法計數(shù)器級聯(lián)進行減法計數(shù)。3. 顯示部分可以利用譯碼器加數(shù)碼管的組合進行顯示。三、所用器件74ls74*2（d觸發(fā)器）、74ls32*4（兩輸入或門）、74ls02（兩輸入或非門）、sw-spst若干（開關）、74ls192*2（減法計數(shù)器）、74ls48*2（譯碼器）、數(shù)碼管兩個、時鐘脈沖發(fā)生器一個、led兩個、電阻若干。四、設計原理(1)邏輯電路由給定的邏輯功能確定電路應包

3、含的狀態(tài)，并畫出狀態(tài)表。假設投幣信號為輸入邏輯變量，投入兩元錢時（兩個一元）用a=1表示，未投入時用a=0表示。投入一張五元錢用b=1表示，未投入時b=0。給出飲料及找錢為兩個輸出變量，分別以y和z表示。給出飲料時y=1，不給出時y=0；找錢時z=1，不找錢時z=0。當然，需要假定通過傳感器產(chǎn)生的投幣信號（a或b）在電路轉(zhuǎn)入新狀態(tài)的同時隨之消失。設未投幣前電路的初始狀態(tài)為s，投入兩元錢后電路狀態(tài)為s（出飲料但是不找錢，同時輸出y=1，z=0），投入五錢后電路狀態(tài)為s（出飲料而且找錢，同時輸出y=1，z=1）。由上述假設我們可以得到電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（表1）。表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表absn0/yzs00

4、011110ss/00s/11x/xxs/10ss/10x/xxx/xxx/xxss/11x/xxx/xxx/xx因為正常工作中不會出現(xiàn)ab=11的情況，所以與之對應的s及yz均作約束處理。取觸發(fā)器的位數(shù)為n=2，以觸發(fā)器的狀態(tài)qq的00、01、10、11分別代表s、s、s、s，則從狀態(tài)轉(zhuǎn)換表即可畫出表示電路次態(tài)/輸出（qq/yz）的卡諾圖（表2）。因為正常工作時不出現(xiàn)qq=11的狀態(tài)，所以與之對應的最小項也作約束項處理。表2 電路次態(tài)/輸出卡諾圖abq1q0000111100000/0010/11xx/xx01/100101/10xx/xxxx/xxxx/xx11xx/xxxx/xxxx/x

5、xxx/xx1010/11xx/xxxx/xxxx/xx將表2的卡諾圖分解，分別畫出表示q、q、y和z的卡諾圖。（見表3-表6）表3 q的卡諾圖分析abq1q0000111100001x0010xxx11xxxx101xxx表4 q的卡諾圖分析abq1q0000111100000x1011xxx11xxxx100xxx表5 y的卡諾圖分析abq1q0000111100001x1011xxx11xxxx101xxx表6 z的卡諾圖分析abq1q0000111100001x0010xxx11xxxx101xxx這里我們選用d觸發(fā)器，則根據(jù)上表的卡諾圖可以寫出以下狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程，分別為

6、：q= q+bq= q+ay= q+a +q+bz= q+b注：當電路進入無效狀態(tài)11以后，在無輸入信號的情況下不呢不過自動返回有效循環(huán)，所以不能自啟動。當ab=10或01時，電路在時鐘信號作用下雖然返回有效循環(huán)中去，但結果錯誤。所以，在開始工作時，應將d觸發(fā)器異步置零端加入低電平信號，將電路置零（電路中r端與ab開關分別相連）。圖1 邏輯電路部分電路圖注：上圖中一元開關不參與邏輯功能。（2）計數(shù)器部分1、計數(shù)器的選取首先，為了更清楚地顯示剩余飲料數(shù)量，電路中應該使用具有減法計數(shù)功能的計數(shù)器。其次，由于使電路更接近實際，計數(shù)器需級聯(lián)。同時，計數(shù)器應具有預置功能，方便使用。綜合上述要求，本實驗選

7、用的計數(shù)器為74ls192十進制可逆計數(shù)器。2、74ls192功能說明引腳說明（見圖2）圖2 74ls192說明：上圖中，d0d3為數(shù)據(jù)輸入端，本例中接預置信號；q0q3為數(shù)據(jù)輸出端，本例中接譯碼器；up（下圖cpu）端為加法計數(shù)器脈沖信號接口；dn（下圖cpd）端為減法計數(shù)器脈沖信號接口；pl端為預置端，當pl低電平時，q0q3中數(shù)據(jù)等于d0d3中數(shù)據(jù)，實現(xiàn)預置功能；mr為清零端，高電平有效；tcu為進位端，up有效時，1001狀態(tài)后輸出負脈沖；tcd為借位端，dn有效時0000后輸出負脈沖。功能表圖3 74ls192功能表（摘自百度）級聯(lián)方法圖4 74ls192級聯(lián)計數(shù)圖說明:所謂級聯(lián)，指

8、的是兩片計數(shù)器以某種方式連接在一起，一個作為高位，一個作為低位，同時進行計數(shù)。通過兩個十進制計數(shù)器的級聯(lián)，便可實現(xiàn)100進制計數(shù)。級聯(lián)的具體方法：首先，將高位計數(shù)器的減計數(shù)脈沖（dn）端與低位計數(shù)器的借位（tcd）端相連，當?shù)臀挥嫈?shù)器輸出0000時，tcd端輸出負脈沖，使高位計數(shù)器計數(shù)，由于74ls192為同步計數(shù)器，所以低位計數(shù)器在0000之后的下個脈沖會顯示1001。其次，將兩片計數(shù)器的借位端（tcd）作為或非門的輸入，兩片計數(shù)器的清零端（mr）作為輸出，其作用是在計數(shù)結束時，使兩片計數(shù)器同時輸出0000。預置功能（見圖4）(3)顯示電路1、74ls48功能說明圖5 74ls48引腳圖說明

9、：74ls48的功能是借助數(shù)碼管將輸入的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制字符并顯示出來。上圖中，ad為二進制數(shù)輸入端；qaqg為輸出端，與數(shù)碼管相連；試燈輸入(lt)端、滅燈輸入動態(tài)滅燈輸出(bi/rbo)端及動態(tài)滅燈輸(rbi)端在正常工作時均接無效信號。2、數(shù)碼管顯示原理圖6 數(shù)碼管引腳圖（摘自百度）說明:數(shù)碼管的每一個輸入端對應一段內(nèi)部的led（公共端除外），通過輸入端的高低電平（共陽極為低電平，共陰極為高電平）使每段led亮滅不同，從而顯示不同的字符。表7 數(shù)碼管字符對應表輸入有效abcdefbcabgedabgcdfgbcafgcdfedcgabcabcdefgabcdfg顯示字符0123456

10、789五、工作過程及仿真1、總電路圖（見下頁)2、仿真過程設置預置值：通過與計數(shù)器預置端相連的開關進行設置，開關位置由上到下對應位數(shù)由高到低，高電平為1，低電平為0。打開仿真按鈕，閉合兩個計數(shù)器預置端開關再斷開，使數(shù)碼管顯示預置值。閉合對應一元的按鈕再斷開，左上角led亮，代表投幣不夠；閉合對應兩元按鈕再斷開，計數(shù)器計數(shù)，代表出飲料；閉合對應五元開關再斷開，計數(shù)器計數(shù)且下方led滅，代表出飲料而且找錢。注：上述輸入開關每次均只能有一個有效，否則在現(xiàn)實中不能發(fā)生。六、實驗總結1.問題及思考計數(shù)器不能預置的問題：計數(shù)器接線沒錯，預置端輸入低電平后不能預置。答：74ls192為同步預置計數(shù)器，在預置時時鐘脈沖（dn或up）必須接高電平才可實現(xiàn)預置。邏輯電路中為什么接入d觸發(fā)器？答：邏輯電路中接入d觸發(fā)器起到起到所存狀態(tài)的作用，同時，時鐘信號給邏輯電路以激勵源，否則電路無法工作。邏輯電路中