簡易售貨機(jī)(可以復(fù)位操作的)

燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：簡易售貨機(jī)學(xué)院（系）：年級(jí)專業(yè)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院基層教學(xué)單位：電子實(shí)驗(yàn)中心學(xué)號(hào)學(xué)生姓名楊寶山專業(yè)（班級(jí)）生物醫(yī)學(xué)工程1班設(shè)計(jì)題目簡易售貨機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)●用數(shù)字開關(guān)設(shè)置大小在0~15內(nèi)的購物金額和付款金額●以十進(jìn)制形式顯示購物金額、付款金額和找零金額●付款金額小于購物金額時(shí)蜂鳴5秒設(shè)計(jì)要求●分別用4個(gè)撥碼開關(guān)設(shè)置購物金額和付款金額●用6個(gè)數(shù)碼管顯示購物金額、付款金額和找零金額●用蜂鳴器蜂鳴提示付款金額不足工作量●學(xué)會(huì)使用Max+PlusII軟件和實(shí)驗(yàn)箱；●獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)，編程下載、連接電路和調(diào)試；●參加答辯并書寫任務(wù)書。工作計(jì)劃了解EDA的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)使用軟件Max+PlusII，下發(fā)任務(wù)書，開始電路設(shè)計(jì)；學(xué)習(xí)使用實(shí)驗(yàn)箱，繼續(xù)電路設(shè)計(jì)；完成電路設(shè)計(jì)；編程下載、連接電路、調(diào)試和驗(yàn)收；答辯并書寫任務(wù)書。參考資料《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.閻石主編.高等教育出版社.《EDA課程設(shè)計(jì)B指導(dǎo)書》.指導(dǎo)教師簽字陳白李婷基層教學(xué)單位主任簽字李鑫濱說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。年月日目錄第1章設(shè)計(jì)說明31.1BCD數(shù)碼管十進(jìn)制數(shù)顯式實(shí)現(xiàn)模塊31.2付款金額與購物金額減法運(yùn)算模塊51.3付款金額與購物金額比較實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制模塊5第2章簡易售貨機(jī)原理圖及實(shí)現(xiàn)7第3章波形仿真驗(yàn)證83.1二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換顯示仿真圖83.2付款金額與購物金額減法運(yùn)算仿真圖83.3付款金額與購物金額比較實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制仿真圖93.4簡易購物機(jī)原理仿真圖9第4章管腳鎖定及硬件連線104.1管腳鎖定說明104.2硬件連線說明11第5章總結(jié)11參考文獻(xiàn)11第1章設(shè)計(jì)說明EDA課程設(shè)計(jì)的題目為簡易售貨機(jī)，需要實(shí)現(xiàn)的功能有：（1）用數(shù)字開關(guān)設(shè)置大小在0~15內(nèi)的購物金額和付款金額；（2）以十進(jìn)制形式顯示購物金額、付款金額和找零金額；（3）付款金額小于購物金額時(shí)蜂鳴5秒。針對(duì)題目要求,可以分別建立模塊符號(hào)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。通過設(shè)計(jì)邏輯電路實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換，可以在兩位數(shù)碼管上顯示出兩位十進(jìn)制數(shù)。因此根據(jù)真值表搭建出邏輯電路，實(shí)現(xiàn)功能一。若要實(shí)現(xiàn)余額顯示則需要將購物金額與付款金額進(jìn)行做差，設(shè)計(jì)減法器進(jìn)行減法操作，利用74238四位超前進(jìn)位加法器，將一個(gè)輸入端與另一個(gè)輸入端的補(bǔ)碼進(jìn)行相加即可實(shí)現(xiàn)減法操作。蜂鳴器的工作條件為付款金額小于購物金額，則需要比較器進(jìn)行比較兩個(gè)金額的大少，這里采用7485四位二進(jìn)制比較器采集兩金額大小信息控制蜂鳴器工作。蜂鳴器蜂鳴時(shí)間為5秒，因此需要引入計(jì)數(shù)器74160進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，從而達(dá)到蜂鳴器的時(shí)間控制。利用撥碼開關(guān)作為購物金額和付款金額的輸入端口，將上述三個(gè)模塊進(jìn)行合理的組合即可實(shí)現(xiàn)簡易售貨機(jī)。下面將分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)說明：1.1BCD數(shù)碼管十進(jìn)制數(shù)顯式實(shí)現(xiàn)模塊模塊任務(wù)：實(shí)現(xiàn)用數(shù)字開關(guān)設(shè)置大小在0~15內(nèi)的購物金額和付款金額，并且使其相應(yīng)的數(shù)碼管上以十進(jìn)制數(shù)顯示以及實(shí)現(xiàn)找零金額在相應(yīng)數(shù)碼管上顯示。根據(jù)8421BCD數(shù)碼管的特性，只需要給相應(yīng)數(shù)碼管四位二進(jìn)制數(shù)的輸入即可實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示控制。若實(shí)現(xiàn)兩位十進(jìn)制數(shù)的顯示，則需要兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)碼管。因此購物金額、付款金額以及找零金額的顯示應(yīng)各需要兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)碼管。四位二進(jìn)制數(shù)即可實(shí)現(xiàn)0~15的16個(gè)數(shù)控制，因此購物金額和付款金額只需要四個(gè)撥碼開關(guān)就能夠?qū)崿F(xiàn)金額的輸入。實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的靜態(tài)數(shù)碼管1~6為內(nèi)鎖型，因此只需要給相應(yīng)數(shù)碼管各4各二進(jìn)制輸入即可實(shí)現(xiàn)七段數(shù)碼管顯示。四位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)顯示的真值表如下表所示：數(shù)碼管顯示輸入端數(shù)碼管顯示十位端數(shù)碼管顯示個(gè)位端十進(jìn)制數(shù)DCBAX4X3X2X1Y4Y3Y2Y1十個(gè)00000000000000000100000001010010000000100200110000001103010000000100040101000001010501100000011006011100000111071000000010000810010000100109101000010000101011000100011111000001001012110100010011131110000101001411110001010115根據(jù)卡諾圖進(jìn)行化簡可以得到各個(gè)邏輯表達(dá)式如下：數(shù)碼管顯示十位端:X3=0X2=0X1=0X0=(B+C)D數(shù)碼管顯示個(gè)位端:Y3=B'C'DY2=BC+CD'Y1=BD'+B'CDY0=A根據(jù)以上邏輯表達(dá)式可以進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電路如下：圖1二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路圖圖2二—十轉(zhuǎn)換模塊圖如圖1為根據(jù)邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì)的邏輯電路，其中左側(cè)輸入端口A、B、C、D為四位二進(jìn)制輸入，右側(cè)輸出端X4、X3、X2、X1、Y4、Y3、Y2、Y1分別為數(shù)碼管的輸入端口即控制數(shù)碼管的段選情況，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管十進(jìn)制數(shù)的現(xiàn)實(shí)。為了使用方便生成圖2所示的二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換模塊。1.2付款金額與購物金額減法運(yùn)算模塊模塊任務(wù)：實(shí)現(xiàn)付款金額與購物金額進(jìn)行減法運(yùn)算，并將結(jié)果以十進(jìn)制數(shù)顯示在數(shù)碼管上。用撥碼開關(guān)進(jìn)行付款金額和購物金額的輸入為四位二進(jìn)制數(shù)，若實(shí)現(xiàn)兩者相減，則需要構(gòu)造4位的二進(jìn)制減法器。減法器是在加法器的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，原理為：將減法的減數(shù)以補(bǔ)碼形式輸入加法器即可實(shí)現(xiàn)兩數(shù)相減，表達(dá)式如下：Y3Y2Y1Y0=C3C2C1C0-D3D2D1D0=C3C2C1C0+(D3D2D選用74283超前加法器和反相器構(gòu)成4位減法器，電路原理圖如下：圖3減法器構(gòu)成電路原理圖圖4減法器模塊74283真值表如圖3所示，根據(jù)減法器構(gòu)成特點(diǎn)，采用74283超前加法器進(jìn)行運(yùn)算，其中輸入端口S1，S2，S3，S4為付款金額輸入端即為被減數(shù)，輸入端口C1、C2、C3、C4為購物金額輸入端口，其經(jīng)過反向器實(shí)現(xiàn)取反，進(jìn)位端接高電平VCC實(shí)現(xiàn)減數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)化，從而利用兩個(gè)數(shù)相加實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。輸出端口SUM4、SUM3、SUM2、SUM1即為兩數(shù)相減的輸出結(jié)果，若要實(shí)現(xiàn)結(jié)果數(shù)碼管顯示，只需將其與二—十轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行連接則可以實(shí)現(xiàn)。為方便連接總原理圖，生成如圖4所示減法器模塊。1.3付款金額與購物金額比較實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制模塊模塊任務(wù)：利用比較器將付款金額與購物金額進(jìn)行對(duì)比，若付款金額小于購物金額則，引發(fā)蜂鳴器蜂鳴。利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)蜂鳴器蜂鳴時(shí)間控制。選用7485比較器實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行比較，若付款金額小于購物金額則，引發(fā)蜂鳴器蜂鳴。利用74160計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器蜂鳴時(shí)間控制。計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK選用1HZ，則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)5次即可達(dá)到5S時(shí)間。為了使裝置可操作性，添加一個(gè)控制復(fù)位端口控制計(jì)數(shù)器工作，從而控制蜂鳴器更好的工作。則蜂鳴控制電路原理圖如下圖所示：圖5蜂蜜器控制電路原理圖圖6蜂鳴器控制模塊比較器7485輸出真值表如下表：S4,C4S3,C3S2,C2S1,C1AGBOAEBOALBOBJQKZDS4>C4XXXHLLHS4<C4XXXLLHLS4=C4S3>C3XXHLLHS4=C4S3<C3XXLLHLS4=B2S3=C3S2>C2XHLLHS4=C4S3=C3S2<C2XLLHLS4=C4S3=C3S2=C2S1>C1HLLHS4=C4S3=C3S2=C2S1<C1LLHLS4=C4S3=C3S2=C2S1=C1HLLHS4=C4S3=C3S2=C2S1=C1LLHLS4=C4S3=C3S2=C2S1=C1LHLHS4=C4S3=C3S2=C2S1=C1LHLHS4=C4S3=C3S2=C2S1=C1LLLLS4=C4S3=C3S2=C2S1=C1HLHH計(jì)數(shù)器控制蜂鳴器真值表如下表：CLKLDNCLRN

ALBOKZDENPENTDCBAQAQBQCQDFMQ升沿HLLHH00000000L升沿HHHHH0000L升沿HLHHH0000H升沿HLHHH0001H升沿HLHHH0010H升沿HLHHH0011H升沿HLHHH0100H升沿HLHHH0101L如圖5所示，輸入端口S4、S3、S2、S1、C4、C3、C2、C1分別為付款金額和購物金額的輸入端口，通過7485進(jìn)行比較，將比較器的AEB和AGB兩個(gè)端口取或作為一個(gè)輸出端口JFQKZD，用于余額顯示控制。將比較器的輸出端ALB與計(jì)數(shù)器74160的異步復(fù)位端口相接實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位控制，若付款金額小于購物金額則該端口為1，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器從0000開始計(jì)時(shí)，蜂鳴器開始工作，當(dāng)計(jì)數(shù)到1001時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，蜂鳴器停止蜂鳴。為了方便總電路原理圖連接生成圖6所示的蜂鳴器控制模塊。第2章簡易售貨機(jī)原理圖及實(shí)現(xiàn)簡易售貨機(jī)的輸入端為8個(gè)撥碼開關(guān)和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入端組成，其中四個(gè)撥碼開關(guān)作為付款金額的輸入端口，另外四個(gè)作為購物金額輸入端口。撥碼開關(guān)的輸入的狀態(tài)值分別作為二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換的輸入，然后將二—轉(zhuǎn)換的輸出與數(shù)碼管相連接，從而實(shí)現(xiàn)付款金額及購物金額的實(shí)時(shí)顯示。為了實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的工作，將撥碼開關(guān)的輸入狀態(tài)作為蜂鳴器控制模塊的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的實(shí)時(shí)控制。將撥碼開關(guān)的輸入的狀態(tài)與減法器模塊的輸入端相接，使兩個(gè)金額數(shù)相減，將建模器模塊的輸出與二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換模塊的輸入相接，為了屏蔽當(dāng)付款金額小于購物金額時(shí)減法器運(yùn)行的結(jié)果，將蜂鳴器控制模塊的端口JFQKZD分別與二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換模塊的輸出相與作為數(shù)碼管的輸入端口實(shí)現(xiàn)若付款金額小于購物金額時(shí)數(shù)碼管顯示0。按以上過程進(jìn)行連線，得到如下電路原理圖，即簡易售貨機(jī)原理圖：圖7簡易售貨機(jī)原理圖第3章波形仿真驗(yàn)證3.1二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換顯示仿真圖說明：DCBA為二進(jìn)制輸入，X4、X3、X2、X1為十進(jìn)制輸出的十位數(shù)，Y4、Y3、Y2、Y1為十進(jìn)制輸出的個(gè)位顯示。3.2付款金額與購物金額減法運(yùn)算仿真圖說明：S4、S3、S2、S1為付款金額，C4、C3、C2、C1為購物金額，SUM4、SUM3、SUM2、SUM1為付款金額與購物金額做差的結(jié)果。3.3付款金額與購物金額比較實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制仿真圖說明：S4、S3、S2、S1為付款金額，C4、C3、C2、C1為購物金額，1HZ為1HZ的頻率輸入端口，F(xiàn)MQ為蜂鳴器控制端口，JFQKZD為余額顯示控制端口，KZD為復(fù)位控制輸入。仿真給出兩組數(shù)據(jù)：一組，付款金額大于購物金額，另一組付款金額小于購物金額得到理想的仿真結(jié)果。3.4簡易購物機(jī)原理仿真圖說明：S14、S13、S12、S11為付款金額，C14、C13、C12、C11為購物金額，CLK2為1HZ的頻率輸入端口，KZD為復(fù)位控制輸入。JE8~JE1為付款金額顯示端口，BJ8~BJ1為購物金額顯示端口，ZL8~ZL1為找零金額顯示端口，F(xiàn)MQDK為蜂鳴器控制端口。第4章管腳鎖定及硬件連線4.1管腳鎖定說明1、付款金額輸入端S11、S12、S13、S14分別與內(nèi)鎖型撥碼開關(guān)引腳進(jìn)行內(nèi)鎖分別對(duì)應(yīng)PIN39、40、41、44號(hào)引腳內(nèi)鎖。2、購物金額輸入端C11、C12、C13、C14分別與內(nèi)鎖撥碼開關(guān)引腳進(jìn)行內(nèi)鎖分別對(duì)應(yīng)PIN45、46、47、53號(hào)引腳內(nèi)鎖。3、付款金額通過數(shù)碼管DS2B、DS1B進(jìn)行顯示，其中DS2B顯示十位數(shù)，DS1B顯示個(gè)位數(shù)。即JE1、JE2、JE3、JE4、JE5、JE6、JE7、JE8分別與PIN127、128、131、132、133、134、135、136號(hào)引腳進(jìn)行內(nèi)鎖。4、購物金額通過數(shù)碼管DS4B、DS3B進(jìn)行顯示，其中DS4B顯示十位數(shù)，DS3B顯示個(gè)位數(shù)。即BJ1、BJ2、BJ3、BJ4、BJ5、BJ6、BJ7、BJ8分別與PIN139、140、141、142、143、144、147、148號(hào)引腳進(jìn)行內(nèi)鎖。5、購物金額通過數(shù)碼管DS6B、DS5B進(jìn)行顯示，其中DS6B顯示十位數(shù)，DS5B顯示個(gè)位數(shù)。即ZL1、ZL2、ZL3、ZL4、ZL5、ZL6、ZL7、ZL8分別與PIN113、114、115、116、119、120、121、122號(hào)引腳進(jìn)行內(nèi)鎖。6、6個(gè)數(shù)碼管的控制位K1、K2、K3、K4、K5、K6分別與PIN94、95、96、97、100、99號(hào)引腳進(jìn)行內(nèi)鎖控制個(gè)數(shù)碼管的工作情況。7、蜂鳴器輸入端口FMQDK與PIN38引腳進(jìn)行內(nèi)鎖。8、控制復(fù)位端口KZD與PIN112引腳進(jìn)行內(nèi)鎖。9、時(shí)鐘輸入端口CLK2與PIN8引腳內(nèi)鎖。4.2硬件連線說明1、數(shù)碼管5、6位外接型數(shù)碼管，因此需要硬件連線。連線如下：在試驗(yàn)箱上的對(duì)應(yīng)分別是：3D0=PIN113，3D1=PIN114,3D2=PIN115,3D3=PIN116,3D4=PIN119,3D5=PIN120,3D6=PIN121,3D7=PIN1222、B組撥碼開關(guān)SW9與PIN12連線。3、頻率組模塊低頻組B中的CLK3與FRQ1HZ分別用短路帽短路。第5章總結(jié)EDA課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使我對(duì)EDA有了一定的了解和認(rèn)識(shí)。EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具完成數(shù)字系統(tǒng)的邏輯綜合、布局布線和設(shè)計(jì)仿真等工作。利用EDA工具可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。本次EDA課程設(shè)計(jì)的題目為簡易售貨機(jī)，需要實(shí)現(xiàn)的功能有：（1）用數(shù)字開關(guān)設(shè)置大小在0~15內(nèi)的購物金額和付款金額；（2）以十進(jìn)制形式顯示購物金額、付款金額和找零金額；（3）付款金額小于購物金額時(shí)蜂鳴5秒。前期整體思路設(shè)計(jì)，然后按功能：BCD數(shù)碼管十進(jìn)制數(shù)顯式實(shí)現(xiàn)、付款金額與購物金額減法運(yùn)算、付款金額與購物金額比較實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將三個(gè)模塊進(jìn)行拼接、仿真、改錯(cuò)等處理得到理想的設(shè)計(jì)功能電路原理圖。通過這一段時(shí)間的設(shè)計(jì)過程，使我對(duì)EDA強(qiáng)大的功能有了一定的了解，同時(shí)也加強(qiáng)了我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用能力，對(duì)我學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)有很大的幫助。另外我