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自动售货机的课程设计


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自动售货机课程设计

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自动售货机课程设计





自动售货机是台机电一体化的自动化装置,再接收到货币已输入的前提下,靠触 摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作,将货物输出。 当顾客按下需要买的商品所对应的按键时,数码管上显示出该商品的的价格,然后顾 客需要将货币投入投币口,数码管上显示出所投币额。当按下确认键,则自动售货机 将对投入的货币与商品的价格进行比较。如果投入的币额足够时,则自动送出商品, 并且把多余的钱找回,在数码管上显示出来。如果两者币的相等,则直接送出商品。 如果投入的币额不足时则报警,报警时间 3 秒。当顾客一旦按下确认键 3 秒后,自动 售货机将自动恢复到初始状态,此时顾客才可以进行下一次购货操作。售货机还具有 工伤假使用累加货币的功能,累加的货币在数码管上显示出,此累加器只能有商家可 以控制清零。 次售货机还有商家控制的整体复位功能。 该售货机使用方便, 结构简单, 灵活通用等优点, 因此在销售业, 食品产业得到广泛的应用。 本文设计的自动售货机, 主要应用到 BCD 码编码器 74HC147、加法器 74HC283、寄存器 74HC374、74HC4511 七段码限制显示译码器、供阳极七段码显示器,555 定时器等芯片,通过建立电路图、 反馈连接组成一个自动售货机模型。该售货机可以实现显示商品价格和投入货币的币 额、比较两者的大小、相减、输出商品、延时 3 秒电路等各个作业环节。

关键字:自动售货机、商品价格,投币币额、加法寄存电路、比较电路、减法电 路、数码显示、控制清零

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目 录
第 1 章 绪论 .................................................................................................................. 1
1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 自动售货机的设计概论 .......................................................................................... 1 自动售货机的研究意义 .......................................................................................... 1 自动售货机的发展历史 .......................................................................................... 1

第 2 章 自动售货机原理电路分析 .............................................................................. 2
自动售货机设计要求 .............................................................................................. 2 自动售货机的设计原理 .......................................................................................... 2 自动售货机元器件选择 .......................................................................................... 2 自动售货机元器件选择电路设计各部分组成及其工作原理 ............................... 4 2.4.1 商品选择价格显示电路................................................................................... 4 2.4.2 投入货币累加显示电路................................................................................... 5 2.4.3 比较相减输出商品电路................................................................................... 6 2.4.4 延时反馈清零电路 .......................................................................................... 6 2.4.5 累加卖货额查看电路 ...................................................................................... 7 2.5 元器件清单 .............................................................................................................. 8 2.6 自动售货机电路总图及原理 .................................................................................. 8 2.7 自动售货机设计的方案方案的优缺点,改进意见和展望 ................................... 8

第 3 章 心得体会 .......................................................................................................... 9

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第1章 章

绪论

自动售货机是能够根据投入的钱币自动复活的机器,它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、方便交易。现代的自动售货机的种类、结 构和功能依出售的商品而异。钱币装置是售货机的核心,其主要功能是确认投入钱币 的真伪,分选钱币的种类,计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售 货信号,并找出余钱。自动售货机自动输出顾客所要的商品。因此,自动售货机在商 业,食品行业越来越普及,更方便消费者购买自己所需的商品。使用方便、可靠、节 省人力的自动售货机将在社会生活中成为一种趋势。

1.1

自动售货机的设计概论
本设计是一套结构简单,操作方便,性能可靠的自动售货机产品。自动售货机电 路设计采用选择商品电路、投币累加电路、比较减法报警输出电路、统计卖出商品电 路等四个基本电路构成。自动售货机在接受投入钱币后,通过与商品价格比较,确定 是否能够售出商品和把算出剩余的钱找回。当商品输出后售货机自动把上次傅卖商品 的价格和投入的钱币的总和清零,这是才可以进行下次交易。自动售货机还应满足商 家查看销售商品的总和及使其清零,和控制该售货机进行整体复位。该售货机可以帮 助商家更好的销售商品,并且节省人力,获得更大的利润。

1.2

自动售货机的研究意义
面对当前快速商品社会,人们的时间观念越来越重,如何才能更快的购买到顾客 自己所需的商品,这都是顾客和商家共同面临的问题。随着科技的发展及人们生活水 平的提高,自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化的需求。通过自动售 货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚,快捷方便的购物方式满足了 人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。自动售货机在城市商业 区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共场所的布设能够美化亮化城 市环境,方便群众生活,已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。自动售货机已在国 内普及,并成为城市现代文明程度的一种象征性标志。

1.3

自动售货机的发展历史
自动售货机是本世纪 70 年代在日本、欧美发展起来的高新技术现代应用产品, 被称为 24 小时营业的微型超市,售货领域已扩展至小食品、小用品、香烟、电话卡、 车票、邮票等。目前在 40 多个国家已经广泛使用,日本平均每 23 人一台,美国平均 每 40 人一台,欧洲平均每 60 人一台。在邻国日本,70%份额的罐装饮料市场是通过 自动售货机售出的;美国可口可乐公司拥有五十余万台饮料自动售货机分布在世界各 地。通过自动售货机销售将成为商品零售业不可分割的重要组成部分。

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第2章 自动售货机原理电路分析 章
2.1 自动售货机设计要求
1 显示商品的价格和投入的钱币 2. 两种价格进行比较、相减,输出商品或报警 3. 商家能控制,使其清零,查看卖出商品总和

2.2

自动售货机的设计原理 自动售货机的设计原理
当顾客通过自动售货机卖商品时,首先通过选择按键把所需要买的商品价格输入 给 BCD 码编码器,把十进制数转化成 BCD 码(A) ,输入给寄存器寄存起来,通过七 段码数码管显示出来。然后顾客投入货币,转化成 BCD 码(B),在数码管上显示出来。 同时投入的钱币通过比较器与商品价格进行能够比较, 如果 A>B, 则风兴起发出警报, 顾客需要再投入钱币,与上次的进行累加,再比较,直到 A《B,如果 A《B,则比较 器给售货机货口发出信号,把所买的货物输出,并且 A、B 通过叫发起相减,算出剩 余的钱,并发出找钱信号,把余钱输出。自动售货机还有把每次卖出商品的价格疏导 累计器,进行累加,并且在寄存器上储存累加后总价钱,方便商家查询。

自动售货机原理整体流程图

2.3

自动售货机元器件选择
在本设计中需要用到 BCD 码编码器、加法器、寄存器、七段码显示译码器、七 段码数字显示器和 555 定时电路等器件。采用 74HC147BCD 码优先编码器,其真值 表和引脚图如图。
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图表 1

74HC147 功能表

加法器使用 74HC283, 用两个 74HC283、五个非门和和四个异或门组成一个减法 器。寄存器用四输入 74 LS175 来寄存数据。七段码显示译码器是把 BCD 码转化成七 段码,在七段码数字显示器上显示出来。

图表 2 七段码显示译码器真值表
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因为计算机输出的是 BCD 码,要想在数码管上显示十进制数,就必须先把 BCD 码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的 BCD 码换成 7 段字型代码,并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器” 。 1)输 入:8421BCD 码,用 A3 A2 A1 A0 表示(4 位) 2)输出:七段显示,用 Ya ~ Yg 表 。 示(7 位) 3)逻辑符号:

2.4

自动售货机元器件选择电路设计各部分组成及其工作原理
本设计中的自动售货机总共分为五个部分:商品选择价格显示电路、投入钱币累 加显示电路、比较相减输出商品电路、延时反馈清零电路,累加卖货额查看电路等五 部分组成。

2.4.1 商品选择价格显示电路 设计该电路利用一个 BCD 码编码器(74HC147) ,把商品的价格的十进制钱币转 化成 BCD 码输出,通过一个寄存器(74LS175)把输出的 BCD 码储存起来,在把其 通过七段码显示译码器(74HC4511)转化成七段码输送给七段码数码管(Dpy Blue-CA)显示出来。商品的价格通过四个按键来实现,由于一个 BCD 码编码器只能 转化 0——9 十个数字,而四种商品中有一个 10 元的商品, 因此本设计在这里用一个四 位加法,代表商品价格的四个按键分别接 BCD 码编码器的 S0,S1,S4,S9 四个输入端代 表 1、2、5、10 元商品的价格,输出的 BCD 码与“0001”相加,在输入给寄存器。

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S6 S1 U1 8 S2 10 5 4 3 2 1 13 12 11 GND I9 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 VCC U2 5 A0 VCC 3 A1 14 A2 S0 12 A3 S1 6 B0 S2 2 B1 S3 15 B2 11 B3 7 CIN COUT 8 GND M74HC283B1R VCC 16 4 1 13 10 9 U3 1 9 4 5 12 13 8 CLR VCC CLK D1 D2 D3 D4 GND SN74LS175D 8 Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 Q4 Q4 VCC 16 2 3 7 6 10 11 15 14 VCC P0 P1 P2 P3 U4 7 1 2 6 3 4 5 A B C D LT BI LE GND VDD a b c d e f g VCC 16 D1 13 7 12 6 11 4 10 2 9 1 15 9 14 10 5 a b c d e f g DP A A 3 8

S3 S4 S5

D C B A VDD

14 6 7 9 16 VCC

MC74HC4511D

图表 3 商品选择价格显示电路图

2.4.2

投入货币累加显示电路

该电路与商品价格显示电路大致相同,投入钱币的种类分别用四个开关来表示, 仍然通过 BCD 码编码器,七段码译码器,七段码显示器来显示出来。但有一点不同。 由于投入的钱币应该累加起来计算器总和,因此应该第一次投入的钱币转化的 BCD 码储存在寄存器中, 让其反馈到加法器的输入端, 让其与第二次投入的钱币相加输出。
U5 8 10 5 4 3 2 1 13 12 11 GND I9 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 U6 8 14 6 7 9 16 VCC U7 14 15 11 10 6 7 3 2 16 GND Q4 Q4 Q3 Q3 Q2 Q2 Q1 Q1 D4 D3 D2 D1 8 13 12 5 4 9 1 7 11 15 2 6 12 14 3 5 GND CIN COUT B3 B2 B1 S3 B0 S2 A3 S1 A2 S0 A1 A0 VCC 9 10 13 1 4 16 VCC Q0 Q1 Q2 Q3

D C B A VDD

MM74HC147J

CLK VCC CLR SN74LS175D

图表 4 反馈相加电路图
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2.4.3

比较相减输出商品电路

该电路设计用到了四位比较器(74HC85) ,在比较器控制端 P=Qin 应接一个确认 键,用一个开关来代替,当投入钱币,按下确认键后用来比较商品的价格与投入钱币 的总和,来判断是否输出商品还是报警,而减法电路通过用两个四位加法器 (74HC283)来实现,用作当购买成功后比较器输出一个信号给减法器,使其进行减 法运算,来算出应该找回多少余钱。把找回的钱他能够过七段码数码管显示出来。当 商品价格大于投入的钱币时,电路发出警报,用一个蜂鸣器来完成。
U9 P0 P1 P2 P3 10 12 13 15 2 3 4 9 11 14 1 8 P0 P1 P2 P3 P<Qin P=Qin P>Qin Q0 Q1 Q2 Q3 GND U1A 1 A U2A 20 AY GND GND GND GND VCC VCC U2B 19 2 8 U2C 18 3 VCC U2D 13 8 8 54AC11004J U1D 9 7 1 U10 4 5 6 7 5 3 14 12 6 2 15 11 7 A0 VCC A1 A2 S0 A3 S1 B0 S2 B1 S3 B2 B3 CIN COUT GND VCC 16 4 1 13 10 U2E 9 12 9 VCC 12 13 16 Y B GND GND VCC VCC VCC 16 VCC

VCC Q0 Q1 Q2 Q3

P<Qout P=Qout P>Qout

7 6 5

2 U11 4 5 5 3 14 12 6 2 15 11 7 8 A0 VCC A1 A2 S0 A3 S1 B0 S2 B1 S3 B2 B3 CIN COUT GND SN74HC283D VCC 16 4 1 13 10 9

VCC 15 16

U1B 15 3 14

U1C 11 6 10

图表 5 比较减法电路图

2.4.4

延时反馈清零电路

当购买成功后,输出商品时比较其输出端还应接一个延时 3 秒电路,反馈到商 品价格电路和投币电路中的寄存器清零端,使其清楚存储的数据,以方便下一次购物 操作。其中的延时电路用 555 定时器构成的单稳态触发器来实现,而单稳态触发器的 暂态时间 Tw 与电阻 R 和电容 C 有关,Tw=1.1RC,因此取 R=273k?,C=10uF,可以满
足延时 3 秒工作。

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VCC U13 8 7 3 VCC DISC OUT RST THR CVOLT TRIG GND LM555CH C2 0.01uF 4 C1 6 5 2 1 10uF

R 273K

图表 6 555 延时 3 秒电路图

2.4.5 累加卖货额查看电路 该电路可满足商家查看所卖出商品的总和,查看是否销售正常,是否较多的顾客 来通过自动售货机来购物。它主要通过控制键,加法器,寄存器,七段码显示器来实 现,把所卖出去的商品价格的总和通过数码管显示两位出来。控制键可以使整个电路 清零和复位。

U17 S1 S2 5 3 14 12 6 2 15 11 7 10 8 U15 A0 VCC A1 A2 S0 A3 S1 B0 S2 B1 S3 B2 B3 CIN COUT GND M74HC283B1R VCC 16 4 1 13 10 9 1 9 4 5 12 13 8 CLR VCC CLK D1 D2 D3 D4 GND SN74LS175D Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 Q4 Q4

VCC 16 2 3 7 6 10 11 15 14 VCC

U19 7 1 2 6 3 4 5 8 A B C D LT BI LE GND VDD a b c d e f g

VCC 16 D4 13 7 12 6 11 4 10 2 9 1 15 9 14 10 5 a b c d e f g DP A A 3 8

P0 P1 P2 P3 U2F 11
输输输输输输

MC74HC4511D

图表 7 卖货额查看电路
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2.5

元器件清单
BCD 码编码器 74HC147 2个 加法器 74HC283 6个 比较器 74HC85 1个 寄存器 74LS175 4个 七段码显示译码器 74HC4511 5个 七段码数码显示器 5个 555 定时电路 2个 开关,异与门,非门,电阻,电容若干。

2.6

自动售货机电路总图及原理 自动售货机电路总图及原理

将设计的五部分电路进行级联,得到自动售货机电路原理图见附录。

2.7

自动售货机设计的方案方案的优缺点, 自动售货机设计的方案方案的优缺点,改进意见和展望
该设计方案具有操作方便,快捷,理论简单。但还是存在很多的不足,如在减法 电路设计时,是用两个四位加法器 74HC283 和若干非门、异或门组成的,该设计可 能出现延时,产生竞争冒险,影响电路的正常工作。在设计电路自动清零时,把淸零 信号接到寄存器清零端,而没有吧加法器淸零,这样可能影响电路。如果这里用用软 件编程,可能解决这些问题。 该设计基本上使用数字电路硬件来实现的, 没有加入程序如 VHDL 语言、 FPGA、 单片机程序。因此自动售货机的设计方案还有很多,其他的设计方案有可能弥补硬件 无法实现的要求,也可能更方便快捷。 从自动售货机发明,发展,直到现在,社会上出现了许多采用微型计算机控制的 各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货 系统,如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等。现 在,自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式,通过 电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了商品 的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且,为防止地球暖化,自动售货机的开发 致力于能源的节省,节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费 高峰时,这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温,与以往的 自动售货机相比,它能够节约 10-15%的电力。进入 21 世纪时,自动售货机也将进 一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。。

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第3章 章

心得体会

通过这次对自动售货机的设计制作,让我了解了电路设计的基本步骤,也让我了 解了关于自动售货机的原理与设计理念,要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行 实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样,因为,再实际接线中 有着各种各样的条件制约着。而且,在仿真中无法成功的电路接法,在实际中因为芯 片本身的特性而能够成功。所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设 计方法。通过这次学习,让我对各种电路都有了大概的了解,所以说,坐而言不如立 而行,对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。 数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻 炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课 程设计,至今我仍感慨颇多,的确,从选题到定稿,从理论到实践,在短短的一个星 期的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以 巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次 数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够 的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的 实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重, 这毕竟第一次做数电课程设计,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中 发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。 这次数电课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,最后在王老师的 辛勤指导下,终于游逆而解。同时,在王老师的身上我学得到很多实用的知识。总体 来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有 趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更 让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的 提高:1、提高了我们的逻辑思维能力,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大 的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识,进一步增进了对一些常 见逻辑器件的了解。另外,我们还更加充分的认识到,数字电路这门课程在科学发展 中的至关重要性 2,查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要,我们在设计电 路时, 遇到很多不理解的东西, 有的我们通过查阅参考书弄明白, 有的通过网络查到, 但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3,相互讨论共同研究也是很重要 的,经常出现一些问题,比如电路设计中的分频器的设计,开始并不理解分频器的原 理,但是和其他的专业同学讨论后,理解了分频器的基本原理后,很快的设计了电路 原理图。

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参考文献: 参考文献 [1] 康华光 电子技术基础数电部分 第五版 邹寿林 北京 高等教育出版 社 2006 年 1 月 [2] 付子义 艾永乐 数字电子技术基础 第一版 高岩 北京 中国电力出 版社 2008 年 8 月 [3] 彭军 实用电子技术 第一版 北京 科学出版社 2006 年 8 月 [4] 赵淑范 王宪伟 电子技术实验与课程设计 第一版 北京 清华大学出版 社 2006 年 8 月 [5] 陈光明 施金鸿 电子技术课程设计与综合试训 第一版 北京 北京航空 航天大学出版社 2007 年 5 月 [6]中国电子网. http://www.21ic.com. [7] 电子电路图网. http://www.cndzz.com. [8] 张阳天 韩异凡 社 2005 年 6 月 Porotel DXP 电路设计 第一版 北京 清华大学出版

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