自动电子售票机设计.doc

课课 程程 设设 计计 课程名称电子技术综合设计与实践 题目名称 自动电子售票机 _ 学生学院 自动化学院 专业班级 学 号 学生姓名_ 指导教师_ 2014 年 6 月 6 日 广东工业大学课程设计任务书广东工业大学课程设计任务书 题目名称 自动电子售票机的设计自动电子售票机的设计 学生学院 自动化学院自动化学院 专业班级 姓 名 学 号 一、课程设计的内容 设计一个自动电子售票机。 二、课程设计的要求与数据 设计要求包括： 1. 售卖的票共有 3 种（自拟票价，比如 2 元、3 元、5 元） ， 用 3 个按键分别代表这 3 种 面额的票，按下按键就表示选中该种票，同时用一个数码管显示所选 中的票价； 2. 用 1 个按键表示购票的数量，按 1 次数量加 1，同时有一个数码管显示出购票的数量， 另再有两个数码管显示出票价总额； 3. 用 3 个按键，分别代表投入的钱币的面值，共有 3 种情况：1 元，2 元，5 元，每个按 键可以按多次，表示投入此种面值钱币的数量； 4. 当投入的钱不够的时候，用 1 个红灯亮来表示，前面用来显示票价总额的数码管此时 显示所缺的钱数额；当投入的钱达到或者超过所需的金额时，用 1 个绿灯亮来表示， 同时用扬声器发出短暂的声响，声响持续时间为 0.5 秒，同时用 LED 显示应找回给用 户的钱数额。 5.设置一个清零按钮，用于清除上一次的售票的显示，高电平清零。 三、课程设计应完成的工作 1. 先确定设计方案，画出系统方框图，再进行各单元电路的设计，确定元器件的参数及 型号，最后画出电路总图； 2. 利用 DE2 板对所设计的电路进行验证； 3.用实验板或自制的 PCB 板完成电路的安装及调试； 4. 总结电路设计及测试结果，撰写课程设计报告。 四、课程设计进程安排 序号设计各阶段内容地点起止日期 1 Quartus II 入门学习，熟悉设计流程，讲解 各设计任务及其要求，分配设计任务，实 2-214 5.26 2 进一步学习 Quartus II，查阅相关书籍和文 献资料，画系统框图实 2-214 5.27 3 独立完成电路设计，在 Quartus II 上进行仿 真及修改设计实 2-214 5.28-29 4 在 DE2 板上实现设计，演示和验收实 2-214 5.30 5 电路制作、调试、功能验证，制作验收工 2-504 6.2-6.5 6 完成设计报告 6.6 5、应收集的资料及主要参考文献 1.现代电子技术实践课程指导，谢云 等 主编，机械工业出版社 2.数字电子技术基础(第五版)清华电子学教研组 编 阎石主编 高等教育出版社 3.电子技术课程设计指导 彭介华编 高等出版社出版 发出任务书日期： 2014 年 5 月 26 日 指导教师签名： 计划完成日期： 2014 年 5 月 26 日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章： 目 录 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求4 1.11.1 设计的主要任务设计的主要任务4 1.21.2 设计任务目的设计任务目的4 4 1.31.3 设计任务要求设计任务要求 5 5 2 模块及其原理介绍模块及其原理介绍6 2.12.1 功能概况功能概况 6 6 2.22.2 功能实现的原理功能实现的原理 7 7 2.2.1 整体电路图7 2.2.2 购票模块.8 2.2.3 投币模块8 2.2.4 比较模块 9 3 设计方案设计方案10 3.13.1 设计思想设计思想 1 10 0 3.23.2 设计流程设计流程 1 10 0 3.2.13.2.1 做好准备工作做好准备工作1 10 0 3.2.23.2.2 分模块进行设计分模块进行设计1 10 0 3.3.33.3.3 上机画图上机画图 1 11 1 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析11 4.1 利用QUARTUS II 7.2 进行波形仿真.12 4.2 测试步骤12 4.3 实验现象.13 4.4 功能分析.13 5 结论与问题讨论结论与问题讨论14 5.15.1 完成设计要求的程度完成设计要求的程度 1 14 4 5.25.2 存在的不足及改进思路存在的不足及改进思路 1414 5.35.3 收获及心得体会收获及心得体会 1 14 4 6 实物制作实物制作15 6.1 简化电路图（给出 QUARTUS下的原理电路截图） 6 6.2 单元电路的实现（比如产生高低电平电路、秒脉冲发生电路等等，给出电路图及相应元 器件的型号和参数）6 6.3 实物图（附照片）.6 6.4 焊接调试过程中遇到的问题分析及处理.6 6.5 实物电路板的测试结果及分析.6 参考文献参考文献7 1 设计任务及要求设计任务及要求 1.1 设计的主要任务设计的主要任务 1. 售卖的票共有 3 种（自拟票价，比如 2 元、4 元、6 元） ， 用 3 个按键分别代表这 3 种 面额的票，按下按键就表示选中该种票，同时用一个数码管显示所选 中的 票价； 2. 用 1 个按键表示购票的数量，按 1 次数量加 1，同时有一个数码管显示出购票的数量， 另再有两个数码管显示出票价总额； 3. 用 3 个按键，分别代表投入的钱币的面值，共有 3 种情况：1 元，2 元，5 元，每个按 键可以按多次，表示投入此种面值钱币的数量； 4. 当投入的钱不够的时候，用 1 个红灯亮来表示，前面用来显示票价总额的数码管此时 显示所缺的钱数额；当投入的钱达到或者超过所需的金额时，用 1 个绿灯亮来表示， 同时用 LED 显示应找回给用户的钱数额。 5.设置一个清零按钮，用于清除上一次的售票的显示，高电平清零。 1.2 设计任务目的设计任务目的 为了加深学生对数字电子技术的认识，提高学生的课程设计水 平，加强学生的实验能力，学校开了“电子技术综合设计与实践” 课程。设计的任务为： （1）利用各种器件设计自动电子售票机 （2）利用 DE2 板对所设计的电路进行验证 2 原理与模块介绍原理与模块介绍 2.1 功能概况功能概况 电路共分三大模块，每个模块分别设有 2-3 个功能，总体功能 框架如图 1 所示： 图 1 总体功能框图 “购票模块”使用了三个拨码开关实现选票，票的单价分别为 自动电子售票机 （一）购票模块 （二）投币模块 （三）比较模块 三个开关对应选票单价 一个按钮选择购票数量 数码管显示购票数量 三个按钮对应三种币值 数码管显示投钱币数量 比较并显示差额或找余 用绿灯提示所差余额 用红灯提示付款情况 2 元、4 元和 6 元，通过 74279 和 7447 来显示票价，一个按钮开关 实现购票数量的增加，另外通过 74160 和 7447 显示购票数量，最后 通过 8fadd,74175 和之前记录标价的 74279 来计算票的总价。 “投币模块”使用了三个按钮、8fadd 加法器、74175 寄存器来 计算投入钱币总额。 “比较模块”使用了两片 74LS85 接成的 8 位数值比较器、 8fadd 加法器、和门电路，实现了比较投入钱币总额和选票总额并给 予提示等功能。 最后通过用 8fadd，74185 和 7447 来显示最后欠款或者找零 （红灯欠款，绿灯找零）. 2.2 功能实现的原理功能实现的原理 2.2.1 整体电路图整体电路图 自动电子售票机整体电路图如图 2 所示： 图 2 自动电子售票机电路 2.2.2 购票模块购票模块 “购票模块”电路如图 3 所示。 图 3 “购票模块”电路 2.2.3 投币模块投币模块 “投币模块”电路。如图 4 所示 图 4 “投币模块”电路 2.2.4 比较模块比较模块 “比较模块”电路。如图 5 所示 图 5 “比较模块”电路 需用指示灯显示的购买结果有两种：欠费和找零。 此时要用到数值比较器来判断票总额和钱总额的大小。当票总 额比投入的钱总额小时，用付费总额减去票价总额（加上票价总额 的补码） ；当票价总额比投入的付费总额大时，用票价总额减去付费 总额（加上付费总额的补码） 。 同时，使用数值比较器的输出端驱动欠费提示灯（绿灯）和找 零提示灯（红灯） 。 3 方案的实现方案的实现 3.1 设计思想设计思想 自动电子售票机，设计要求的功能包括，显示：已选票的数量、 票价的总额、投入钱币数量、欠费提醒和显示、余额和找零提醒和 显示。 选择和显示数值，需要编码器和显示器；计算票和钱的总额， 需要加法器和寄存器；显示购买结果，需要数值比较器、加法器和 显示译码器；找零闪烁提示，需要分频器和计数器。 查找 74 系列的各种芯片，找出适合芯片的逻辑功能和管脚排布， 在纸上画出电路草图，逐个模块进行理论验证。 3.2 设计流程设计流程 3.2.1 做好准备工作做好准备工作 认真阅读设计任务要求，列出需要实现的功能，并结合成模块， 列出各个模块框图（图 1） 。统计每个模块所需使用到的芯片，了解 各个芯片管脚的接法和用途。 3.2.2 分模块进行设计分模块进行设计 遵循操作顺序来设计电路。由输入操作分析计算输出， 把芯片的管脚一一连接起来。检查各连线是否有误，再把芯片排列 整齐。最后，把各模块的输出和输入连接起来。 3.3.3 上机画图上机画图 在实验室应用 Quartus 软件，将完整电路输入进行检查，修正， 主要是连线（结点）问题。 检查无误后编译和分配管脚。 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析 4.1 利用利用 quartus II 进行模拟仿真进行模拟仿真 如同图 6 波形所示， 首先清零(clear)，然后选定票价 2 元，票额(j1j7)显示 2，购买 (BUY)1 张，总额(y1y14)欠费(红灯亮）2 元，票数(m1m7)显 示 1；再选定票价 4 元，票额显示 4，购买 1 张，总额欠费 6 元， 票数显示 2；再选定票价 6 元，票额显示 6，再购买 1 张，总额 显示欠费 12 元，票数显示 3；投入钱币 5 元(5yuan),总额欠费 7 元，投入钱币 2 元(2yuan),总额欠费 5 元，投入钱币 1 元(1yuan),总 额显示欠费 4 元，投入钱币 2 元，总额显示欠费 2 元，投入钱 币 5 元，总额显示找零(绿灯亮)3 元.清零，数码管全部归零，红 绿灯不亮，黄灯亮. 4.2 测试步骤测试步骤 把整体电路编译并下载到 DE2，输入多组票值和钱币值，对照 课程设计要求检查输出值。 4.3 实验现象实验现象 1、自动电子售票机总共使用了八个数码管，显示的数值类型如 图 7 所示： 图 6 数码管分配图 2、自动电子售票机总共使用了 4 个拨码开关和 4 个按钮，功能 如图 8 所示： SW14SW13SW12SW11 SW17SW16SW15SW10(注以 sw 代替 key) 图 7 开关和按钮的功能 票价票数差额或找余零 2 元 票 6 元 票 4 元 票 2 元 币 1 元 币 5 元 币 票 数 清 零 选票(SW14)买票(BUY)2 元 4 张，选票(SW13)买票(BUY)4 元 2 张，选票(SW12)买票(BUY)6 元 2 张，共 28 元（票数显示“8”路 灯亮，差额显示“28” ，红灯亮表示欠费。 ） 。 投币 1 元（SW17）7 个，投币 2 元（SW16）5，投币 5 元 （SW15）3 个，共 32 元(差额显示“4” ，绿灯亮表示找零。)。 清零(SW10)数码管全部归零. 实验结果符合预期。 5 结论与问题讨论结论与问题讨论 5.1 完成设计要求的程度完成设计要求的程度 该设计完整完成了设计要求的功能，操作简便人性化 5.2 存在的不足及改进思路存在的不足及改进思路 不足：电路连线繁杂紊乱，不便于制造人员阅读制造电路结构。 改进：尽量采用对称结构，在今后的实践学习中不断探索，简 化连线，精简结构。 5.3 收获及心得体会收获及心得体会 初步见识了电子产品设计的过程（包括理论储备、资料收集、 仿真平台等） 。认识到课程整体关联性的概念。增加了课程学习的趣 味性。 6 实物制作 6.1 简化电路图 6.2 单元电路的实现 通过 74279 和 7447 来显示票价 通过 74160