硬币兑换系统

硬币兑换系统摘要我们在设计此课题中要求设计一个零钱兑换机，用74HC4511、74LVC161、显示管等实现译码、计数、显示等功能。我们选择了一种相对来说较简单的设计方案，进行由上而下层次化的设计，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。最后将设计好的模块组合调试，并模拟仿真。关键词译码计数显示英文摘要WEDESIGNTHEPROJECTSAREINTHEDESIGNREQUIREMENTFORASCHANGEMAKERS,WITH74HC4511,74LVC161,XIANSHIGUANDECODING,COUNTING,ANDGETTHEDISPLAYFUNCTIONWECHOOSEARELATIVELYSIMPLEDESIGN,BYGOUPANDDOWNTHEHIERARCHICALDESIGN,FIRSTDEFINITIONANDPROVISIONSOFTHESTRUCTUREOFTHEMODULES,ANDTHENAMODULEWITHINTHEDETAILEDDESIGNTHELASTWILLDESIGNGOODMODULESCOMMISSIONING,ANDSIMULATION英文关键词TRANSCODECOUNTINGREVEAL目录1前言111设计背景112设计概述12总体方案设计321方案比较322方案论证423方案选择43单元模块设计531硬币兑换系统组成532电路元器件的选择9软件简介125系统调试951系统仿真总图1352系统仿真参数设置1353功能调试1354调结果分析186系统功能指标参数1961系统实现的功能1962系统指标参数测试1963系统功能及指标参数分析197结论208设计总结2181设计的收获体会2182对设计的进一步完善提出意见或建议219致谢2210参考文献23附录系统仿真总图1前言11设计背景公交车现在是大多数人的主要出行交通方式，这样很多时候就需要换零钱，但是大部分公交站台附近并没有能换零钱的地方，而现在很多都是无人售票，因此给人们带来了许多的不便。近年来，在全国各地都发生过由于乘客没有零钱而与公交司机发生冲突的事件。如2006年9月20日电哈尔滨市一名大学生乘坐80路公交车等待找零时，与司机发生争执，厮打中乘务员又叫来两人，三人将该大学生打伤；2010年10月18日上午，乘客吴先生在宁德火车站乘坐18路公交车火车站汽车北站时，因身上没带零钱与该公交车司机发生纠纷，遭到司机的殴打；2012年3月10日，东莞厚街一辆公交车上发生了一宗暴力事件，一个小伙子因为没零钱乘车被拒，居然暴打司机，一边打还一边说自己是特警，想不到，被打的司机也不好惹，公交还带着刀，结果，事情闹大了；等等。为了尽量避免这样的事件再次发生，我们设计一个在公交车站台安放的兑换零钱的机器，这样当乘客没有零钱时就能很放便的在站台换零钱了。这样既给乘客带来了方便，又减少了很多不必要的冲突。12设计概述本设计是用了三部分相对独立的分立元件共同组成的硬币兑换系统。第一部分是钱币识别、显示、报警部分；第二部分是由钱币兑换的出币系统；第三部分是钱币兑换系统的出币总数计数系统。121设计目标当人们需要换币时，存入纸币，该系统自动检测钱币真假。如果为假币，则报警；如果为真则输出相应的硬币数。当系统硬币兑换完后自动停止工作。122技术路线要实现该设计，就应把整个电路分为几大模块。分别是钱币识别及报警模块，出币模块，总数计数模块。先通过对各个模块进行设计、调试之后再将其组合起来进行整机调试。123实施计划首先就是要理清实现设计的框图，在总体框图的指导下，作出具体的电路图，由要设计实现的功能，计算出各个电路元件的值，并逐一对各个元件进行选择。最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地方进行必要的修正，确保设计的正确。124必备条件要实现该电路的设计，首要的就是要制定出设计的实现框图，并在老师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图，选定实现实现该设计的各种元器件。另外，还应由必要的软件帮助设计的完成。2总体方案设计对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案，并比较两种方案的优劣。最后选择较好的方案进行设计。21方案比较211方案一系统框图如图21所示。钱币检测、识别电路假币或不能识别钱币5元、10元或2元纸币报警电路显示电路计数、出币提示电路总出币数计算电路图21方案一的系统框图工作原理简述当有纸币输入时，钱币检测、识别电路工作，如果是假币或非5元、10元、20元以及不能识别的纸币，报警电路将发出嘀嘀嘀的响声，并把钱币退出。如果是可以识别的钱币，系统通过显示电路将面值显示在七段发光二极管数码管上，并且计数出币电路启动，红色发光二极管按出币个数有规律的闪动，开始出硬币。并且设计有总出币计数电路，使得机器内部没硬币时自动提示并停止工作，达到硬币兑换效果。212方案二系统框图如图22所示。脉冲扫描钱币输入电路没有钱币输入有钱币输入休眠控制电路识别判断电路假币真币没收电路报数、兑换电路找零、出币电路图22方案二的系统框图工作原理简述系统一直处于扫描状态，没有纸币输入时机器处于休眠状态，将功耗降到最低，当有纸币输入时，系统唤醒并识别、判断。如果是假币，机器自动没收并提示，如果是可识别的真币，系统报面值并启动兑换系统，机器出币并找零，达到零钱兑换效果。22方案论证表21方案一、二论证分析优点电路简单、人性化，出币数目可计，报警电路以及显示电路、提示电路，方便更人性化，性能可靠、实用。而且制造成本比较低，成品价格相对实惠。方案一缺点只能对5元、10元、20元纸币进行兑换，功能不够完善优点功能较完善，使用效果好，平时功耗较低方案二缺点无法显示面值，而且不能预知剩余硬币个数，电路较复杂，难实现23方案选择方案一的原理简单，所用74HCT4511集成器件和74LS161计数器，性能可靠，都比较经济，方便实用。成品价格相对实惠，且性价比高，在实际运用中消费人群广，便于普及，市场潜力相当可观。经过综合考虑，最终选择了方案一。3单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。31硬币兑换系统表31换零电路组成表模块作用模拟纸币输入模块模拟纸币的识别及假币报警译码显示模块显示输入纸币面额出币控制模块控制输出指定数量硬币总出币计数模块计算输出总硬币数，当预置硬币输出完时给出提示信号311模拟纸币输入模块其电路如图31所示图31模拟纸币输入模块模拟纸币输入模块的电路原理图如图所示5个单刀双掷开关模拟了纸币的输入及识别，其中SW6模拟纸币输入，SW5模拟纸币的荧光，SW4模拟纸币的安全线，SW3模拟纸币的5元水印，SW2模拟纸币的10元水印，SW1模拟纸币的20元水印（5元水印，10元水印，20元水印只能同时满足一个）。当有纸币输入且同时满足SW5、SW4和SW3、SW2、SW1中的一个时3个与门将有一个输出高电平输出到以后的显示及控制电路。当不满足以上条件时将通过3个或门输出低电平以使扬声器报警。312译码显示模块译码显示模块模块的原理图如图图所示图32显示模块模块此模块由2片4511和2个7段显示译码器组成，当模拟纸币输入模块的U1输出高电平时左边一个7段显示译码器显示2，右一个7段显示译码器显示0。当模拟纸币输入模块的U2输出高电平时左边一个7段显示译码器显示1，右一个7段显示译码器显示0。当模拟纸币输入模块的U3输出高电平时左边一个7段显示译码器显示0，右一个7段显示译码器显示5。313出币控制模块原理图如图所示图33出币控制模块出币控制模块主要是由4片161组成。其中最左边一片控制输出5个硬币，左边第二片控制输出10个硬币，右边2片扩展后控制输出20个硬币。用一个发光二极管模拟硬币输出，当输入5元时发光二极管亮5次然后停止，当输入10元时发光二极管亮10次然后停止，当输入20元时发光二极管亮20次然后停止。314总出币计数模块原理图如图4所示图4总出币计数模块总出币计数模块主要是由3片161组成。按设计要求，将3片161扩展成501进制计数器，也即设定系统一次可以预存500枚硬币，此计数器将对所有输出硬币进行计数，当500枚硬币输出完时此模块将输出一提示信号（用发光二极管模拟）用于提示重新放入硬币，放入硬币后手动对计数器清零。32电路元器件的选择321CD4511引脚图及功能图35CD4511原件图图36CD4511引脚图表32CD4511引脚功能引脚符号功能7126ABCD输入端口3LT灯测试端4BI消隐端5LE锁存端1312111091514QAQG7为输出端BI4脚是消隐输入控制端，当BI0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT3脚是测试输入端，当BI1，LT0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE锁定控制端，当LE0时，允许译码输出。LE1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。A、B、C、D、E、F、G为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。32274LS161引脚图及功能图3774LS161原件图图3874LS161引脚图表3374LS161引脚功能引脚符号功能3456D0D1D2D3输入端口710ENPENT使能端2CLK脉冲输入端9LOAD预置端1MR清零端14131211Q0Q1Q2Q3输出端口15RCO进位端从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR“1”且LD“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CRLDEPET“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是COQ0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。4软件简介PROTEUS软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。具有4大功能模块智能原理图设计（ISIS）丰富的器件库超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸。PROSPICE混合仿真基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，LABCENTER也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。独特的单片机协同仿真功能支持主流的CPU类型如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、DSPIC33、HC11、等。实用的PCB设计平台先进的自动布局/布线功能；支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能；可以输出多种格式文件。5系统调试51系统仿真总图详见附录所示。52系统仿真参数设置在系统调试之前，我们需要对系统进行参数设置，如表51和52所示。表51元件参数表元件型号数量计数器74LVC1617数据选择器74HC45112七段显示译码器2与门6或门3与非门3开关6扬声器YD57一2型1电源220V二极管2脉冲源1元件型号数量报警扬声器YD57一2型等801滑动变阻器POTHG2电阻9C06031A910FKHFT6场管VT66或V40AT1电容器耐压值为L6V的铝电解电容器5定时器NE5552直流电源9V2压电陶瓷声传感器F127、HTD27A1等型号1示波器OSCILLOSCOPE153功能调试通过几天的的理论设计,为了验证对理论应用的正确性，选用PROTUES进行仿真，验证所设计的电路能否实现兑换硬币的功能，以及面值显示、出币提示的功能。531硬币兑换系统电路5311调试目的测试电路能否实现兑换硬币的功能，以及面值显示、出币提示的功能。5312显示电路调试显示电路如图51所示图51显示电路图A图B图52均为显示测试图图52均为仿真时显示测试图，A图是输入20块钱的时候，显示为20，并一直持续到出完硬币，气短发光二极管数码管消隐，无显示；B图同理，为输入5元纸币时的情况。5313计数部分电路调试计数部分电路如图53和54所示图53出币计数部分电路由出币计数部分测试可知，当输入一个数时，该部分能够输出相应数量的硬币，当出币结束时，自动结束出币。5214总数计数部分电路调试总数计数部分电路如图54所示图54总数计数部分电路由总数计数部分测试可知，当系统中的总硬币兑换完了后，该系统自动停止工作。54调试结果分析541调试电路已实现的功能通过先分步调试后整体调试的方法，本设计已实现了硬币兑换和纸币识别功能。542调试中遇到的问题和此电路的不足在调试的过程中遇到了许多的问题，比如说各个参数的计算，对电路图的修改等等，在经过多次调试之后，最终达到了预期的效果。6系统功能指标参数本节主要介绍时实现设计的电路。61系统实现的功能此硬币兑换系统的用途比较广泛，可以用于公交车站以及其他的自动售货机等系统旁边。当人们需要在这些地方使用硬币时，可以就近兑换，十分方便。这个系统经过改进之后可以用于更多的场合，也可以用于纸币的兑换，以及更多钱币兑换等功能的使用等等。62系统指标参数测试对于本设计系统的参数测试，总共分两步。第一步就是将自己设计的电路用软件PROTEL作出具体的线路图，用PROTEL自带的检测功能检测线路是否连接有误，直到修改线路至无误为止。第二步就是将我们的电路的各部分分开进行仿真。对此部分仿真可用到仿真软件PROTEUS。在对每个部分仿真达到正确结果后，然后将各个模块连接起来进行整体测试。经过仿真证明我们设计的硬币兑换系统电路工作正常。63系统功能及指标参数分析通过前面的参数计算和仿真的如系统各元件的参数表如表61所示。元件型号数量计数器74LVC1617数据选择器74HC45112七段显示译码器2与门6或门3与非门3开关6扬声器YD57一2型1电源220V二极管2脉冲源1表61元件参数表7结论经过课程设计的实践说明方案是可行的，此硬币兑换系统的性能比较可靠，用的元件比较实惠，容易制作。在现实生活中有很大的发展空间，给人们的生活带来了极大的便利。当然此硬币兑换系统也存在一些不足的地方，系统总是硬币存放数比较小，还有系统硬币兑换完了后应该通过单片机向总部发出信息等。可以根据实际使用情况做相应的改进。随着科技的进步，新的设计，新的改进方案一定会使得此钱币兑换系统的性能越来越好。8设计总结81设计的收获体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，对课本上的知识有了更加深刻的理解，也扩展了我们的知识面，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。同时我也明白了相互讨论共同研究也是很重要的，这样可以更快的理解原理，做出电路。82对设计的进一步完善提出