子技术综合设计与实践课程设计-自动电子售票机.doc

- 1 - 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 专业班级 _ 学 号 学生姓名_ 指导教师_ _ 20 年 月 日 - 2 - 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 题目名称电子技术综合设计与实践电子技术综合设计与实践 学生学院 专业班级 姓 名 学 号 一、课程设计的内容 1）利用逻辑器件设计自动电子售票机，售票机的主要功能模块有： 显示模块：显示票面值、 票数，应找回的钱与已找回的钱的差值，1 元币 的数目、2 元币的数目、5 元币的数目； 票价与币值设定模块：用不同的开关分别表示 1 元票、2 元票、5 元票、1 元币、2 元币、5 元币； 计算模块：用计数器、乘法器、数值比较器、锁存器等实现需要的各种数 值的计算与保存。 2）利用 DE2 板对所设计的电路进行验证。 3）总结电路设计结果 二、课程设计的要求与数据 1. 售卖的票共有 3 种，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那 种票； 2. 用 1 个按键表示表示购买票的数量，按 1 次数量加 1； 3. 用 1 个 LED 显示买票的总票数，用 1 个 LED 显示投入总钱数； 4.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， 5.用 3 个 LED 分别显示各种币的数量； 6. 当投入的钱不够的时候，用 1 个绿灯亮来表示，同时用 LED 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 个红灯亮，并闪烁（可闪烁一分钟） ，同时用 LED 显示应找回给用户的钱数额。 - 3 - 三、课程设计应完成的工作 （一）（一） 设计思路设计思路 1. 学习要求： 复习锁存器、全加器、数值比较器以及十进制加/减计数器的工作原理，分析与设计时 序控制电路。画出自动电子售票机的整机逻辑电路图，掌握自动电子售票机的工作原理及 其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。 例如：全加器 74LS283、数值比较器 74LS85、RS 锁存器 74LS279 以及十进制同步加/减计 数器 74LS192，乘法器模块 mult4 等。 2. 设计思路 设定一个清零控制，用于清除上一次售票的显示，高电平清零。可以用锁存器锁存不同 种类票的面额。投入钱币的面值总额可以用全加器累加得到。数值比较器可以用来判断购票 的钱币面值总额是否达到票款的总额。由于 DE2 板上仅提供 50MHz 和 27MHz 的时钟，需 设定 lpm_counter 分频器（或者 74LS292、74LS56 分频器）对系统时钟进行分频，再结合计 数器得到 0.5 秒的时间长度。 （二）（二） 模拟仿真模拟仿真 使用 QUARTUS II 软件，用原理图输入方法，进行编译，仿真。 （三）（三） 下载下载 模拟仿真结果正确后，结合实验板设置各输入、输出端；指定下载芯片，重新编译。编 译结果正确后下载到相应芯片中。 （四）（四） 实验结果验证实验结果验证 下载完成后，在实验板上验证结果。 - 4 - 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 实验资料搜索 图书馆、 宿舍 2010.6.21 至 2010.6.21 2 实验电路图设计 教室、 宿舍 2010.6.22 至 2010.6.22 3 硬件模拟仿真及调试教室 2010.6.23 至 2010.6.23 4 结果验证及检查教室 2010.6.24- 至 2010.6.25 五、应收集的资料及主要参考文献 1. 阎石. 数字电子技术. 高等教育出版社,2006. 2. 廖日坤. CPLD/FPGA 嵌入式应用开发技术白金手册. 中国电力出版社，2005. 3. 何希才. 常用集成电路简明速查手册. 国防工业出版社，2006. 4. 李洪伟. 基于 Quartus II 的 FPGA/CPLD 设计. 电子工业出版社，2006. 5. 周润景. 基于 Quartus II 的 FPGA/CPLD 数字系统设计实例. 电子工业出版社，2007. 发出任务书日期：发出任务书日期： 年年 月月 日日 指导教师签名：指导教师签名： 计划完成日期：计划完成日期： 年年 月月 日日 基层教学单位责任人签章：基层教学单位责任人签章： 主管院长签章：主管院长签章： - 5 - 目目 录录 1 设计任务及要求.- 1 - 1.11.1 设计的主要任务设计的主要任务 .- - 1 1 - - 1.21.2 设计任务目的设计任务目的 .- - 1 1 - - 1.31.3 设计任务要求设计任务要求.- - 2 2 - - 2 原理与模块介绍.- 3 - 2.12.1 功能概况功能概况.- - 3 3 - - 2.22.2 功能实现的原理功能实现的原理.- - 4 4 - - 2.2.12.2.1 整体电路图整体电路图.- - 4 4 - - 2.2.22.2.2 购票模块购票模块.- - 4 4 - - 2.2.32.2.3 投币模块投币模块.- - 5 5 - - 2.2.42.2.4 比较模块比较模块 .- - 6 6 - - 3 方案的实现.- 8 - 3.13.1 设计思想设计思想.- - 8 8 - - 3.23.2 设计流程设计流程.- - 8 8 - - 3.2.13.2.1 做好准备工作做好准备工作.- - 8 8 - - 3.2.23.2.2 分模块进行设计分模块进行设计.- - 8 8 - - 3.3.33.3.3 上机画图上机画图.- - 9 9 - - 4 测试步骤及实验结果.- 10 - 4.14.1 测试步骤测试步骤.- - 1010 - - 4.24.2 实验现象实验现象.- - 1010 - - 4.34.3 功能分析功能分析 .- - 1010 - - 4.44.4 测试结果测试结果.- - 1111 - - 5 结论与问题讨论.- 12 - 5.15.1 完成设计要求的程度完成设计要求的程度.- - 1212 - - 5.25.2 存在的不足及改进思路存在的不足及改进思路.- - 1212 - - 5.35.3 收获及心得体会收获及心得体会.- - 1212 - - 参考文献.- 12 - - 1 - 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）利用逻辑器件设计自动电子售票机，售票机的主要功能模 块有： 显示模块：显示票面值、 票数，应找回的钱与已找回的钱的差 值，1 元币的数目、2 元币的数目、5 元币的数目； 票价与币值设定模块：用不同的开关分别表示 1 元票、2 元票、 5 元票、1 元币、2 元币、5 元币； 计算模块：用计数器、乘法器、数值比较器、锁存器等实现需 要的各种数值的计算与保存。 （2）利用 DE2 板对所设计的电路进行验证。 （3）总结电路设计结果 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 （3）总结电路设计结果 - 2 - 1.3 设计任务要求设计任务要求 1. 售卖的票共有 3 种，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那种票； 2. 用 1 个按键表示表示购买票的数量，按 1 次数量加 1； 3. 用 1 个 LED 显示买票的总票数，用 1 个 LED 显示投入总钱 数； 4.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， 5.用 3 个 LED 分别显示各种币的数量； 6. 当投入的钱不够的时候，用 1 个绿灯亮来表示，同时用 LED 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 个红灯亮，并闪烁（可闪烁一分钟） ，同时用 LED 显示应找回给用 户的钱数额。 - 3 - 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 1 元、2 元和 5 元，一个拨码开关实现购票数量的增加，另外通过 8fadd 加法器 74175 寄存器以及 74185 实现 8421BCD 码的数制转换 显示显示购票数量。 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 - 4 - “投币模块”使用了三个按钮、8fadd 加法器、74283 加法器、 74175 寄存器以及 74185 实现 8421BCD 码的数制转换显示电路，实 现了投入钱币数量以及总额统计功能。 “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。 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 - 5 - 2.2.2 购票模块购票模块 “购票模块”电路如图 3 所示。使用了 8fadd 加法器、74175 寄 存器和一系列门电路，实现统计购票总额，票数，并通过 74185 实 现数制转换，并显示出来。 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，使用了 8fadd 加法器、74175 寄存器和一系列门电路，实现统计投入钱币总额，由门电路构成的 “数制转换显示电路”显示出来。 - 6 - 图 4 “投币模块”电路 投入钱币的面值分别为 1 元、2 元和 5 元，分别由三个按钮输 入。按下按钮，通过门电路把对应的数值输入 8fadd 加法器进行累 加，输出数值后由 74175 寄存器保存前一次输入，待有下一个数值 输入，即可再次累加，通过显示电路显示出来。 用 74185 实现数制转换显示电路，与“购票模块”的显示电路 功能相同。 2.2.4 比较模块比较模块 “比较模块”电路。如图 6 所示，使用了 8mcomp 数值比较器、 8fadd 加法器以及门电路，实现了余额显示、欠费状态显示和提醒等 - 7 - 功能。 图 5 “比较模块”电路 电路设计分析： 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） 。 - 8 - 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 - 9 - 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。 - 10 - 4 测试步骤及实验结果测试步骤及实验结果 4.1 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。 4.2 实验现象实验现象 编译时出现错误警告，经检查发现是结点粘连，造成多信号输 入。是绘制问题，改正后即正常运行。 4.3 功能分析功能分析 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： SW17SW16SW15 KEY3 SW13 KEY2 KEY1 KEY0 SW9 图 7 开关和按钮的功能 票价总额差额或找余零 1 元 票 2 元币 数 1 元币 数 票数 5 元币 数 5 元 票 2 元 票 2 元 币 1 元 币 5 元 币 复 位 票 数 清 零 - 11 - 4.4 测试结果测试结果 SW13=1,买票 1 元 4 张，2 元 2 张，5 元 2 张，共 18 元（在票