自动售饮料机.doc

数字逻辑实验综合设计总结报告设计题目学生姓名学号联系电话邮箱成绩创意20难度10工艺10结果30报告30总分100评价人签名1、 选题背景与意义自动售饮料机的发明在方便了人们日常生活的同时，也节约了人力，节省了开销。本次课题设计旨在运用所学的数字电路基本理论知识，通过模拟自动售饮料机的运行，学习课题设计的完整过程，培养理论知识的实践应用能力。 参考文献：1、电子电路实验与能力训练2、 设计任务2.1设计目标及系统原理设计目标：模拟自动售饮料机的实际应用情况2.2功能指标： 1. 每次投币一元，数码管1显示总投币数； 2. 共有三种商品: 矿泉水2元，可乐4元，奶茶6元。 若投币数大于商品的价格，代表该商品的LED灯亮，代表该商品可以购买。 3. 在一次购买中可以选择多种商品，数码管2显示购买商品的总价格。 4. 数码管3显示总投币数减去购买商品总价格的剩余钱数。 5. 设有找零键，购买完成按下找零键，即可复位。 6. 10秒倒计时内若未投币，系统自动找零，可进行下一次的购买。2.3技术指标：1. 555产生秒脉冲。 使用实验板上搭建的555电路，其中R73=98.65K，R74=97.82K，变阻器R75a=4.68K，R75b=5.04 K，选择C35=2.2uf，则产生脉冲周期为T=（R73+R75a+2（R75b+R74）*C35*ln24.70s2.4 实物照片三、设计内容（含设计内容描述、组合逻辑及时序逻辑电路状态设计及相关方程推导、各分系统设计图或局部实物图、设计理论结果及数据等）3.1 系统总体设计 将系统按功能分为5个子系统，分别设计5个子系统实现功能，再从整体结构考虑将5个子系统结合起来。3.2 子系统1设计： 计算总投币数使用十进制计数器芯片74ls161,每投一次币相当于通过按键给一个脉冲，输出+1，再将输出连到74ls48和数码管，即可显示总投币数。3.3 子系统2设计： 计算所选商品总价格 使用优先译码器74ls147通过按键选择不同商品，再经过加法器芯片74ls283 和四D触发器芯片74ls175共同计算并用数码管显示。 仿真中，需在按下商品选择按钮的同时，按空格键（即确认键），方可成功 购买商品，此时数码管2显示购买商品的价格。 此处，每按一次空格键相当于给D触发器一个时钟脉冲，方能锁存住商品价格 相加的和。3.4 子系统3设计： 计算应退回的余额因为没有四位减法器的集成芯片，只能将减法转化为被减数与减数补码相加，将子系统2得到的商品总价格的输出取反，作为加法芯片74ls283的输入B3-B0，子系统1得到的投币总数作为输入A3-A0，注意CO接高，并用数码管3显示余额。 A3A2A1A0 - B3B1B2B0 = A3A2A1A0 + (B3B1B2B0) +13.5 子系统4设计： 比较投币数和商品价格使用比较器芯片74ls85，分别将总投币数和三种商品的价格作为74ls85的输入A3-A0和B3-B0，输出的大于、等于信号通过或门接到LED灯，若灯亮，代表投币数足以购买该商品。3. 6子系统5设计： 10s倒计时电路用实验板上555定时器电路得到秒脉冲，作为十进制可逆计数器芯片74ls191的时钟输入；初始值设为1001（十进制的9），按键信号接到置数端LOAD，每按一次键，74ls191重新开始10s倒计时； 74ls191的输出四位二进制数经过4输入或非门接到使能端GTEN，当倒计时减为0，即输出为0000，10秒倒计时暂停，不会重新启动。每当10秒倒计时结束，借位输出端产生一个负脉冲，将该脉冲与找零按键产生的脉冲经过与门接到芯片74ls161和4D触发器74ls175的清零端，这样无论是借位端产生脉冲还是按下找零键，系统都会自动找零复位。4、 Multisim仿真说明 对应第三节设计内容，给出相应总体及分系统的电路仿真模块图。 要求给出各分离模块的结果输出（示波器、逻辑分析仪图形，节点探针指示等）4.1 功能1：显示总投币数通过按下投币键，数码管可以显示0-9元的总投币数， 如下图所示，分别为投币2元和投币7元的情况4.2 功能2：显示所选商品总价格 图一为选中2元商品并确认购买后，再选中4元商品并确认购买， 此时所选商品总价格为蓝色数码管所显示的2+4=6元。 图二为选中6元商品并确认购买后，再选中2元商品并确认购买， 此时所选商品总价格为蓝色数码管所显示的6+2=8元。 图一、 图二、4.3功能3：显示应找零的价格 图一的情况为投币7元，选中4元商品，此时数码管显示找零7-4=3元； 图一、 图二的情况为投币8元，选中2元和4元商品共6元，此时显示找零8-6=2元。 图二、4.4功能4：LED灯表明商品是否能够购买下图中左图为余额为4元时，代表2元商品的蓝灯和4元商品的绿灯亮； 右图为余额为6元时，代表2元商品的蓝灯、4元商品的绿灯和6元商品的黄灯亮。4.5功能5：10秒倒计时结束自动找零 每次按下投币键，倒计时数码管被置为9； 松开投币键，进入倒计时， 直至减为0，借位端输出负脉冲使系统自动找零复位。 这里截取倒计时过程中几个状态如下图： 下图为电路整体仿真图，也是10s倒计时结束后系统清零的效果，按下找零键后清零的效果图也是如此。5、 实物电路连接及联调内容包括1、对应第三节设计内容、第四节仿真内容，进行实物电路连接及配图说明2、电路连接调试是否出现问题及解决办法3、联调后的功能或指标测试情况5.1 模块一： 投币并显示总投币数为了使用实验板上的按钮作为投币键，必须通过优先译码器74LS147将按钮脉冲输出，当按下1号按钮，74LS147的输出信号由1111变为1110，最低位变化为101，于是如图可选用JP26的1号引脚作为投币的输出脉冲引脚。 因为实验板上有由两个74LS76和一个74LS08构成的同步四位二进制计数器，可代替仿真中使用的74LS161。将投币的输出脉冲作为74LS74的CLK时间信号，如图74LS76的四位输出正好连接到实验板上的U8数码管，该数码管显示投币总数。 按上述连接好电路后，发现每按一次投币键，数码管显示数字+2，于是将投币的输出脉冲先通过实验板上的另一个J-K触发器（J=K=1），再将其输出作为二进制计数器的CLK信号。这样修改过后，实物电路调试成功。 如右图，为投币9元的实物图情况。 5.2 模块二：选择商品并计算商品总价格 使用实验板上的2号、4号、6号按钮可分别选中2元、4元、6元的商品。 按下按钮时，优先译码器74ls147四位输出经过74LS04非门可将十进制的钱数转化为 对应的二进制数，如选中2元商品，实验板上JP27上的信号为0010，将这四位输出作为74LS283加法器的B3-B0。 仿真中使用的四D触发器芯片74ls175可用实验板上的2个74LS74代替。 在按住商品选择按钮的同时，按下确认键（实验板上的ENSURE按钮，作为74LS74的CLK时钟信号），方可成功购买。 74LS74的四个输出正好连接到实验板上的U9数码管，于是该数码管显示购买商品的总价格。 5.3 模块三：计算找零并显示在实验板上的灵活设计区加芯片74LS283，模块一中得到的投币总数作为输入A3-A0，模块二中74LS74的输出-（JP7的四个引脚）作为输入B3-B0，低位进位端CO接高。这样可以将减法转化为被减数与减数补码相加，并将该74LS284的四位输出连到数码管U7，于是该数码管显示应找零的钱数。运用公式：A3A2A1A0 - B3B1B2B0 = A3A2A1A0 + (B3B1B2B0) +1 5.4 模块四：比较余额和商品价格并用LED灯显示 该模块在面包板上搭建，使用三个比较器芯片74ls85，分别将三种商品的价格转化为二进制作为三个74LS85的输入B3-B0，余额通过实验板上JP44上的四个引脚连到面包板上，作为输入A3-A0。三个74LS85输出的小于信号通过非门接到三个LED灯，若投币余额足以购买该商品，小于信号端输出低电平，经过非门后变高，可使代表该商品的LED灯亮。 5.2&5.3&5.4 实物连接调试图 按上述描述将模块二、三、四进行实物连接后，开始调试。 第一种情况：投币8元，未选择商品，此时三种商品都足以购买，所以三个LED灯都亮。 第二种情况：投币9元，购买4元商品，还剩5元，故2元和4元商品的LED灯亮。 第三种情况：投币6元，购买4元商品，还剩2元，只有2元商品的LED灯亮。 第四种情况：投币7元，共购买6元商品，还剩1元，三个商品的LED灯都灭。 第五种情况：投币7元，购买2元商品，还剩5元，代表2元和4元的LED灯亮。 任意时刻按下清零键，三个数码管都清零，三个LED灯全灭。 多次调试实物电路，可验证这三个模块连接正确且结果无误。 5.5 模块五：10s倒计时自动找零 该模块在面包板上搭建，碰到的问题是开题报告中我选择的芯片是74LS192，但是实际电路中发现当74LS192的清零端CLR接高（有效），减计数时钟输入端DOWN接入秒脉冲时，借位输出端CO会不停的产生负脉冲输出。该负脉冲输出是用来使系统自动找零复位的，如果不断的每秒自动复位一次，投币信号就很难插空进入。于是将74LS192换成74LS191，74LS191具有使能端GTEN（暂停端），可使输出暂停在0000的状态，且只输出一次借位负脉冲，但是该负脉冲宽度持续的时间太短，不足以使蜂鸣器响，所以去掉了10s倒计时后蜂鸣器警示的功能。 通过实验板上JP29的3号引脚将555定时器电路得到的（近似）秒脉冲，作为十进制可逆计数器芯片74ls191的时钟输入； 初始值设为1001（十进制的9），按键信号（JP26的1号引脚）接到置数端LOAD，每按一次键，74ls191输出被置为1001（9），重新开始10s倒计时； 代表总投币数的四位二进制数（JP44的前四个引脚）两两相或，再将得到的结果相或， 接到使能端GTEN（暂停端），当没有进入购买过程时（即总投币数为0000），10秒倒计时暂停，不会启动； 每当10秒倒计时结束，借位输出端产生一个负脉冲，将该脉冲与找零按键经过与门接到2个74LS74和2个74LS76的清零端，而实验板上CLR74和CLR76均由两个信号相与得到。于是将该清零脉冲同时接到实验板上的Z和AGB_N。 10s倒计时实物调试电路 每按下投币键，数码管显示9，松开投币键，开始倒计时。 如上图所示，为倒计时数码管由9减至0过程中的几个状态，实物可正常跳数，直至减至0，系统自动找零复位，三个数码管清零。 于是，倒计时模块实物连接验证成功。 6、 实验元器件清单及成本统计（非采购器件成本按零元计）名称功能概述数量单价成本核算电源10基板面包板、实验板26.913.8ICNE555提供时钟脉冲1074ls1478线-3线优先编码器1074ls76双J-K触发器3074ls74双上升沿D触发器2074ls283四位二进制超前进位全加器2074ls854位二进制数值比较器3074ls487段显示译码器4074ls191可预置四位二进制加/减计数器12.52.574ls04反相器3074ls08二输入四与门2074ls32二输入四或门12.132.13声光元件电阻限流20+0电容滤波50二极管20LED灯30其他数码管显示十进制数字10.360.36 芯片总数：23 ； 总成本：18.79+5（运费）=23.79 七、总结与建议7.1 个人关于本次综合实验的收获与体会本次综合实践最终完成了预期的自动售饮料机的各个功能，符合自动机的设计思想。我认为我的设计还存在以下四点不足：1、 电路工艺方面不够美观，实验板上的连线稍显杂乱。2、 系统只能一次投币一元，不能投入更大面额的纸币，如5元、10元。设计电路时的想法是不同面额的投币钱数相加与不同价格的商品钱数相加原理一致，有重复性，就没有设计得更全面。3、此次设计的商品价格均为偶数，转化为二进制数的最低位始终为0，若有商品价格