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文檔簡介
1、<p><b> 硬幣兌換系統(tǒng)</b></p><p> 摘要: 我們在設(shè)計此課題中要求設(shè)計一個零錢兌換機,用74hc4511、74lvc161、顯示管等實現(xiàn)譯碼、計數(shù)、顯示等功能。我們選擇了一種相對來說較簡單的設(shè)計方案,進(jìn)行由上而下層次化的設(shè)計,先定義和規(guī)定各個模塊的結(jié)構(gòu),再對模塊內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。最后將設(shè)計好的模塊組合調(diào)試,并模擬仿真。</p><p&g
2、t; 關(guān)鍵詞: 譯碼 計數(shù) 顯示 </p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 1 前言1</b></p><p> 1.1 設(shè)計背景1</p><p> 1.2 設(shè)計概述1</p><p> 2 總體方案設(shè)計3<
3、;/p><p> 2.1 方案比較3</p><p> 2.2 方案論證4</p><p> 2.3 方案選擇4</p><p> 3 單元模塊設(shè)計5</p><p> 3.1 硬幣兌換系統(tǒng)組成5</p><p> 3.2電路元器件的選擇9</p><p
4、><b> ?。?軟件簡介12</b></p><p><b> 5 系統(tǒng)調(diào)試9</b></p><p> 5.1系統(tǒng)仿真總圖13</p><p> 5.2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置13</p><p> 5.3功能調(diào)試13</p><p> 5.4調(diào)結(jié)果分
5、析18</p><p> 6 系統(tǒng)功能指標(biāo)參數(shù)19</p><p> 6.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能19</p><p> 6.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試19</p><p> 6.3 系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析19</p><p><b> 7 結(jié)論20</b></p>&
6、lt;p> 8 設(shè)計總結(jié)21</p><p> 8.1 設(shè)計的收獲體會21</p><p> 8.2 對設(shè)計的進(jìn)一步完善提出意見或建議21</p><p><b> 9 致謝22</b></p><p> 10 參考文獻(xiàn)23</p><p><b> 附錄
7、:系統(tǒng)仿真總圖</b></p><p><b> 1 前言</b></p><p><b> 1.1 設(shè)計背景</b></p><p> 公交車現(xiàn)在是大多數(shù)人的主要出行交通方式,這樣很多時候就需要換零錢,但是大部分公交站臺附近并沒有能換零錢的地方,而現(xiàn)在很多都是無人售票,因此給人們帶來了許多的不便。&l
8、t;/p><p> 近年來,在全國各地都發(fā)生過由于乘客沒有零錢而與公交司機發(fā)生沖突的事件。如:2006年9月20日電 哈爾濱市一名大學(xué)生乘坐80路公交車等待找零時,與司機發(fā)生爭執(zhí),廝打中乘務(wù)員又叫來兩人,三人將該大學(xué)生打傷;2010年10月18日上午,乘客吳先生在寧德火車站乘坐18路公交車(火車站—汽車北站)時,因身上沒帶零錢與該公交車司機發(fā)生糾紛,遭到司機的毆打;2012年3月10日,東莞厚街一輛公交車上發(fā)生了一
9、宗暴力事件,一個小伙子因為沒零錢乘車被拒,居然暴打司機,一邊打還一邊說自己是特警,想不到,被打的司機也不好惹,公交還帶著刀,結(jié)果,事情鬧大了;等等。</p><p> 為了盡量避免這樣的事件再次發(fā)生,我們設(shè)計一個在公交車站臺安放的兌換零錢的機器,這樣當(dāng)乘客沒有零錢時就能很放便的在站臺換零錢了。這樣既給乘客帶來了方便,又減少了很多不必要的沖突。</p><p><b> 1.2
10、 設(shè)計概述 </b></p><p> 本設(shè)計是用了三部分相對獨立的分立元件共同組成的硬幣兌換系統(tǒng)。第一部分是錢幣識別、顯示、報警部分;第二部分是由錢幣兌換的出幣系統(tǒng);第三部分是錢幣兌換系統(tǒng)的出幣總數(shù)計數(shù)系統(tǒng)。</p><p><b> 1.2.1設(shè)計目標(biāo)</b></p><p> 當(dāng)人們需要換幣時,存入紙幣,該系統(tǒng)自動檢測錢
11、幣真假。如果為假幣,則報警;如果為真則輸出相應(yīng)的硬幣數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)硬幣兌換完后自動停止工作。</p><p><b> 1.2.2技術(shù)路線</b></p><p> 要實現(xiàn)該設(shè)計,就應(yīng)把整個電路分為幾大模塊。分別是錢幣識別及報警模塊,出幣模塊,總數(shù)計數(shù)模塊。先通過對各個模塊進(jìn)行設(shè)計、調(diào)試之后再將其組合起來進(jìn)行整機調(diào)試。</p><p><
12、b> 1.2.3實施計劃</b></p><p> 首先就是要理清實現(xiàn)設(shè)計的框圖,在總體框圖的指導(dǎo)下,作出具體的電路圖,由要設(shè)計實現(xiàn)的功能,計算出各個電路元件的值,并逐一對各個元件進(jìn)行選擇。最后用仿真軟件對設(shè)計進(jìn)行仿真操作,調(diào)試軟件,并對照出的設(shè)計有誤的地方進(jìn)行必要的修正,確保設(shè)計的正確。</p><p><b> 1.2.4必備條件</b>&
13、lt;/p><p> 要實現(xiàn)該電路的設(shè)計,首要的就是要制定出設(shè)計的實現(xiàn)框圖,并在老師的指導(dǎo)和參照資料的條件下作出具體電路圖,選定實現(xiàn)實現(xiàn)該設(shè)計的各種元器件。另外,還應(yīng)由必要的軟件幫助設(shè)計的完成。</p><p><b> 2 總體方案設(shè)計</b></p><p> 對同一種目的的實現(xiàn),可以用不同的方案,下面就著重介紹以下兩種方案,并比較兩種
14、方案的優(yōu)劣。最后選擇較好的方案進(jìn)行設(shè)計。</p><p><b> 2.1 方案比較</b></p><p><b> 2.1.1 方案一</b></p><p> 系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。</p><p> 圖2.1 方案一的系統(tǒng)框圖</p><p> 工作原理簡
15、述:當(dāng)有紙幣輸入時,錢幣檢測、識別電路工作,如果是假幣或非5元、10元、20元以及不能識別的紙幣,報警電路將發(fā)出嘀嘀嘀的響聲,并把錢幣退出。如果是可以識別的錢幣,系統(tǒng)通過顯示電路將面值顯示在七段發(fā)光二極管數(shù)碼管上,并且計數(shù)出幣電路啟動,紅色發(fā)光二極管按出幣個數(shù)有規(guī)律的閃動,開始出硬幣。并且設(shè)計有總出幣計數(shù)電路,使得機器內(nèi)部沒硬幣時自動提示并停止工作,達(dá)到硬幣兌換效果。</p><p><b> 2.1
16、.2方案二</b></p><p> 系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。</p><p> 圖2.2 方案二的系統(tǒng)框圖</p><p> 工作原理簡述:系統(tǒng)一直處于掃描狀態(tài),沒有紙幣輸入時機器處于休眠狀態(tài),將功耗降到最低,當(dāng)有紙幣輸入時,系統(tǒng)喚醒并識別、判斷。如果是假幣,機器自動沒收并提示,如果是可識別的真幣,系統(tǒng)報面值并啟動兌換系統(tǒng),機器出幣并找零,達(dá)到零
17、錢兌換效果。</p><p><b> 2.2 方案論證</b></p><p> 表2.1 方案一、二論證分析</p><p><b> 2.3 方案選擇</b></p><p> 方案一的原理簡單,所用74HCT4511集成器件和74LS161計數(shù)器,性能可靠,都比較經(jīng)濟,方便實用。成品
18、價格相對實惠,且性價比高,在實際運用中消費人群廣,便于普及,市場潛力相當(dāng)可觀。經(jīng)過綜合考慮,最終選擇了方案一。</p><p><b> 3 單元模塊設(shè)計</b></p><p> 本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系;同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。</p>
19、;<p> 3.1硬幣兌換系統(tǒng) </p><p> 表3.1 換零電路組成表</p><p> 3.1.1模擬紙幣輸入模塊</p><p> 其電路如圖3.1所示:</p><p> 圖3.1模擬紙幣輸入模塊</p><p> 模擬紙幣輸入模塊的電路原理圖如圖所示:5個單刀雙擲開關(guān)模擬了
20、紙幣的輸入及識別,其中SW6模擬紙幣輸入,SW5模擬紙幣的熒光,SW4模擬紙幣的安全線,SW3模擬紙幣的5元水印,SW2模擬紙幣的10元水印,SW1模擬紙幣的20元水印(5元水印,10元水印,20元水印只能同時滿足一個)。當(dāng)有紙幣輸入且同時滿足SW5、SW4和SW3、SW2、SW1中的一個時3個與門將有一個輸出高電平輸出到以后的顯示及控制電路。當(dāng)不滿足以上條件時將通過3個或門輸出低電平以使揚聲器報警。</p><p&
21、gt; 3.1.2譯碼顯示模塊</p><p> 譯碼顯示模塊模塊的原理圖如圖3.2圖所示:</p><p> 圖3.2顯示模塊模塊</p><p> 此模塊由2片4511和2個7段顯示譯碼器組成,當(dāng)模擬紙幣輸入模塊的U1輸出高電平時左邊一個7段顯示譯碼器顯示2,右一個7段顯示譯碼器顯示0。當(dāng)模擬紙幣輸入模塊的U2輸出高電平時左邊一個7段顯示譯碼器顯示1,右
22、一個7段顯示譯碼器顯示0。當(dāng)模擬紙幣輸入模塊的U3輸出高電平時左邊一個7段顯示譯碼器顯示0,右一個7段顯示譯碼器顯示5。</p><p> 3.1.3出幣控制模塊</p><p> 原理圖如圖3.3所示:</p><p> 圖3.3出幣控制模塊</p><p> 出幣控制模塊主要是由4片161組成。其中最左邊一片控制輸出5個硬幣,左邊
23、第二片控制輸出10個硬幣,右邊2片擴展后控制輸出20個硬幣。用一個發(fā)光二極管模擬硬幣輸出,當(dāng)輸入5元時發(fā)光二極管亮5次然后停止,當(dāng)輸入10元時發(fā)光二極管亮10次然后停止,當(dāng)輸入20元時發(fā)光二極管亮20次然后停止。</p><p> 3.1.4總出幣計數(shù)模塊</p><p> 原理圖如圖3.4所示:</p><p> 圖3.4總出幣計數(shù)模塊</p>
24、<p> 總出幣計數(shù)模塊主要是由3片161組成。按設(shè)計要求,將3片161擴展成501進(jìn)制計數(shù)器,也即設(shè)定系統(tǒng)一次可以預(yù)存500枚硬幣,此計數(shù)器將對所有輸出硬幣進(jìn)行計數(shù),當(dāng)500枚硬幣輸出完時此模塊將輸出一提示信號(用發(fā)光二極管模擬)用于提示重新放入硬幣,放入硬幣后手動對計數(shù)器清零。</p><p> 3.2電路元器件的選擇</p><p> 3.2.1 CD4511引腳
25、圖及功能</p><p> 圖3.5 CD4511原件圖</p><p> 圖3.6 CD4511引腳圖</p><p> 表3.2 CD4511引腳功能:</p><p> BI:4腳是消隱輸入控制端,當(dāng)BI=0 時,不管其它輸入端狀態(tài)如何,七段數(shù)碼管均處于熄滅(消隱)狀態(tài),不顯示數(shù)字。 LT:3腳是測試輸入端,當(dāng)B
26、I=1,LT=0 時,譯碼輸出全為1,不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何,七段均發(fā)亮,顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE:鎖定控制端,當(dāng)LE=0時,允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài),譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g:為譯碼輸出端,輸出為高電平1有效。</p><p> CD451
27、1的內(nèi)部有上拉電阻,在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。</p><p> 3.2.2 74LS161引腳圖及功能</p><p> 圖3.7 74LS161原件圖</p><p> 圖3.8 74LS161引腳圖</p><p> 表3.3 74LS161引腳功能:</p><p> 從74L
28、S161功能表功能表中可以知道,當(dāng)清零端CR=“0”,計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”,這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時,在CP信號上升沿作用后,74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3,D2,D1,D0的狀態(tài)一樣,為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后,計數(shù)器加1。74LS161還有一個進(jìn)位輸出端CO,其邏輯關(guān)系是CO= Q0
29、183;Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能,一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。</p><p><b> 4 軟件簡介</b></p><p> Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真
30、單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。具有4大功能模塊 </p><p> 智能原理圖設(shè)計(ISIS)豐富的器件庫超過27000種元器件,可方便地創(chuàng)建新元件;智能的器件搜索:通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件;智能化的連線功能:自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷,大大縮短繪圖時間;支
31、持總線結(jié)構(gòu):使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰;可輸出高質(zhì)量圖紙。</p><p> ProSPICE混合仿真:基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5,實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真;超過27000個仿真器件:可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件,Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件,還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件。 </p><p> 獨特的單片機協(xié)同仿真功
32、能支持主流的CPU類型:如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、等。</p><p> 實用的PCB設(shè)計平臺 先進(jìn)的自動布局/布線功能;支持器件的自動/人工布局;支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線;支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計更為合理;完整的PCB設(shè)計功能;可以輸出多種格式文件?!?lt;/p><p><
33、b> 5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b> 5.1系統(tǒng)仿真總圖</b></p><p><b> 詳見附錄所示。</b></p><p> 5.2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置</p><p> 在系統(tǒng)調(diào)試之前,我們需要對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,如表5.1和5.2所示。</
34、p><p> 表5.1 元件參數(shù)表</p><p><b> 5.3功能調(diào)試</b></p><p> 通過幾天的的理論設(shè)計, 為了驗證對理論應(yīng)用的正確性,選用Protues進(jìn)行仿真,驗證所設(shè)計的電路能否實現(xiàn)兌換硬幣的功能,以及面值顯示、出幣提示的功能。</p><p> 5.3.1 硬幣兌換系統(tǒng)電路</p&g
35、t;<p> 5.3.1.1 調(diào)試目的</p><p> 測試電路能否實現(xiàn)兌換硬幣的功能,以及面值顯示、出幣提示的功能。</p><p> 5.3.1.2顯示電路調(diào)試</p><p> 顯示電路如圖5.1所示:</p><p><b> 圖5.1 顯示電路</b></p><p
36、><b> 圖a</b></p><p><b> 圖b</b></p><p> 圖5.2 均為顯示測試圖</p><p> 圖5.2均為仿真時顯示測試圖,a圖是輸入20塊錢的時候,顯示為20,并一直持續(xù)到出完硬幣,氣短發(fā)光二極管數(shù)碼管消隱,無顯示;b圖同理,為輸入5元紙幣時的情況。</p>
37、<p> 5.3.1.3 計數(shù)部分電路調(diào)試</p><p> 計數(shù)部分電路如圖5.3和5.4所示:</p><p> 圖5.3 出幣計數(shù)部分電路</p><p> 由出幣計數(shù)部分測試可知,當(dāng)輸入一個數(shù)時,該部分能夠輸出相應(yīng)數(shù)量的硬幣,當(dāng)出幣結(jié)束時,自動結(jié)束出幣。</p><p> 5.2.1.4總數(shù)計數(shù)部分電路調(diào)試<
38、/p><p> 總數(shù)計數(shù)部分電路如圖5.4所示</p><p> 圖5.4 總數(shù)計數(shù)部分電路</p><p> 由總數(shù)計數(shù)部分測試可知,當(dāng)系統(tǒng)中的總硬幣兌換完了后,該系統(tǒng)自動停止工作。</p><p> 5.4 調(diào)試結(jié)果分析</p><p> 5.4.1 調(diào)試電路已實現(xiàn)的功能</p><p&
39、gt; 通過先分步調(diào)試后整體調(diào)試的方法,本設(shè)計已實現(xiàn)了硬幣兌換和紙幣識別功能。</p><p> 5.4.2 調(diào)試中遇到的問題和此電路的不足</p><p> 在調(diào)試的過程中遇到了許多的問題,比如說各個參數(shù)的計算,對電路圖的修改等等,在經(jīng)過多次調(diào)試之后,最終達(dá)到了預(yù)期的效果。</p><p> 6 系統(tǒng)功能指標(biāo)參數(shù)</p><p>
40、 本節(jié)主要介紹時實現(xiàn)設(shè)計的電路。</p><p> 6.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能</p><p> 此硬幣兌換系統(tǒng)的用途比較廣泛,可以用于公交車站以及其他的自動售貨機等系統(tǒng)旁邊。當(dāng)人們需要在這些地方使用硬幣時,可以就近兌換,十分方便。 這個系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)之后可以用于更多的場合,也可以用于紙幣的兌換,以及更多錢幣兌換等功能的使用等等。</p><p> 6.2 系統(tǒng)指
41、標(biāo)參數(shù)測試</p><p> 對于本設(shè)計系統(tǒng)的參數(shù)測試,總共分兩步。第一步就是將自己設(shè)計的電路用軟件protel作出具體的線路圖,用protel自帶的檢測功能檢測線路是否連接有誤,直到修改線路至無誤為止。第二步就是將我們的電路的各部分分開進(jìn)行仿真。對此部分仿真可用到仿真軟件proteus。在對每個部分仿真達(dá)到正確結(jié)果后,然后將各個模塊連接起來進(jìn)行整體測試。</p><p> 經(jīng)過仿真證
42、明我們設(shè)計的硬幣兌換系統(tǒng)電路工作正常。</p><p> 6.3 系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析</p><p> 通過前面的參數(shù)計算和仿真的如系統(tǒng)各元件的參數(shù)表如表6.1所示。</p><p><b> 7 結(jié)論</b></p><p> 經(jīng)過課程設(shè)計的實踐說明方案是可行的,此硬幣兌換系統(tǒng)的性能比較可靠,用的元件比
43、較實惠,容易制作。在現(xiàn)實生活中有很大的發(fā)展空間,給人們的生活帶來了極大的便利。</p><p> 當(dāng)然此硬幣兌換系統(tǒng)也存在一些不足的地方,系統(tǒng)總是硬幣存放數(shù)比較小,還有系統(tǒng)硬幣兌換完了后應(yīng)該通過單片機向總部發(fā)出信息等??梢愿鶕?jù)實際使用情況做相應(yīng)的改進(jìn)。</p><p> 隨著科技的進(jìn)步,新的設(shè)計,新的改進(jìn)方案一定會使得此錢幣兌換系統(tǒng)的性能越來越好。</p><p&g
44、t;<b> 8 設(shè)計總結(jié)</b></p><p> 8.1 設(shè)計的收獲體會</p><p> 通過這次課程設(shè)計,加強了我們動手、思考和解決問題的能力,在設(shè)計過程中,經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況,就是心里想老著這樣的接法可以行得通,但實際接上電路,總是實現(xiàn)不了,因此耗費在這上面的時間用去很多。</p><p> 我覺得做課程設(shè)計同時也是對
45、課本知識的鞏固和加強,由于課本上的知識太多,平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能,而且考試內(nèi)容有限,所以在這次課程設(shè)計過程中,我們了解了很多元件的功能,對課本上的知識有了更加深刻的理解,也擴展了我們的知識面,并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。同時我也明白了相互討論共同研究也是很重要的,這樣可以更快的理解原理,做出電路。</p><p> 8.2 對設(shè)計的進(jìn)一步完善提出意見或建議</p&
46、gt;<p> 通過本次課程設(shè)計設(shè)計出來的硬幣兌換系統(tǒng)還有一定的缺陷,因為電路只能對20元,10元,5元的紙幣進(jìn)行識別和硬幣兌換,所以其功能還不夠完善。可以將其完善讓更大面值紙幣進(jìn)行識別和兌換。另外,系統(tǒng)還不能實現(xiàn)紙幣間的相互兌換,也有一點局限。</p><p> 除此之外,還需要根據(jù)不同的地方,用途及情況對某些電路元件做一些比較有針對性的進(jìn)行改進(jìn),如計數(shù)器的設(shè)計如何更隱蔽,更靈活。</p
47、><p><b> 9 致謝</b></p><p> 在這次課程設(shè)計的撰寫過程中,我得到了許多人的幫助。</p><p> 首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助,這是我能順利完成這次報告的主要原因,更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題,讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間,我不僅學(xué)到了許多新的知識,而且也開
48、闊了視野,提高了自己的設(shè)計能力。</p><p> 其次,我要感謝幫助過我的同學(xué),他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計電路方面的難題。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做課程設(shè)計的環(huán)境。</p><p> 最后再一次感謝所有在設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)。</p><p><b> 10 參考文獻(xiàn)</b></p><p
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