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mulitism自动售货机控制器设计

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个人收集整理 勿做商业用途

电子技术基础课程设计说明书

题目：自动售饮料机控制器设计

学 院： 机电学院
年级专业： 2007级机械电子工程
学 号： 08707042
姓 名： 马亮亮
指导教师： 秦立峰
完成时间: 2010。01.07
成 绩：

中国 陕西 杨凌

摘 要:本文通过对自动售饮料机的功能进行逻辑抽象，分析出所需状态,并进行卡诺图化简，得出逻辑函数表达式.选择合适的元器件，以Multisim为平台搭建电路图，设计出自动售饮料机控制器电路.能够准确判断输入信号,进行出货和找零。
关键词: Multisim；状态;自动售饮料机 ；函数表达式

目 录
摘要…。。....。。.。.。。....。。。.。...。。。。。.。。....。。。。.。。。。。..。。。。...。...。.。。...。..。。。。...。。..。。。.。。。。。..。。。..。..。.。。。.。.。.。.。。..。。..2
关键词…………………………………………………………………………。.。...。.2
一。设计任务……………………………………………………………………….4
1。1设计的目的和意义…………………………………………….。…………4
1。1。1目的………………………………………………………………….4
1.1。2意义…………………………………………………………………。4
1。2初始参数和要求…………………………………………………。。………4
1.2.1初始参数……………………………………………………………。4
1。2.2设计要求……………………………………………………………。4
二。系统设计……………………………………………………………………….。4
2。1系统工作原理……………………………………………………。.………。4
2.2器件选择……………………………………………………。.……………。7
2。3电路设计……………………………………………………。.…………….8
2。4电路仿真测试……………………………………………….。……………11
三.总结……………………………………………………………………………...14
3.1结论…………………………………………………………。.……………14
3.2优点与不足…………………………………………………。。……………14
3.3心得与体会………………………………………………。.………………14
参考文献……………………………………………………….……………………16

16

一 设计任务
1.1设计目的和意义
1。1。1目的
通过自动售货机控制器的设计，使学生复习模拟电子技术、数字电子技术的知识,加深对知识的掌握运用程度,学习用Multisim软件设计、仿真电路图,提高学生创新实践能力和发现问题解决问题的能力。
1。1.2意义
自动售饮料机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所.自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐,甚至出现许多排队购买物品的现象，可见设计自动售饮料机的意义重大。
1.2初始参数和要求
1.2。1
参数：自动售饮料机的投币口每次只能投入一枚五角或一元的硬币，投入一元用A来表示，投入五角用 B来表示，投入钱分别用开关的闭合来表示，初始状态时开关为开路。选用两个D触发器，他们有S0,S1，S2三种状态,且分别对应无输入状态、输入五角钱、输入一元钱三个状态,初始时状态为S0.电路中触发器的复位是由一个开关来实现的，其初始状态为开路.触发器的状态不需要置位.出货和找零由两个探针的亮灭来指示，初始状态下两探针均不亮.
1.2.2
要求：投入一元五角钱硬币后机器自动给出一杯饮料，即红指示探针亮；投入两元硬币后,在给出饮料的同时找回一枚五角的硬币，即红探针和绿探针都亮。触发器的状态要和理论相同,电路功能正常。
二 系统设计
2.1系统工作原理
取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用A=1表示,为投入时A=0.投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0.给出饮料和找钱为两个输出变量，分别以Y、Z表示。给出饮料Y=1,不给时Y=0，找回一枚五角硬币时Z=1,不找时Z=0。
设未投币前电路的初始状态为S0,投入五角硬币后为S1，投入一元硬币（包括投入一枚一元硬币和两枚五角硬币)后为S2。再投入一枚五角硬币后返回S0，同时输出Y=1，Z=0；
如果投入的是一枚一元的硬币，则电路也返回S0，同时输出Y=1,Z=0。因此电路的状态数M=3已足够。根据题意可以列出如表1-1所示的状态转换表，并画出如图1-1的状态转换图。

表1-1 状态转换表

S＊/YZ AB

S

00

01

11

10
S0
S0/00
S1/00
×/××
S2/00
S1
S1/00
S2/00
×/××
S0/10
S2
S2/00
S0/10
×/××
S0/11
00/00
S0
S1
S2
AB/YZ
00/00
01/00
10/10
01/00
10/00
01/10或10/11
00/00

图1—1 状态转换图
因为正常工作时不会出现AB=1的情况，所以与之对应的S＊、Y、Z均作约束项处理。取触发器的位数n=2，则21〈3(M）〈22，故符合要求。今以触发器的状态Q1Q0的00、01、10分别代表S0、S1、S2，则从状态转换图或状态转换表即可画出表示电路次态/输出（Q1＊Q0*/YZ）的卡诺图,如图1-2所示。因为正常工作时不出现Q1Q0=11的状态，所以与之对应的最小项也作约束项处理。

AB
Q1Q0
00
01
11
10
00
00/00
01/00
××/××
10/00
01
01/00
10/00
××/××
00/10
11
××/××
××/××
××/××
××/××
10
10/00
00/10
××/××
00/11

图1—2 电路次态/输出（Q1＊Q0*/YZ）的卡诺图
将图1—2中的卡诺图分解，分别画出表示Q1*Q0*、Y和Z的卡诺图，如图1—3所示。

AB
Q1Q0
00
01
11
10
00
0
0
×
1
01
0

1
×
0
11

×
×
×
×
10
1
0
×
0

(a） Q1*

AB
Q1Q0
00
01
11
10
00
0

1
×
0
01

1
0
×
1
11
×
×
×
×
10
0
0
×
0

（b) Q0*

AB
Q1Q0
00
01
11
10
00
0
0
×
0
01
0

0

×
1
11
×
×
×
×
10
0
1
×
1

（c） Y

AB
Q1Q0
00
01
11
10
00
0
0
×
0
01
0
0

×
0
11
×
×
×
×
10
0
0
×
1

(d） Z
图1—3 图1—2卡诺图的分解
选用D触发器,则从图1-3可以写出电路的状态方程、驱动方程、和输出方程。
状态方程:
Q1＊=Q1A’B'+Q1’Q0’A+Q0B
Q0＊=Q1’Q0’B+Q0A'B’
驱动方程：
D1=Q1A’B'+Q1’Q0’A+Q0B
D0=Q1’Q0’B+Q0A’B’
输出方程：
Y=Q1B+Q1A+Q0A
Z=Q1A
由此，可以画出电路图。
2.2 器件选择
表1-2 元器件清单

元件序号

元件名称

型号与主要参数

数量

备注

1

电阻

1k、4k、10k

2个、1个、5个

2

开关

6个

3

与非门

7400N

2个

4

探针

红色、绿色

6个、1个

验证状态

5

二输入与门

74LS08D

2个

6

三输入与门

74LS11D

2个

7

二输入或非门

7432N

1个

8

三输入或非门

7424N

1个

9

触发器

74LS74D

1个

触发

10

信号电压源

1kHz、5V

1个

提供脉冲信号

2.3电路设计
2。3。1电路图设计
如图1-3自动售饮料机电路图所示，开关J3、J2分别是一元输入口和两元输入口，每当有投币信号产生时，使触发器处在工作状态，从而使输入信号得到记录,当满足出货和找零是，相应的探针会点亮。并且此电路可以回到原来的状态,同时当电路出现异常状态时，可以按开关J1异步清零，使电路恢复正常。
图1—3 自动售饮料机电路图
2.3。2信号输入电路图设计
如图1-4所示6V电源被分压输出，得5V为高电平信号，无输入时,输入端接的是低电平。

图1-4 信号输入电路设计
2.3。2出货找零电路图设计
如图1—5所示上面的红探针和绿探针分别表示出货和找零.

图1—5 出货找零显示图
2.4 电路仿真测试
2.4。1初始状态
电路的初始状态为输入信号为地即低电平，两个D触发器的状态为00及S0，所有的按键为全开状态如图1-6所示

图1-6 初始状态
2.4.2只出货不找零的情况
输入三个五角之后，电路分别的状态为S1、S2,如图1-7、1-8，且输出为出货如图1-9

图1-7 输入一个五角

图1-8 输入两个五角

图1—9 输入三个五角出货
当输入为一个一元和一个五角或者是输入一个五角和一个一元都是上面的最后结果,不再赘述.
2.4。3出货且找零的情况
当连续投入两个一元的硬币后，电路会经历S2 、S0两个状态，且会出货和找零,如图1-10。

图1-10 出货和找零
三 总结
3。1结论
经过自己的努力终于设计出了自动售饮料机的电路图，并且实现了下列功能：
1.用合适的方法将电源转化为输入的脉冲信号，很好的模拟了传感器。
2.设置一个异步清零开关J1，当电路出现错误时，可使电路恢复成初始状态。
3. 投入一元五角钱硬币后机器自动给出一杯饮料，投入两元硬币后，在给出饮料的同时找回一枚五角的硬币.
但是自动售饮料机还不够完善,不能显示售出饮料的数量，但电路出现错误状态是不能自动恢复。
3.2优点与不足
优点：利用输入信号来控制触发器的运行,有效的排除了D触发器下降沿带来的时间延迟，避免了信号延迟带来的功能错误，使功能整个电路达到了预期的功能。
缺点：当电路出现错误状态时，不能够到有效状态，需手动复位，降低了售饮料机的人性化特点.
3。3 心得与体会
转眼之间，我已是大三的学生了，大学生活已经过去了两年半了，两年半来很少有机会自己动手做点东西，一直都是在学习课本上的理论知识，能自己亲自用自己学过的知识做些东西的机会很少，正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在模电、数电刚学完之际,紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的.这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。
入学以来，这是我的第一次电子课程设计。我心中充满了高兴与期望。从最初的高兴到迷茫到失败再到最后的成功.在这两周我学会了很多。特别是课堂上学不到东西.
起初拿到课题时，我觉得和书上的例题很相似，因此我很快的连接完电路图并进行仿真，但结果是我失败了。经过问同学、找老师,发现我的电路图出现许多连接上的问题和元器件使用错误的现象，如总线的连接不正确，输入信号有问题，与门不知型号就用等等，这使我很苦恼，不知该怎么办，但是在老师细心的指导下我掌握了测试的方法。于是我重新查找每个元器件的型号和功能图,进行了解，对Multisim的接线进行初步的试探，然后逐步进行仿真测试，最后整个电路图连通了。但是又有一个新的问题产生了，逻辑功能不正确，经过仔细分析后是D触发器是下降沿触发的原因，当有效信号输入时，由于下降沿没有到来,信号得不到保存和输出，导致功能错误,因此用输入信号来控制D触发器的工作就可以解决问题了。在做完这些测试和修改后，重新搭接电路运行后电路正常工作。当看到自己设计的电路正常工作时，心里有说不出的喜悦.
在两个星期的课程设计中，我曾失落过,也曾一度热情高涨.从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习,我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中,很少有机会能有实践的机会,但我们可以通过这次课程设计好好挺高一下自己的实际动手能力，为以后出来找工作奠定一个良好的基础。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合重要性，只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
通过这次设计，我对以前学过的的模电和数电知识进行了复习，回顾；又通过自动售饮料机的设计深入学习了Multisim软件的使用，对数字电路设计中的逻辑关系、线路搭接问题等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识,温习了以前学的知识，但在设计的过程中,遇到了很多的问题，有一些知识都已经不清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容.
在这次设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学.最后我也要感谢老师能给我这次锻炼的机会,感谢老师对我的细心教导。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！

参考文献
1.《模拟电子技术基础》 华成英 童诗白 高等教育出版社 2006年5月
2.《数字电子技术基础》 阎石 高等教育出版社 2006年5月
3.《实用电子电路200例》 张庆双 机械工业出版社 2003年9月
4.《电子电路实验及应用课题设计》 卢结成 陈力生 田红民等 中国科学技术大学出版
2002年3月
5。《数字电子技术实验指导书》 邓胜全 西北农林科技大学电工电子实验教学中心
2007年9月