硬幣退換課程設計

1、<p><b>　　硬幣兌換系統(tǒng)</b></p><p>　　摘要: 我們在設計此課題中要求設計一個零錢兌換機，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計方案，進行由上而下層次化的設計，先定義和規(guī)定各個模塊的結(jié)構，再對模塊內(nèi)部進行詳細設計。最后將設計好的模塊組合調(diào)試，并模擬仿真。</p><p&g

2、t;　　關鍵詞: 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 設計背景1</p><p>　　1.2 設計概述1</p><p>　　2 總體方案設計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)指標參數(shù)測試19</p><p>　　6.3 系統(tǒng)功能及指標參數(shù)分析19</p><p><b>　　7 結(jié)論20</b></p>&

6、lt;p>　　8 設計總結(jié)21</p><p>　　8.1 設計的收獲體會21</p><p>　　8.2 對設計的進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)，廝打中乘務員又叫來兩人，三人將該大學生打傷；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，我們設計一個在公交車站臺安放的兌換零錢的機器，這樣當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、 設計概述 </b></p><p>　　本設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設計目標</b></p><p>　　當人們需要換幣時，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的硬幣數(shù)。當系統(tǒng)硬幣兌換完后自動停止工作。</p><p><b>　　1.2.2技術路線</b></p><p>　　要實現(xiàn)該設計，就應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行設計、調(diào)試之后再將其組合起來進行整機調(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)設計的框圖，在總體框圖的指導下，作出具體的電路圖，由要設計實現(xiàn)的功能，計算出各個電路元件的值，并逐一對各個元件進行選擇。最后用仿真軟件對設計進行仿真操作，調(diào)試軟件，并對照出的設計有誤的地方進行必要的修正，確保設計的正確。</p><p><b>　　1.2.4必備條件</b>&

13、lt;/p><p>　　要實現(xiàn)該電路的設計，首要的就是要制定出設計的實現(xiàn)框圖，并在老師的指導和參照資料的條件下作出具體電路圖，選定實現(xiàn)實現(xiàn)該設計的各種元器件。另外，還應由必要的軟件幫助設計的完成。</p><p><b>　　2 總體方案設計</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行設計。</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、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關系；同時本節(jié)也會對相關電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。</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?。?元水印，10元水印，20元水印只能同時滿足一個）。當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，當輸入5元時發(fā)光二極管亮5次然后停止，當輸入10元時發(fā)光二極管亮10次然后停止，當輸入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。按設計要求，將3片161擴展成501進制計數(shù)器，也即設定系統(tǒng)一次可以預存500枚硬幣，此計數(shù)器將對所有輸出硬幣進行計數(shù)，當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”，這個時候為異步復位功能。當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還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO= Q0&#

29、183;Q1·Q2·Q3·CET。合理應用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。</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、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應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線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支

31、持總線結(jié)構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙。</p><p>　　ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標準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文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(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設計平臺 先進的自動布局/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設計更為合理；完整的PCB設計功能；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)設置</p><p>　　在系統(tǒng)調(diào)試之前，我們需要對系統(tǒng)進行參數(shù)設置，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計, 為了驗證對理論應用的正確性，選用Protues進行仿真，驗證所設計的電路能否實現(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，當輸入一個數(shù)時，該部分能夠輸出相應數(shù)量的硬幣，當出幣結(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，最終達到了預期的效果。</p><p>　　6 系統(tǒng)功能指標參數(shù)</p><p>

40、　　本節(jié)主要介紹時實現(xiàn)設計的電路。</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、標參數(shù)測試</p><p>　　對于本設計系統(tǒng)的參數(shù)測試，總共分兩步。第一步就是將自己設計的電路用軟件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到正確結(jié)果后，然后將各個模塊連接起來進行整體測試。</p><p>　　經(jīng)過仿真證

42、明我們設計的硬幣兌換系統(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的改進。</p><p>　　隨著科技的進步，新的設計，新的改進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 設計總結(jié)</b></p><p>　　8.1 設計的收獲體會</p><p>　　通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力，在設計過程中，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，平時課間的學習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 對設計的進一步完善提出意見或建議</p&

46、gt;<p>　　通過本次課程設計設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元的紙幣進行識別和硬幣兌換，所以其功能還不夠完善?？梢詫⑵渫晟谱尭竺嬷导垘胚M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行改進，如計數(shù)器的設計如何更隱蔽，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計上給予我的指導、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，我不僅學到了許多新的知識，而且也開

48、闊了視野，提高了自己的設計能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計電路方面的難題。同時也感謝學院為我提供良好的做課程設計的環(huán)境。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學。</p><p><b>　　10 參考文獻</b></p><p

49、>　　[1] 張瑾等．Protel 99SE入門與提高[M]．北京：人民郵電出版社，2007</p><p>　　[2] 彭介華.電子技術課程設計指導[M].北京：高等教育出版社.2006</p><p>　　[3] 電子技術基礎—模擬部分（第5版）[M]．北京：清華大學出版社，2006</p><p>　　[4] 電子技術基礎—數(shù)字部分（第5版）[M]．北京

50、：清華大學出版社，2006</p><p>　　[5] 華成英.電子技術[M].北京.中央廣播電視大學出版社，2006　</p><p>　　[6] 徐學彬.電子技術實驗指導書[M]．成都：西華大學．2009，10</p><p>　　[7］趙淑范等.電子技術實驗與課程設計[M].北京：清華大學出版社，2006</p><p>　　[8］賈更

51、新.電子技術基礎實驗設計與仿真[M].鄭州：鄭州大學出版社，2006</p><p>　　[9］楊旭東等.實用電子電路精選[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[10］朱清慧等．Proteus教程—電子線路設計、制版與仿真[M]．北京：清華大學出版社，</p><p><b>　　附錄：系統(tǒng)仿真總圖</b></p&g