1、 收稿日期 2011 11 08 作者简介 曾菊容 ( 1978 ) ， 女 ， 四川资中人 ， 讲师 ， 主要从事数字系统集成和 EDA 技术方面的研究 2012 年 4 月 重庆文理学院学报 ( 自然科学版 ) Apr. ， 2012第 31 卷 第 2 期 Journal of Chongqing University of Arts and Sciences ( Natural Science Edition) Vol. 31 No. 2自动售货机的逻辑电路设计与仿真曾菊容( 宜宾学院物理与电子工程学院 ， 四川 宜宾 644000) 摘 要 自动售货机是能够根据投入的钱币自动售货的机
2、器 ， 文中给出了利用数字逻辑电路设计自动售货机的具体过程 ， 并通过 Multisim 软件平台进行仿真调试 ， 验证了设计的正确性 关键词 售货机 ; 逻辑电路 ; Multisim 中图分类号 TN79+1 文献标志码 A 文章编号 1673 8012( 2012) 02 0051 03随着科技的发展和社会的进步 ， 自动化商业机械有了越来越广泛的应用 自动售货机是能够根据投入的钱币自动售货的机器 ， 是商业自动化的常用设备 ， 不受时间 、地点的限制 ， 能节省人力物力 ， 是社会发展的一种趋势 目前实现自动售货机的方法很多 ， 大多采用 PLC、单片机 、FPGA等方式实现 虽然功能
3、都很完善 ， 但从节约成本方面考虑 ， 本文提出了采用逻辑电路设计自动售货机 ， 既经济又实用 对电子类的初学者来说 ， 能采用数字逻辑电路来设计贴切实际生活的东西 ，更能激发他们的学习兴趣 ， 并且具有一定的挑战性 ， 能体现他们对 数字电子技术 课程相关知识的综合运用能力以及对仿真软件 Multisim 的使用能力 文中利用 74LS 系列数字集成电路设计出了一款自动售货机 1， 其具体功能为 : 有两个投币口 ， 分别为 1 元和 5 角投币口 ; 每次只能投入 1 枚 1 元或 5 角硬币 ; 投入 1 元 5 角硬币后机器自动给出 1 瓶矿泉水 ; 投入 2 元硬币后 ，在给出 1
4、瓶矿泉水的同时找回 1 枚 5 角的硬币 1 自动售货机的设计框图自动售货机的总体设计框图如图 1 所示 1它由 4 部分电路组成 ， 输入电路主要识别硬币的真假和硬币的币值 ， 在本文中不涉及这部分电路的设计 ， 文中的投币输入电路采用开关来模拟 ;运算电路主要完成投入硬币的叠加 ; 输出电路给出货物和找零钱的信号 ; 控制电路根据输入信号和输出信号实现对运算电路的控制 图 1 自动售货机的设计框图2 主要电路的设计21 运算电路设计运算电路由 4 位超前进位加法器 74LS283 和4 位寄存器 74LS175 组成 ， 其原理图如图 2 所示 图 2 运算电路原理图投入的硬币通过输入电路
5、转换出的电信号用两个按钮来模拟 一个表示投入的 1 元硬币 ，转换为加法器输入的二进制数为 “1010”， 另一个表示投入的 5 角硬币 ， 转换为加法器输入的二进制数为 “0101” 寄存器 74LS175 用来暂存叠加结15果 ， 在投币之前系统为零状态 ， 即 74LS175 的 Q端全部输出为 0 这时 74LS283 的一个加数为 0，当有投币信号时 ， 74LS283 实现一次加运算 ， 投币信号产生时通过控制电路产生一个上升沿时钟信号使加的结果同时被置入 74LS175 寄存 若再次投币 ， 74LS283 就实现与上一次投入的硬币叠加 直到投入的硬币数为 1 元 5 角或 2
6、元时 ，通过控制电路产生复位信号为止 这样就完成一次售货 22 控制电路设计控制电路主要完成运算电路中寄存器74LS175 时钟信号的产生和售出货物后复位信号的产生 ， 其设计原理图如图 3 所示 图 3 控制电路原理图当接通电源电压以后 ， R 和 C1电路输出瞬时高电平经过或非门 G4输出低电平 ， 即给出一个复位信号使运算电路中的寄存器 74LS175 置“0”， 电路处于准备状态 当没有投币信号时 ， 门G1输出为高电平 ， 通过门 G2取反 ， 输出为低电平 当有投币信号时 ， 即门 G1有高电平脉冲加入 ， 输出为低电平 ， 通过门 G2取反输出高电平 ，G2的输出由低电平变为高电
7、平 ， 从而得到一个上升沿时钟信号 ， 使寄存器 74LS175 更新寄存加法器的运算结果 为了确保时钟信号到达寄存器时寄存器数据输入端 D1 D4的状态已经稳定地建立起来 ， 在门 G1的输出端加入一个 50 pF的电容 C2构成的延迟环节 当有给出货物信号时 ， 门 G3输出高电平 ， 经过门 G4输出低电平给出一个复位信号给寄存器 74LS175， 使 其 输 出为 “0”， 完成一次售货 ， 电路再次进入售货准备状态 23 输出电路设计输出电路需要得到给出货物和给出零钱两个信号 投入的硬币只能是 1 元和 5 角的 ， 那么就只有 3 种情况 : 当投入的硬币都是 5 角的 ，需要投入
8、 3 次 ， 累加结果为 0101 +0101 +0100 =1111， 即寄存器输出为 1111 时 ， 输出一个高电平 ， 即给出货物信号 ， 此时不找零钱输出显示为0; 当投入的硬币为 1 枚 5 角的和 1 枚 1 元的 ，累加结果为 0101 +1010 =1111， 即寄存器输出为1111 时 ， 输出一个高电平 ， 即给出货物信号 ， 此时不找零钱输出显示为 0; 当投入的硬币均为1 元的 ， 需要投入两次 ， 累加结果为 1010 + 1010=0100， 即寄存器输出为 0100 时 ， 输出一个高电平 ， 即给出货物信号 ， 此时找零钱输出显示为 5，即系统退出 1 枚 5
9、 角硬币 其原理图设计如图 4所示 图 4 输出电路原理图24 整体电路设计及仿真将图 2、图 3 和图 4 按照相互之间的关系连接起来 ， 就构成了自动售货机的完整电路图 2，并在 Multisim80 中进行仿真 3， 其仿真图如图 5和图 6 所示 投入的硬币信号是用两个单刀双掷开关来模拟的 ， 给出货物信号通过一个指示灯显示 ， 找零钱数通过 LED 显示出来 图 5 是当投入3 枚 5 角硬币或投入 1 枚 5 角和 1 枚 1 元硬币的仿真图 ， 此时指示灯亮表示有给出货物信号 ，LED 显示 “0”表示不找零钱 图 6 为当投入 2 枚1 元硬币的仿真图 ， 此时指示灯亮表示有给
10、出货物信号 ， LED 显示 “5”表示找 5 角零钱 图 5 投入 3 枚 5 角硬币或投入 1 枚5 角和 1 枚 1 元硬币的仿真图25图 6 投入 2 枚 1 元硬币的仿真图3 结语本文采用自顶向下和自底向上相结合的方法设计了一款自动售货机 ， 完全采用 74LS 系列电路实现 ， 具有电路简单 ， 设计成本低的特点 而且电路通过 Multisim 进行仿真验证了设计的正确性 电子电路中引入计算机辅助工具 ， 极大地提高了设计效率 ， 相比于传统的方法更加高效 、便捷 、节约成本 如果该设计作为学生学习 数字电子技术 课程的综合性实验 ， 能够体现学生对该门课程所学知识的综合运用能力
11、， 提高学生电子设计软件的使用能力 ， 培养学生电子设计的思维能力 ， 为以后设计更复杂的电路打下坚实的基础 参考文献 1 阎石 数字电子技术基础 : 第 5 版 M 北京 : 高等教育出版社 ， 2005 2 朱力恒 电子技术仿真实验教程 M 北京 : 电子工业出版社 ， 2003 3 尹勇 ， 李林凌 Multisim 电路仿真入门与进阶 M 北京 : 科学出版社 ， 2005 4 郑步生 ， 吴渭 Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用 M 北京 : 电子工业出版社 ， 2002 5 郭仿军 数字电子技术实验课程的改革与探索 J 重庆文理学院学报 : 自然科学版 ， 200
12、9， 28( 2) : 58 60 6 朱家富 电子信息课程教学中的虚拟技术 J 重庆文理学院学报 : 自然科学版 ， 2008， 27( 3) : 88 91 7 习晓远 仿真技术在实验教学中的作用和地位 J 实验室研究与探索 ， 2002， 21( 4) : 26 27The logic circuit design and simulation of the auto vending machineZENG Ju rong( School of Physics and Electronic Engineering， Yinbin University， Yibin Sichuan 644
13、000， China)Abstract: The auto vending machine is a machine which can sell goods according to coins put into it Thispaper presents the use of digital logic circuit design vending machine of the specific process， and through theMultisim software platform for the simulation test， it verifies the correctness of the designKey words: vending machine; logic circuit; Multisim( 责任编辑 吴 强 )35
