自动售货机的逻辑电路设计与仿真_曾菊容

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
［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．
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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 ［ห้องสมุดไป่ตู้图分类号］TN79 + 1 ［文献标志码］A ［文章编号］1673 － 8012（ 2012） 02 － 0051 － 03
（责任编辑 吴 强）
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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． 2． 3 输出电路设计
2012 年 4 月 第 31 卷 第 2 期
重庆文理学院学报 （ 自然科学版） Journal of Chongqing University of Arts and Sciences （ Natural Science Edition）
Apr. ，2012 Vol. 31 No. 2
自动售货机的逻辑电路设计与仿真
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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 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． 2． 2 控制电路设计
［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，2009，28 （ 2） ： 58 － 60．
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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： ①有两个投 币口，分别为 1 元和 5 角投币口； ②每次只能投 入 1 枚 1 元或 5 角硬币； ③投入 1 元 5 角硬币后 机器自动给出 1 瓶矿泉水； ④投入 2 元硬币后， 在给出 1 瓶矿泉水的同时找回 1 枚 5 角的硬币．
图 2 运算电路原理图
投入的硬币通过输入电路转换出的电信号 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
［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．
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．
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； ②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； ③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 角硬币． 其原理图设计如图 4 所示．
接起来，就构成了自动售货机的完整电路图［2］， 并在 Multisim8． 0 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
该门课程所学知识的综合运用能力，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］
图 6 投入 2 枚 1 元硬币的仿真图
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： ①当投入的硬币都是 5 角的， 需要投入 3 次，累加结果为 0101 + 0101 + 0100 =
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图 4 输出电路原理图
2． 4 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
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．
Abstract： The auto vending machine is a machine which can sell goods according to coins put into it． This paper presents the use of digital logic circuit design vending machine of the specific process，and through the Multisim software platform for the simulation test，it verifies the correctness of the design． Key words： vending machine； logic circuit； Multisim
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
2． 1 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．
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
The logic circuit design and simulation of the auto vending machine
ZENG Ju － rong
（ School of Physics and Electronic Engineering，Yinbin University，Yibin Sichuan 644000，China）