硬币兑换课程设计实验报告.docx
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硬币兑换课程设计实验报告
课程设计说明书
题目：
硬币兑换系统
专业：
年级：
学生：
学号：
指导教师：
完成日期：
硬币兑换系统
摘要：
我们在设计此课题中要求设计一个零钱兑换机，用CD4511、74LS161、显示管等实现译码、计数、显示等功能。
我们选择了一种相对来说较简单的设计方案，进行由上而下层次化的设计，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。
最后将设计好的模块组合调试，并模拟仿真。
关键词:
译码计数显示
目录
1前言1
1.1设计背景1
1.2设计概述1
2总体方案设计3
2.1方案比较3
2.2方案论证4
2.3方案选择4
3单元模块设计5
3.1硬币兑换系统组成5
3.2电路参数的计算及元器件的选择8
４软件简介10
5系统调试11
5.1系统仿真总图11
5.2系统仿真参数设置12
5.3功能调试12
5.4调结果分析14
6系统功能指标参数15
6.1系统实现的功能15
6.2系统指标参数测试15
6.3系统功能及指标参数分析15
7结论16
8设计总结17
8.1设计的收获体会17
8.2对设计的进一步完善提出意见或建议17
9致谢18
10参考文献19
附录：
系统仿真总图
1前言
1.1设计背景
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，绿色、低碳的生活方式越来越深入人心，人们也越来越多的选择绿色出行。
可是有时候人们并没有零钱，这样就需要换零钱，而大部分公交站台附近并没有能换零钱的地方，给人们带来了许多的不便。
近年来，在全国各地都发生过由于乘客没有零钱而与公交司机发生冲突的事件。
如：
2006年９月２０日电哈尔滨市一名大学生乘坐８０路公交车等待找零时，与司机发生争执，厮打中乘务员又叫来两人，三人将该大学生打伤；2010年10月18日上午，乘客吴先生在宁德火车站乘坐18路公交车（火车站—汽车北站）时，因身上没带零钱与该公交车司机发生纠纷，遭到司机的殴打；2012年3月10日，东莞厚街一辆公交车上发生了一宗暴力事件，一个小伙子因为没零钱乘车被拒，居然暴打司机，一边打还一边说自己是特警，想不到，被打的司机也不好惹，公交还带着刀，结果，事情闹大了；等等。
1.2设计概述
本设计是用了三部分相对独立的分立元件共同组成的硬币兑换系统。
第一部分是钱币识别、显示、报警部分；第二部分是由钱币兑换的出币系统；第三部分是钱币兑换系统的出币总数计数系统。
1.2.1设计目标
当人们需要换币时，存入纸币，该系统自动检测钱币真假。
如果为假币，则报警；如果为真则输出相应的硬币数。
当系统硬币兑换完后自动停止工作。
1.2.2技术路线
要实现该设计，就应把整个电路分为几大模块。
分别是钱币识别及报警模块，出币模块，总数计数模块。
先通过对各个模块进行设计、调试之后再将其组合起来进行整机调试。
1.2.3实施计划
首先就是要理清实现设计的框图，在总体框图的指导下，作出具体的电路图，由要设计实现的功能，计算出各个电路元件的值，并逐一对各个元件进行选择。
最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地方进行必要的修正，确保设计的正确。
1.2.4必备条件
要实现该电路的设计，首要的就是要制定出设计的实现框图，并在老师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图，选定实现实现该设计的各种元器件。
另外，还应由必要的软件帮助设计的完成。
2总体方案设计
对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案，并比较两种方案的优劣。
2.1方案比较
2.1.1方案一
系统框图如图2.1所示。
图2.1方案一的系统框图
工作原理简述：
当有纸币输入时，钱币检测、识别电路工作，如果是假币或非5元、10元、20元以及不能识别的纸币，报警电路将发出嘀嘀嘀的响声，并把钱币退出。
如果是可以识别的钱币，系统通过显示电路将面值显示在七段发光二极管数码管上，并且计数出币电路启动，红色发光二极管按出币个数有规律的闪动，开始出硬币。
并且设计有总出币计数电路，使得机器内部没硬币时自动提示并停止工作，达到硬币兑换效果。
2.1.2方案二
系统框图如图2.2所示。
图2.2方案二的系统框图
工作原理简述：
系统一直处于扫描状态，没有纸币输入时机器处于休眠状态，将功耗降到最低，当有纸币输入时，系统唤醒并识别、判断。
如果是假币，机器自动没收并提示，如果是可识别的真币，系统报面值并启动兑换系统，机器出币并找零，达到零钱兑换效果。
2.2方案论证
表2.1方案一、二论证分析
方案一
优点
电路简单、人性化，出币数目可计，报警电路以及显示电路、提示电路，方便更人性化，性能可靠、实用。
而且制造成本比较低，成品价格相对实惠。
缺点
只能对5元、10元、20元纸币进行兑换，功能不够完善
方案二
优点
功能较完善，使用效果好，平时功耗较低
缺点
无法显示面值，而且不能预知剩余硬币个数，电路较复杂，难实现
2.3方案选择
方案一的原理简单，所用74HCT4511集成器件和74LS161计数器，性能可靠，都比较经济，方便实用。
成品价格相对实惠，且性价比高，在实际运用中消费人群广，便于普及，市场潜力相当可观。
经过综合考虑，最终选择了方案一。
3单元模块设计
本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。
3.1换零电路组
换零电路组成表
模块
作用
模拟纸币输入模块
模拟纸币的识别及假币报警
译码显示模块
显示输入纸币面额
出币控制模块
控制输出指定数量硬币
总出币计数模块
计算输出总硬币数，当预置硬币输出完时给出提示信号
3.1.1模拟纸币输入模块
其电路如图3.1所示：
图3．1
模拟纸币输入模块的电路原理图如图所示：
5个单刀双掷开关模拟了纸币的输入及识别，其中SW6模拟纸币输入，SW5模拟纸币的荧光，SW4模拟纸币的安全线，SW3模拟纸币的5元水印，SW2模拟纸币的10元水印，SW1模拟纸币的20元水印（5元水印，10元水印，20元水印只能同时满足一个）。
当有纸币输入且同时满足SW5、SW4和SW3、SW2、SW1中的一个时3个与门将有一个输出高电平输出到以后的显示及控制电路。
当不满足以上条件时将通过3个或门输出低电平以使扬声器报警。
3.1.2译码显示模块
译码显示模块模块的原理图如图３．２图所示：
图3．2
此模块由2片4511和2个7段显示译码器组成，当模拟纸币输入模块的U1输出高电平时左边一个7段显示译码器显示2，右一个7段显示译码器显示0。
当模拟纸币输入模块的U2输出高电平时左边一个7段显示译码器显示1，右一个7段显示译码器显示0。
当模拟纸币输入模块的U3输出高电平时左边一个7段显示译码器显示0，右一个7段显示译码器显示5。
3.1.3出币控制模块
原理图如图３．３所示：
图3．3
出币控制模块主要是由4片161组成。
其中最左边一片控制输出5个硬币，左边第二片控制输出10个硬币，右边2片扩展后控制输出20个硬币。
用一个发光二极管模拟硬币输出，当输入5元时发光二极管亮5次然后停止，当输入10元时发光二极管亮10次然后停止，当输入20元时发光二极管亮20次然后停止。
3.1.4总出币计数模块
原理图如图３．4所示：
图３．4
总出币计数模块主要是由3片161组成。
按设计要求，将3片161扩展成501进制计数器，也即设定系统一次可以预存500枚硬币，此计数器将对所有输出硬币进行计数，当500枚硬币输出完时此模块将输出一提示信号（用发光二极管模拟）用于提示重新放入硬币，放入硬币后手动对计数器清零。
3.2电路元器件的选择
CD4511引脚图及功能
图3.5CD4511原件图
CD4511引脚功能：
引脚
符号
功能
7126
ABCD
输入端口
3
LT
灯测试端
4
BI
消隐端
5
LE
锁存端
1312111091514
QA---QG
7为输出端
74LS161引脚图及功能
图3.674LS161原件图
74LS161引脚功能：
引脚
符号
功能
3456
D0D1D2D3
输入端口
710
ENPENT
使能端
2
CLK
脉冲输入端
9
LOAD
预置端
1
MR
清零端
14131211
Q0Q1Q2Q3
输出端口
15
RCO
进位端
4软件简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
具有4大功能模块
◆智能原理图设计（ISIS）丰富的器件库
超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：
自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸。
◆ProSPICE混合仿真：
基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：
可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。
◆独特的单片机协同仿真功能
支持主流的CPU类型：
如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、等。
实用的PCB设计平台
先进的自动布局/布线功能；支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能；可以输出多种格式文件。
5系统调试
5.1系统仿真总图
详见附录所示。
5.2系统仿真参数设置
在系统调试之前，我们需要对系统进行参数设置，如表5.1和5.2所示。
表5.1元件参数表
元件
型号
数量
计数器
74LVC161
7
数据选择器
74HC4511
2
七段显示译码器
2
与门
6
或门
3
与非门
3
开关
6
扬声器
YD57一2型
1
电源
220V
二极管
2
脉冲源
1
发光二极管数码管
2
5.3功能调试
通过几天的的理论设计,为了验证对理论应用的正确性，选用Protues进行仿真，验证所设计的电路能否实现兑换硬币的功能，以及面值显示、出币提示的功能。
5.2.1硬币兑换系统电路
5.2.1.1调试目的
测试电路能否实现兑换硬币的功能，以及面值显示、出币提示的功能。
5.2.1.2显示电路调试
显示电路如图5.1所示：
图5.1显示电路
图a
图b
图5.2均为显示测试图
5.2.1.3计数部分电路调试
计数部分电路如图5.3和5.4所示：
图5.3出币计数部分电路
由出币计数部分测试可知，当输入一个数时，该部分能够输出相应数量的硬币，当出币结束时，自动结束出币。
5.2.1.4总数计数部分电路调试
总数计数部分电路如图5.4所示
图5.4总数计数部分电路
由总数计数部分测试可知，当系统中的总硬币兑换完了后，该系统自动停止工作。
5.4调试结果分析
5.3.1调试电路已实现的功能
通过先分步调试后整体调试的方法，本设计已实现了硬币兑换和纸币功能。
5.3.2调试中遇到的问题和此电路的不足
在调试的过程中遇到了许多的问题，比如说各个参数的计算，对电路图的修改等等，在经过多次调试之后，最终达到了预期的效果。
6系统功能指标参数
本节主要介绍时实现设计的电路。
6.1系统实现的功能
此硬币兑换系统的用途比较广泛，可以用于公交车站以及其他的自动售货机等系统旁边。
当人们需要在这些地方使用硬币时，可以就近兑换，十分方便。
这个系统经过改进之后可以用于更多的场合，也可以用于纸币的兑换，以及更多钱币兑换等功能的使用等等。
6.2系统指标参数测试
对于本设计系统的参数测试，总共分两步。
第一步就是将自己设计的电路用软件protel作出具体的线路图，用protel自带的检测功能检测线路是否连接有误，直到修改线路至无误为止。
第二步就是将我们的电路的各部分分开进行仿真。
对此部分仿真可用到仿真软件proteus。
在对每个部分仿真达到正确结果后，然后将各个模块连接起来进行整体测试。
经过仿真证明我们设计的硬币兑换系统电路工作正常。
6.3系统功能及指标参数分析
通过前面的参数计算和仿真的如系统各元件的参数表如表6.1所示。
表6.1元件参数表
元件
型号
数量
计数器
74HCT161
7
数据选择器
74HC4511
2
七段显示译码器
2
与门
6
或门
3
与非门
3
开关
6
扬声器
YD57一2型
1
电源
220V
二极管
2
脉冲源
1
7结论
经过课程设计的实践说明方案是可行的，此硬币兑换系统的性能比较可靠，用的元件比较实惠，容易制作。
在现实生活中有很大的发展空间，给人们的生活带来了极大的便利。
当然此硬币兑换系统也存在一些不足的地方，系统总是硬币存放数比较小，还有系统硬币兑换完了后应该通过单片机向总部发出信息等。
可以根据实际使用情况做相应的改进。
随着科技的进步，新的设计，新的改进方案一定会使得此钱币兑换系统的性能越来越高。
8设计总结
8.1设计的收获体会
8.2对设计的进一步完善提出意见或建议
。
9致谢
10参考文献
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人民邮电出版社，2007
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清华大学出版社，2006
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西华大学．2009，10
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清华大学出版社，2006
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化学工业出版社，2007
[10］朱清慧等．Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真[M]．北京：
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附录：
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