自动售货机

电子技术基础课程设计报告

自动售货机电路设计

姓 名： 李蛟龙 学 号： 091213223 专业班级： 0912132 指导老师： 卢亚鹏/贺伟 所在院系：电气与信息工程学院

2014年6月18日

摘要

自动售货机（Vending Machine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。 从西欧、北美、日本和韩国等地区和国家的情况来看，自动售货机在人们日常生活中扮演越来越重要的角色。1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的。到了20世纪80年代，自动售货机在美国和日本被广泛使用，后逐渐散布世界各地，主要是发达国家。其产品特点是科技含量高；24h服务，售货便利；无需专人盯守，省人工，省成本；售货范围广泛；此外还是一种新颖独特的广告媒体。目前，随着移动商务的发展，自动售货机作为一种方便、直观的移动商务工具，开始在全球各地迅速普及和发展。2 国内外自动售货机的市场发展现状在中国，自动售货机将成为一个潜在的巨大产业，继百货商店、超市之后掀起第三次零售业，其前景非常广阔。售卖的商品可根据摆放场所的需要量身定制，包括冷热饮料、零食、电话卡及国外进口的特色商品等。并且，透过这种智能售货系统，存货、销售、物流信息可以准确、及时地反馈给客户和管理人员。此外，还支持多种交易支付模式，同时方便实现较大金额的支付和交易结算。在2004年，通过手机购物的无线自动售货机在国内开始出现，天津南开戈德公司已研制此种类型的自动售货机。这种新一代自动售货机除了更方便售卖货品之外，还被视为一种传播广泛的广告媒介。在国外，自动售货机发展相对成熟。日本的自动售货业已经有2000多种机型、6000多种商品。在美国，运营商就多达10800家，并且具有与大饮料商、大食品商的合作经验。在日本，由于其无所不在，24h供应，自动售货机很受特别忙碌的人欢迎。3 自动售货机的技术研究现状在自动售货机相关的所有研究领域中，全球对其关键技术的研究主要集中在以下3个方面：a．系统内部销售动作实现方式的研究；b．资金结算及销售信息统计管理的实现方式研究；c．功耗节省模式的研究。根据相关文献资料，系统内部销售动作实现方式的研究已基本成熟，研究最多的主要集中在资金结算及销售信息统计管理的实现方式

本次课程设计通过模拟电路和数字电路的知识设计的简易自动售货机，充分体现了21世纪自动化技术应用在生活中的实例。同时也考验了我们作为自动化类专业掌握的基本电子学常识。

关键字：投币；D触发器；与或门电路

目录

一、概述 ......................................... 错误！未定义书签。

1.1 设计目的:................................................... 4

1.2 任务计划:................................................... 4 1.3 设计要求:.................................. 错误！未定义书签。 二、设计总体方案及硬件设计 ........................ 错误！未定义书签。

2.1 电路的总体原理框图及分析:................................... 5 2.2 工作原理:.................................. 错误！未定义书签。 2.3 所需器件:.................................. 错误！未定义书签。 三、各模块设计 ..................................................... 6 3.1 稳压直流电源的设计：........................................ 6 3.2 主电路投币模块的设计:....................................... 8 3.3 最终电路图:................................................. 9 四、系统调试与仿真 ................................................ 10

4.1 组装与调试5V直流稳压电源和自动售货机控制电路:............. 10 4.2 仿真与调试:................................................ 10 五、课程设计体会 .............................................. 14 5.1 设计体会:.................................................. 14 5.2 存在的不足和改正:.......................................... 14 参考文献 .......................................................... 15

一、概述

1.1 设计目的

1.学会应用数字电路课程的理论知识完成一个课程设计。 2.能够通过设计掌握分析和解决实际问题的能力。 3.通过设计掌握数字电路设计和制作的一般方法。 4.学会使用和查找设计有关的书籍和资料。

5.通过对实际电路的方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试环节， 初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计。

6.学会撰写课程设计总结报告，培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 1.2 设计任务

1.电路需3个输入口，一个为投币一元口，一个为投币五角口，另一个为复位端；

2.采用基本逻辑单元运算器与D触发器构成控制电路；

3.饮料为0.5元，投入0.5元就会自动输出饮料，投入一元就找回五角；

4.进行仿真实验并且完善电路设计。 1.3 任务计划

1. 以数字电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元组成并完成特定功能的电路设计、调试。

2.学习电子系统电路的安装调试技术。

二、设计总体方案及硬件设计

2.1 电路的总体原理框图及分析

按下space ↓ 投币数（即按下开 A 或 B ） → 关键 逻辑运算电路 → 功能指示灯 ↑ ↓ ↓ 清零 输出饮料并找零 5V稳定电源供电 ↑↑↑↑

5.1系统流程图

2.2 工作原理

设计的自动售货机主要由与门，或门，非门，D触发器构成。整个系统流程如图5.1所示 ，它主要由220V转5V稳定电源电路，投币电路，逻辑运算电路，还有指示灯构成，系统整体工作很清晰 。接通电源后，若按下A或B按键，则电路输入电压，经过逻辑运算器及D触发器处理后A灯或B灯亮，随即系统输出饮料并找出零钱；如果按下space按键，系统则自动清零。 2.3 所需器件

所需器件如图6.1所示

型号： 74LS08D 74LS15D 74LS04D 74LS32D 74LS74D Key X V1 功能： 与门 与门 非门 或门 D触发器 按键开关 探针 脉冲发生器 数量： 6 4 2 6 2 3 8 1

图6.1

三、各个模块设计

3.1 稳压直流电源设计

图7.1

工作原理：变压器是这一电源电路起始部分，将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压，就可以进行下一阶段的整流部分。一般规定v1为变压器的高压侧，v2为变压器的低压侧，v1侧的线圈要比v2侧的线圈要多，这样就可以将220V的电网电压降.

双相桥式整流电路，就是将交流电网电压转换为所需电压，整流电路由四只整流二极管组成。下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原理，为简便起见， 这里所选的二极管都是理想的二极管，二极管正向导通时电阻为零，反向导通时电阻无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，经过二极管D1，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D4正向导通，D2、D3反向截止，产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性正好相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，经过二极管D2，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向导通。桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，利用四个二极管，是它们交替导通，从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动

电压.

Space键 A 键 0 1 1 1 1 * 0 0 1 1 B 键 * 0 1 0 1 灯 A 灭 灭 灭 亮 亮 灯 B 灭 灭 亮 灭 亮 灯 Y 灭 灭 亮 亮 亮 灯 Z 灭 灭 灭 亮 亮 图8.1

电容两端电压升高时，电容充电，电压降低时，电容放电，让电压降低时的坡度变得平缓，从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大，能比其它种类的电容大几十到数百倍，并且其额定的容量可以做到非常大，价格比其它种类相比具有相当大的优势，因为其组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。电解电容并联二极管，有效防止了电压反相。而5v的直流电则用7805来转换，如图7.1所示。 3.2主电路投币模块设计

当接通电源时，交流 220V 电压经变压器降压，整流桥堆整流，C6 滤波及C7 稳压，经三端稳压集成电路LM7815 后，产生5V 直流电压，作为系 统的工作电源。经限流电阻限流降压后将发光二极管点亮。 系统控制电路如图3 所示，此电路由一刀双掷开关、基本逻辑运算器（既与、或、 非门）、D 触发器、电灯、脉冲信号发生器组成。该电路即可完成自动售饮料的 功能。 工作原理：用1 表示高电平，用0 表示低电平，且各电灯只有输入高电平时才能 亮灯。若按下开关键A，则电路从A 端输入高电平，开关A 指示灯亮，电流一路 经逻辑运算电 路及触发器后给A 电灯输入高电平，B 电灯输入低电平，所以灯A亮而灯 B 不 亮，另一路经过基本逻辑运算器将高电平输入到灯 Y 及灯 Z,从而导 致灯Y 和灯Z 都亮，即输出饮料并找出零钱；若断开开关A 而按下开关B，A 开 关指示灯熄灭而 B 开关指示灯亮，电流经电路输入电灯 A、B、Y、Z，根据逻辑 关系得电灯B 及Y 输入高电平，而电灯B 及Y 输入低电平，所以系统输出饮料而 不

找出零钱；若同时按下开关键 A 和 B，则经逻辑电路输入到 A、B、Y、Z 都为 高电平，所以都亮灯；若按下开关键space 键使其接地，则系统进行清零。根据以上分析得系统的真值表如图8.1所示

工作过程：如果投入5毛硬币，则灯B亮，灯Y亮，输出饮料；如果投入1元硬币，则灯A亮，灯Y及灯Z都亮，系统输出饮料并找回5毛钱；如果按下space键，则系统进行清零。

图9.1

3.3 最终电路图如图9.1所示

四、系统调试与仿真

图10.1

4.1 按照图7.1和9.1组装与调试5V直流稳压电源和自动售货机控制电路。 4.2 仿真与调试

1、当space键接电源，按下A键时，各灯工作状态如图10.1所示

2、当space键接电源，按下B键时，各灯工作状态如图11.1所示

3、当space键接电源，按下A键B键时，各灯工作状态如图12.1所示

4、当space键接地，各灯工作状态如图13.1所示

图11.1

当space键接电源，按下B键时，各灯工作状态如图11.1所示

图12.1

当space键接电源，按下A键B键时，各灯工作状态如图12.1

图13.1

当space键接地，各灯工作状态如图13.1所示

五、课程设计体会

5.1 设计体会

通过这次对自动售货机的设计制作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于自动售货机的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在队友的帮助下，终于按时完成了任务。同时，我学得到很多实用的知识。总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。 5.2存在的不足和改正

对知识点理解不够透彻，动手能力差。以后得把理论和实践相结合起来学习，这样能更加好的对知识点进行理解！

参考文献

[1] 熊伟等.《multisim10电路设计及仿真应用》.北京：清华大学出版社，2005 .60-97 [2] 阎石等 .《数字电子技术基础》.北京：高等教育出版社，2006.70-149 [3] 李振声.《实验电子技术》.国防工业出版社，2000

[4] 卢结成.《电子电路实验及应用课题设计》.中国科学技术大学出版，2002.30