武漢理工大學數(shù)電課設-自動售貨飲料機控制電路的設計與實現(xiàn)

1、武漢理工大學數(shù)字電路技術基礎課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 張亞男 專業(yè)班級： 通信1104班 指導教師： 劉可文 工作單位： 信息工程學院 題 目: 自動售貨飲料機控制電路的設計與實現(xiàn) 初始條件：本設計既可以使用計數(shù)器、比較器、脈沖發(fā)生器等和必要的門電路等，也可以使用單片機系統(tǒng)構建。用數(shù)碼管、LED燈顯示結果。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設計工作量：1周。2、技術要求：1）售貨機只接受5角和1元的硬幣，可以用按鈕代替硬幣的投入。投入硬幣的總金額用兩位數(shù)碼管顯示，最大投入金額為9.5元。2）售貨機可以自動出售3種飲料，售價分別

2、是0.5元，1元和1.5元。當顧客完成投幣后，根據(jù)投入金額，各飲料對應的LED將亮起（如投入1元硬幣，0.5元和1元飲料的LED亮起，表示可以購買0.5元或1元飲料）。3）顧客根據(jù)自身需要按下各飲料對應的按鈕，每按一次掉出一瓶飲料，兩位數(shù)碼管顯示剩余金額，LED繼續(xù)指示可購飲料的種類；4）顧客按下“找零”按鈕將使機器發(fā)出找零信號，兩位數(shù)碼管清零。5）確定設計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學課程設計工作規(guī)范要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)范。時間安排：1、 2013年

3、 5 月 16 日，布置課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明。2、 2013年 6 月 27 日至 2013年 6 月 29 日，方案選擇和電路設計。3、 2013年 6 月 30 日至 2013年 7 月 3 日，電路調試和設計說明書撰寫。4、 2013年 7 月 5 日，上交課程設計成果及報告，同時進行答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要IAbstractII1 總體方案設計11.1方案比較選擇11.2 實現(xiàn)自動售貨飲料機功能的總體思路22 硬件單元電路設計32.1 中央控制單元-單片機最小系統(tǒng)32.1.1 STC89C52的介紹32.1

4、.2 51系列單片機最小系統(tǒng)的介紹52.2 投幣單元62.3 選擇購買單元72.4 找零單元82.5 顯示單元82.5.1 可購買類型指示燈顯示82.5.2 余額顯示92.6 原理總圖123 軟件設計133.1 軟件簡介133.1.1 Keil 簡介133.1.2 Proteus 簡介133.2 程序設計154 Proteus 仿真結果及分析165 實物焊接及調試205.1 實物焊接圖205.2 調試過程中出現(xiàn)的問題206 總結及體會217 參考文獻22附錄1：元件清單23附錄2：源程序24摘要本文詳細介紹了自動售貨飲料機系統(tǒng)的方案設計、硬件選擇、軟件規(guī)劃和編寫，并重點描述了自動售貨機系統(tǒng)的工

5、作原理、系統(tǒng)設計、軟件編程的思路。該系統(tǒng)以單片機STC89C52芯片為核心，采用集中控制方式實現(xiàn)了對自動售貨飲料機全過程的自動控制。本系統(tǒng)選擇獨立式鍵盤按鍵作為投幣和貨物選擇端，用數(shù)碼管實現(xiàn)了投幣總數(shù)和余額的顯示功能。此外，系統(tǒng)程序采用keil軟件進行程序的編寫和編譯，并用Proteus軟件進行仿真，最后根據(jù)原理電路焊接實物并調試。關鍵詞:自動售貨飲料機 STC89C52 數(shù)碼管顯示 Proteus仿真AbstractThis paper describes a vending machine system design, hardware selection, software planni

6、ng and preparation, and describes the focus of the work vending machine system theory, system design, software programming mentality. STC89C52 in the system as the core chip, realizes the automatic control of the vending machines entire process by using the centralized control mode. The stand-alone

7、keyboard keys are chose to insert coins and choose the goods side, the Nixie tube is used to realize the function of showing the total number of inserted coins and remaining sum. In addition, the system program using keil software to prepare and compile procedures, and Proteus software is used for s

8、imulation. At last, the material object is welded and debugged according to the schema circuit.Keywords: The Vending Machines STC89C52 Digital Display Proteus SimulationII1 總體方案設計根據(jù)設計要求，自動售貨飲料機主要由四個模塊構成，即投幣模塊、選擇購買模塊、找零模塊和顯示模塊（余額顯示和可購買類型指示燈顯示）。按照此思路，可以用數(shù)字芯片設計，也可以用單片機系統(tǒng)設計，兩種設計方案如下。1.1方案比較選擇方案1：電路從兩部分輸

9、入，第一部分通過開關閉合模擬投幣，投幣后進入計數(shù)器74LS161和二進制全加器74LS283進行累加，通過數(shù)碼管顯示投幣總值。再通過數(shù)值比較器74LS85比較可以購買不同價格的飲料類型。另一部分通過開關閉合模擬選擇飲料，選擇貨物后用編碼器和數(shù)碼管顯示飲料價格，最后將投幣總值和飲料價格一起通過減法器，做差值后顯示。原理框圖如圖1-1所示。圖1-1 方案一原理框圖方案2：用單片機實現(xiàn)自動售飲料功能，通過編寫程序來控制數(shù)碼管上金額的顯示和各種價格的飲料對應的LED燈顯示，通過按鍵的操作來實現(xiàn)投幣，買飲料和找零。原理框圖如圖1-2所示。單片機AT89C51找零按鍵數(shù)碼管顯示余額可購買指示燈購買按鍵投幣

10、 圖1-2 方案二原理框圖分析得出，方案一和方案二都可行。但是，方案一需要使用74LS161，74LS283，74LS85等芯片，電路組成比較復雜，焊接電路花費的時間較長，不容易做出實物。而方案二使用單片機思路清晰，電路簡單易焊接。綜合考慮，我選擇方案二。1.2 實現(xiàn)自動售貨飲料機功能的總體思路采用單片機系列中的STC89C52所組成的單片機最小系統(tǒng)作為中央控制元件。投幣模塊： 用端口P1.0和P1.1作為投幣輸入端，分別表示投入0.5元和1.0元。選擇購買模塊：用端口P1.2、P1.3和P1.4作為選擇購買輸入端，分別表示購買0.5元、1.0元和1.5元的飲料。找零模塊：用端口P1.7作為找

11、零輸入端。顯示模塊：用端口P0.5、P0.6和P0.7作為可購買指示輸出端，分別表示可購買0.5元、1.0元和1.5元的飲料；用端口P2.0-P2.7作為顯示輸出端，連接數(shù)碼管顯示余額。2 硬件單元電路設計2.1 中央控制單元-單片機最小系統(tǒng)2.1.1 STC89C52的介紹STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制作技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其引腳圖如下圖所示。圖2-1 STC89C52引腳圖STC89C52RC引腳功能說明：VCC（40引腳）：電源電壓

12、VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復用總線。此時，P0口內部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口

13、拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（）。在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口的基本功能和P1端口相同。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口引腳上的內容在整個訪問期間不會改變。在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3口的基本功能和P1端口相同。在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一

14、些控制信號。RST（9引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。（29引腳）：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，

15、將不被激活。/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。2.1.2 51系列單片機最小系統(tǒng)的介紹單片機最小系統(tǒng)是能補足單片機工作的最簡單電路，它由單片機、電源、晶體振蕩器、復位電路等構成。它是本系統(tǒng)的處理單元也是控制單元，負責處理信號、外設的接口與控制，同時它也是所有軟件的載體。對

16、51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、時鐘電路、復位電路、輸入/ 輸出設備等。51系列單片機最小系統(tǒng)見下圖。圖2-2 51系列單片機最小系統(tǒng)時鐘電路：XTAL1（19 腳） ：芯片內部振蕩電路輸入端。XTAL2（18 腳） ：芯片內部振蕩電路輸出端。XTAL1 和XTAL2 是獨立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。圖2-2 中采用的是內時鐘模式，即采用利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 12MHz 之間任選

17、，甚至可以達到24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實驗套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20 40pF 之間選擇（本實驗套件使用30pF）。復位電路：在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。5l 系列單片機的復位引腳RST（ 第9 管腳） 出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位操作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關復位。圖2-2 中所示的復

18、位電路就包括了這兩種復位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現(xiàn)上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機有效的復位。圖中所示的復位電阻和電容為經(jīng)典值，實際制作是可以用同一數(shù)量級的電阻和電容代替。EA/VPP（31 腳） 的功能和接法：51 單片機的EA/VPP（

19、31 腳） 是內部和外部程序存儲器的選擇管腳。當EA 保持高電平時，單片機訪問內部程序存儲器；當EA 保持低電平時，則不管是否有內部程序存儲器，只訪問外部存儲器。在本實驗套件中，EA 管腳接到了VCC 上，只使用內部的程序存儲器。P0 口外接上拉電阻：51 單片機的P0 端口為開漏輸出，內部無上拉電阻。所以在當做普通I/O 輸出數(shù)據(jù)時，由于V2 截止，輸出級是漏極開路電路，要使“1”信號（即高電平）正常輸出，必須外接上拉電阻。2.2 投幣單元用端口P1.0和P1.1作為投幣輸入端，分別表示投入0.5元和1.0元。原理電路圖如圖2-3所示。圖2-3 投幣單元原理電路如圖所示，KEY_5為投入0.

20、5元的按鍵開關，與端口P1.0相接。KEY_10為投入1.0元的按鍵開關，與端口P1.1相接。P1.0和P1.1初始置為高電平1，按下開關瞬間，接地置為低電平0，表示投入對應的硬幣。2.3 選擇購買單元用端口P1.2-P1.4作為選擇購買輸入端，分別表示購買0.5元、1.0元和1.5元的飲料。原理電路圖如圖2-4所示。圖2-4 選擇購買單元原理電路如圖所示，KEY_buy5、KEY_buy10和KEY_buy15分別為購買0.5元、1.0元和1.5元飲料的按鍵，分別與端口P1.2-P1.4相連。初始置為高電平1，按下按鍵瞬間，接地置為低電平0，表示購買對應金額的飲料。2.4 找零單元用端口P1

21、.7作為找零輸入端。原理電路圖如圖2-5所示。 圖2-5 找零單元的原理電路如圖所示，KEY_getchange表示找零，與端口P1.7相接。P1.7初始置為高電平1，按下按鍵瞬間，接地置為低電平0，表示找零信號。2.5 顯示單元2.5.1 可購買類型指示燈顯示用端口P0.5-P0.7作為指示燈顯示輸出端，分別連接LED燈指示0.5元、1.0元和1.5元的飲料可以購買。原理電路圖如圖2-6所示。 圖2-6 可購買類型指示燈顯示單元原理電路如圖所示，LED_A、LED_B、LED_C分別用來指示0.5元、1.0元和1.5元的飲料可以購買，分別與端口P0.5-P0.7相接，每個LED燈加一個100

22、歐姆的限流電阻，然后接VCC。P0.5-P0.7初始置為高電平1，此時LED燈截止，為熄滅狀態(tài)。當按鍵輸入后經(jīng)程序控制使P0.5、P0.6或P0.7為低電平時，對應的LED燈導通，為點亮狀態(tài)。2.5.2 余額顯示用端口P2.0-P2.7作為余額顯示輸出端，連接譯碼器分別驅動兩個數(shù)碼管共同顯示余額。原理電路圖如圖2-7所示。圖2-7 余額顯示單元原理電路一、元件選?。猴@示元件選擇了兩個一位共陽數(shù)碼管，并用74LS47譯碼器作為驅動。二、元件介紹：1、74LS47譯碼器74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅動器， 74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼， 可以直接把數(shù)

23、字轉換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。 74LS47為低電平作用。管腳圖如圖2-8所示。圖2-8 74LS47引腳圖引腳功能： （1）LT：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設置的。當LT=0時，無論輸入A3 ，A2 ，A1 ，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，也就是七段將全亮,若驅動的數(shù)碼管正常，是顯示8。 （2）BI：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設置的。當BI=0時，不論LT和輸入A3 ，A2 ，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極數(shù)碼管熄滅。 （3）RBI：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設定的。當對每一位A3= A2 =A1 =A0=0時，本應顯示0

24、，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全為高電平。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。（4）RBO：滅零輸出，它和滅燈輸入BI共用一端，兩者配合使用，可以實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，表2-1列出了74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關系。表2-1 74LS47真值表/ D C B Aa b c d e f g說明0X1X X X X0 0 0 0 0 0 0試燈XX0X X X X1 1 1 1 1 1 1熄滅1000 0 0 01 1 1 1 1 1 1滅零1110 0 0 00 0 0 0 0 0 10

25、1X10 0 0 11 0 0 1 1 1 111X10 0 1 00 0 1 0 0 1 021X10 0 1 10 0 0 0 1 1 031X10 1 0 01 0 0 1 1 0 041X10 1 0 10 1 0 0 1 0 051X10 1 1 01 1 0 0 0 0 061X10 1 1 10 0 0 1 1 1 171X11 0 0 00 0 0 0 0 0 081X11 0 0 10 0 0 1 1 0 092、七段顯示數(shù)碼管七段發(fā)光二極管是多種顯示器中的一種，它可以直接顯示出譯碼器輸出的十進制數(shù)。七段發(fā)光二極管顯示器有共陽接法和共陰接法兩種。共陽接法就是把發(fā)光二極管的陽極

26、都連在一起接到高電平上，輸入低電平有效。七段共陽顯示器的外引線排列圖和內部原理圖如下。圖2-9 數(shù)碼管外引線排列圖 圖2-10 共陽數(shù)碼管內部原理圖三、原理分析：如圖2-7所示，驅動整數(shù)部分數(shù)碼管顯示的譯碼器輸入端A1-D1分別與單片機的端口P2.4-P2.7相接，驅動小數(shù)部分數(shù)碼管顯示的譯碼器輸入端A2-D2分別與單片機的端口P2.0-P2.3相接。編寫程序控制端口P2.0-P2.7，并通過譯碼器驅動數(shù)碼管顯示對應的余額。在實際電路中，譯碼器和數(shù)碼管的對應端口間需加限流電阻，由于實際電路中VCC為5V，而發(fā)光二極管的工作電壓一般在2V左右，故在實物焊接中，我選擇用300歐姆的電阻作為限流電阻

27、。2.6 原理總圖用中央控制單元-單片機最小系統(tǒng)控制投幣模塊，選擇購買模塊，找零模塊和顯示模塊，設計出整體原理圖如圖2-11。圖2-11 整體原理圖3 軟件設計3.1 軟件簡介3.1.1 Keil 簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工

28、具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。C51工具包的整體結構，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可

29、以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。3.1.2 Proteus 簡介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

30、具。目前國內推廣剛起步，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。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和

31、MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真另外，Proteus還有以下功能（1）互動的電路仿真，用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真處理器及其外圍電路：可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。其

32、功能模塊有4部分組成：智能原理圖設計（ISIS）；完善的電路仿真功能（Prospice）；Prospice混合仿真；獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）在Proteus繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在Proteus的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。Proteus不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調

33、試、運行結果等。課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺使用Proteus 軟件進行單片機系統(tǒng)仿真設計, 是虛擬仿真技術和計算機多媒體技術相結合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學生的電路設計能力及仿真軟件的操作能力；在課程設計和全國大學生電子設計競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用 Proteus 進行系統(tǒng)

34、仿真成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設計效率。3.2 程序設計主程序設計思路如圖3-1，源程序見附錄2。 開始初始化設置投幣按鍵掃描數(shù)碼管顯示余額LED指示可購買投幣按鍵處理購買按鍵掃描購買按鍵處理找?guī)虐存I掃描找?guī)虐存I處理圖3-1 主程序設計思路框圖4 Proteus 仿真結果及分析1.設置投幣0.5元，未購買飲料。仿真圖如下：圖4-1 投0.5硬幣，未購買狀態(tài)仿真圖 仿真結果分析：此時，LED_A燈亮，表示0.5元的飲料可以購買；LED_B和LED_C為熄滅狀態(tài)，表示1.0元和1.5元的飲料不能購買。數(shù)碼管上顯示0.5，表示投入金額為0.5元。符合設計要求。2.設置投幣1.0元，

35、未購買飲料。仿真圖如下：圖4-2 投1.0硬幣，未購買狀態(tài)仿真圖仿真結果分析：此時LED_A和LED_B燈亮，表示0.5元和1.0元的飲料可以購買；LED_C處于熄滅狀態(tài)，表示1.5元的飲料不能購買。數(shù)碼管上顯示1.0，表示投入金額為1.0元。符合設計要求。3.多次投入1.0元和0.5元硬幣，未購買飲料。仿真圖如下：圖4-3 多次投1.0元和0.5元硬幣，未購買狀態(tài)仿真圖 仿真結果分析：此時LED_A、LED_B和LED_C都亮，表示0.5元、1.0元和1.5元的飲料均可購買；多次投入1.0元和0.5元硬幣，但最多只能投入9.5元，此時數(shù)碼管上顯示9.5。符合設計要求。 4.兩次投入1.0元，

36、購買1.5元的飲料。仿真結果如下：圖4-4 兩次投入1.0元，購買1.5元飲料的仿真圖仿真結果分析：此時，LED_A燈亮，表示0.5元的飲料可以購買；LED_B和LED_C為熄滅狀態(tài)，表示1.0元和1.5元的飲料不能購買。數(shù)碼管上顯示0.5，表示購買飲料以后余額為0.5元。符合設計要求。5.投入兩個1.0元，購買1.5元的飲料，再找零。仿真結果如下：圖4-5 投入兩個1.0元，購買1.5元的飲料再找零的仿真圖 仿真結果分析：此時LED_A、LED_B和LED_C都為熄滅狀態(tài)，表示0.5元、1.0元和1.5元的飲料均不能購買；按下找零按鍵后，數(shù)碼管顯示為0.0。符合設計要求。 5 實物焊接及調試

37、5.1 實物焊接圖圖5-1 實物焊接圖5.2 調試過程中出現(xiàn)的問題1、開始調試時，數(shù)碼管一直顯示8.8，且所有按鍵都沒效。多次檢查電路焊接和程序燒制后發(fā)現(xiàn)，譯碼器74LS47的3,4,5號引腳均懸空。查詢資料后，將3,4,5號引腳都接為高電平，此時0.5元投幣鍵有作用，但其他按鍵仍然無效。2、再次檢查實物連接，用萬用表測試各點電位，發(fā)現(xiàn)在第二處按鍵接GND時出現(xiàn)了虛焊。再次連接好電路以后，六個按鍵均有效。3、實物調試時，設計要求基本能完成。但是小數(shù)部分的數(shù)碼管顯示時，0一直顯示8，只有整數(shù)部分的數(shù)碼管顯示5或6時，小數(shù)部分的0才顯示正確。多次檢查電路和程序，仍未找出原因。6 總結及體會通過這次

38、數(shù)字電路的設計與制作，我掌握了電子電路的設計方法以及一些元件的使用方法，在焊接電路板過程中也掌握了如何正確焊接電路，并對課本及以前學過的知識有了一個更好的認識。數(shù)字電路技術基礎課程設計不僅幫助我們對理論知識有了更深的理解，而且也將理論與實踐結合起來，提高了我們的動手能力。在這近一個星期中，我們?yōu)榱四軌驕蕰r完成任務，付出了很大的努力，經(jīng)常上網(wǎng)或到圖書館去查找相關資料，然后做仿真，也掌握了仿真軟件Proteus的使用方法，畫圖，焊接電路。本次設計由于考慮到用數(shù)字電路芯片較多，電路較復雜，因此我選擇用單片機來實現(xiàn)設計要求。由于之前沒有接觸過單片機，所以在課程設計開始的一段時間，花了較多時間來學習單片

39、機的相關基礎知識。但是我對多位數(shù)碼管的動態(tài)掃描程序不太了解，而且我的設計只需要兩位顯示，所以我選擇了兩個一位數(shù)碼管，并用兩個譯碼器分別驅動數(shù)碼管顯示。本次設計共用6個按鍵開關，分別表示投幣，選擇購買和找零。4個LED燈，分別指示可購買飲料的類型和找零顯示。然后編寫程序燒入單片機，從而控制各個單元電路的實現(xiàn)。由于我的程序設計基礎不太好，所以在程序代碼編寫這一部分，請教了同學。并在同學的幫助和知道下完成了程序的編寫與運行。仔細回想一下整個過程，感覺是受益匪淺。從原來的只會理論知識到現(xiàn)在可以用理論知識指導實踐做出實際的數(shù)字電路，從中學到了很多東西。記得老師剛布置了設計題目，自己感到一無所措，不知從何

40、下手，但是通過查找多方面的資料，終于對電路設計有了基本構思，從調試方便和成本角度出發(fā)，選擇了一個較為理想的方案，然后畫出了電路圖，掌握其工作原理之后就對電路進行仿真，驗證其功能。接下來就去購買器件和焊接電路板。但是由于焊接過程不太完美，導致實物調試能達到設計要求，但有點小差錯。數(shù)字電子電路的課程設計為我們提供了一個理論與實踐相結合的平臺，使我們從掌握單純的理論知識到學會用理論知識分析解決問題，從而指導實踐。這次訓練使我們的知識更加豐富，而且開拓了我們的思維，培養(yǎng)了獨立實踐和創(chuàng)新精神。7 參考文獻 1劉可文. 數(shù)字電子電路與邏輯設計. 科學出版社，2013.03 2孫梅生電子技術基礎課程設計高等

41、教育出版社，2005 3郭天祥.51單片機C語言教程.電子工業(yè)出版社，2009.01 4徐國華. 電子技能實訓教程. 北京航空航天大學出版社，2006 5謝自美. 電子線路設計·實驗·測試. 第三版. 華中科技大學出版社，2006 6萬嘉若，林康運.電子線路基礎. 高等教育出版社，2006 7梁宗善. 新型集成電路的應用電子技術基礎課程設計.華中科技大學出版社附錄1： 元件清單實驗元件型號數(shù)量單片機最小系統(tǒng)STC89C521發(fā)光二極管SST-R-3528-85105-C-124輕觸開關6電阻100430014數(shù)碼管LG5611BH2譯碼器CT74LS472附錄2：源程序#i

42、nclude <reg52.h>/包括一個52標準內核的頭文件/*變量定義*/sbit KEY_5 = P1 0; /投幣5角按鍵 sbit KEY_10 = P1 1; /投幣1元按鍵sbit KEY_buy5 = P1 2; /購買5角按鍵 sbit KEY_buy10 = P1 3; /購買1元按鍵sbit KEY_buy15 = P1 4; /購買1.5元按鍵sbit KEY_getchange = P1 7; /找?guī)虐存Isbit LED_A = P0 5; /可購買5角的飲料 sbit LED_B = P0 6; /可購買1元的飲料 sbit LED_C = P0 7;

43、/可購買1.5元的飲料sbit LED_getchange = P0 0; /找?guī)胖甘緹?unsigned char count;/投幣總金額unsigned char sorts;/分類標志，指示LED亮滅/*/*/*/*延時函數(shù)*/void DELAY_MS (unsigned int a) /CPU延時1毫秒unsigned int i;while( a- != 0)for(i = 0; i < 60; i+);/*數(shù)碼管顯示函數(shù)*/void show(unsigned char m) P2 = (P2&0XF0)|(m%10); /顯示小數(shù)部分P2 = (P2&0X0F)|(m/10*16); /顯示整數(shù)部分/*/*/*/ /主函數(shù)/void ma