河南理工大学
数
电
课
程
设
计
系别：电气工程系
班级：电信本08-2班
姓名：李敬
学号：320808030206
指导老师：
自动出售邮票机电路的设计
一．设计参数：
1.每次只允许投入一枚五角或一元的硬币，累计投入一元硬币给出一张邮票，
如果投入一元五角硬币，则给出邮票的同时还应找回五角钱。
2.要求用边沿JK触发器和与非门实现，完成状态转换图、卡诺图化简、三
个方程（驱动、输出、状态）、逻辑电路图。
二．设计目的：
随着现代社会的发展，人类社会日趋走向一个物质文明社会。
伴随着我国经济的迅速发展，人们生活水平日益提高，人们对各服务行业的自动化程序要求也就越来越高，作为服务行业的自动化装置，已经开始进入到使用单位，自动售货机更是随处可见极大程度上方便了人们的生活。
三．设计要求：
1 .分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3 .设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
四．系统框图：
找钱累加钱给票
判别电路
识别电路
累加钱数要用数码管显示，显示两位即可。
五．各单元电路的设计：
1.硬币面值识别电路设计
分币仪是将两种硬币（一元、五角），从一个孔投入，从各自的边口落出。
在落出口中的两侧各有一个小孔，一侧装发光二级管D1，另一侧装接收光电三级管T1 ，在没有硬币通过时。
接收光电三极管有光照射，光电三极管导通，使三极管T2 截止；当有硬币通过时，光电三极管瞬间无光照射。
T1截止，三极管T2 导通，这时在T2 端便产生一个负脉冲，这个负脉冲送给自动售货系统，电路图如下：
2.状态转换表
取投币信号为输入逻辑变量。
投入一枚一元硬币时用A=1表示，未投时A=0。
投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0。
给出邮票和找钱为二个输出变量，分别用Y、Z表示。
给出邮票时Y=1，不给出邮票时Y=0；找回一枚五角硬币时Z=1，不找时Z=0。
假定通过传感器产生的投币信号（A=1或B=1）在电路转入新状态的同时
也随之消失，否则将被误认为一次投币信号。
设未投币前电路的初始状态为0S ，投入五角硬币以后为1S ，投入一元硬币（包括投一枚一元硬币和两枚五角硬币人情况）以后为2S 。
因为这样工作中不会出现AB=11的情况，所以与之对应的1n S 。
Y 、Z 均作约束项处理。
状态变换表
3.状态转换图
由状态转换表可知，当己投入一元硬币，再投入一枚五角硬币后电路返回
0S ，同时输出为Y=1，Z=0。
即给出一张邮票，但不找钱；如果投入的是一枚一
元硬币，则电路也返回0S ，同时输出为Y=1,Z=1。
即给出一张邮票，且找回一枚五角硬币。
因此，电路的状态数Ｍ=3己足够。
故可画出如下图所示的状态转换图。
状态转换图 4．卡诺图
令此触发器状态10Q Q 的00，01，10分别代表0S ,1S ,2S ，则从状态转换图或状态转换表即可画出表示电路状态／输出（1110n n Q Q ++／ＹＺ，可卡诺图，如下图所示，因为正常工作时不出现10Q Q =1的状态，所以与之对应的最小项也作约束项处理。
电路次态/输出（1110n n Q Q ++/YZ ）的卡诺图
将上图中的卡诺图分解，分别画出 11n Q +,10n Q +,Y 和Z 的卡诺图，如下图所示：
卡诺图的分解：
X:
Y:
Z:
因为不同逻辑功能的触发器驱动方式不同，所以不同类型触发器设计出的电路也不一样，为此，在设计具体的电路前必须选定触发器的类型。
选择触发器类型时应考虑到器件的供应情况，并应力求减少系统中使用的触发器种类。
本方案依据设计要求选取了D 触发器。
因为电路的状态数M=3, 12〈3（M ）〈 22 ，故取触发器的位数为n=2即可。
2.6 逻辑电路图
现己选定D 触发器，则从前一节的分解卡诺图可写出电路的状态方程，驱动方程和输出方程。
状态方程： 111100n Q Q AB Q Q A Q B +=++
1
0100n Q Q Q B Q AB +=+
驱动方程： 11100D Q AB Q Q A Q B =++
0100D Q Q B Q AB =+
输出方程： 110Y Q B Q A Q A =++ 1Z Q A =
以上三个方程可画出它的状态转换图，如下所示
CLK
A B
Y
3.2 电路参数计算
状态方程： 111100n Q Q AB Q Q A Q B +=++
1
0100n Q Q Q B Q AB +=+
驱动方程: 11100D Q AB Q Q A Q B =++
0100D Q Q B Q AB =+
输出方程: 110Y Q B Q A Q A =++ 1Z Q A = ① 若 1n Q =0,0n Q =0。
即原来没投入硬币
当A=0,B=0时。
Y=0,Z=0.
那当不投入硬币时，不给邮票也不找钱。
当A=0,B=1时， Y=0,Z=0
那当投入一枚五角硬币时，不给邮票，也不找钱。
当A=1,B=0时， Y=0,Z=0
即当投入一格一元硬币时，不给邮票，也不找钱。
当A=1,B=1时， Y=1,Z=0
那当投入一枚一元硬币和一枚五角硬币时，给出一张邮票，但不找钱。
② 若1n Q =1，0n Q =0。
即原来已经投入一枚一元硬币
当A=0,B=0时。
Y=0,Z=0.
那当不投入硬币时，不给邮票也不找钱 当A=0,B=1时， Y=1，Z=0
那当再投入一枚五角硬币时，给出一张邮票，但不找钱。
当A=1,B=0时， Y=1,Z=1
那当再投入一枚一元硬币时，给出一张邮票。
并找回一枚五角硬币，电路回到初始状态。
3.3 整机电路性能分析
该电路较为完整，功能也比较齐全，当投入硬币时。
有数码显示所投入的钱数，若投入的钱数足够，将会自动给出一张邮票，找回所剩余的钱，并有指示灯提示给出邮票和找钱。
同时该电路能够完成自启动，回到初始状态。
当电路进入无效状态11以后，在无输入信号的情况下（即AB=00）不能自行返回有效循环，所以不能自启动。
当AB=01或AB=10时，电路在时钟信号作用下虽然能返回有效循环中去，但收费结果是错误的。
因此，在开始工作时应在异步置零端D R 上加入低电平信号将电路置为00状态。
七．体会与总结：
课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。
首先，我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。
再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，我们无论是搜集、整理材料，还是判别逻辑关系，做状态转换。
这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我们理论与实际问题相结合的能力以及自学、查阅搜集资料的能力；再有，状态转换和卡诺图化减中，我曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是意志、耐力上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。
参考文献
[1] 《实用电路精选》 化学工业出版社
[2] 《数字电子技术基础》 高等教育出版社 [3] 《电子线路实验》 浙江大学出版社
[4] 《模拟与数字电路基础实验》 复旦大学出版社 [5] 《设计逻辑实验技术》 北京邮电大学出版 [6] 《电子系统设计》 高等教育出版社 [7] 《电子技术选修实验》 清华大学出版社 [8] 《数字电路与逻辑设计》 清华大学出版社。
