摘 要

自动取款机（ATM）是一种高度精密的机电一体化设备，能够让用户完成的自助业务包含了运用磁性代码卡或智能卡完成金融交易，很大程度上代替了银行柜面人员的工作。一般可进行现金提取、存款余额查询、账户之间转账等工作。本文首先提出了总的系统设计方案，分别在硬件、软件和设计方法三个方面进行选择和比较；其次，基于EDA技术设计自动取款机余额查询系统，包括识别模块、密码验证模块、余额查询模块和显示模块；最后在Quartus II开发环境下进行系统的仿真，完成自动取款机余额查询系统设计。相比于传统的自动取款机系统，本系统开发周期短、开发成本低并且操作速度快，保密性，稳定性和可修改性以及可扩展性好，有非常大的发展空间。

关键词：自动取款机；EDA；Quartus II

Abstract

ATMs are highly sophisticated electromechanical devices that use magnetic code cards or smart cards to self-service financial transactions to replace bank counter personnel. Can extract cash, check deposit balances, transfers between accounts. In this paper, the general system design plan is first proposed, and the hardware, software and design methods are selected and compared in three aspects. Secondly, the system for designing the balance of the ATM based on EDA technology includes an identification module, a password verification module, and a balance query module. The display module; Finally, the system simulation is performed in the QuratusII development environment to complete the design of the cashpoint balance inquiry system. Compared with the traditional ATM system, this system has a short development cycle, low development cost, and high operating speed. It has good confidentiality, modifiable performance, and scalability, and has a lot of room for development.

Key Words：ATM；EDA；Quartus II

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

第2章 系统结构设计与方案选择 3

2.1 系统结构 3

2.2 系统方案论证 3

2.2.1 设计方式选择 3

2.2.2 软件选择 5

2.2.3 技术选择 6

第3章 识别模块设计 8

3.1 识别模块设计原理 8

3.1.1 设计需求 8

3.1.2 设计原理 8

3.2 识别模块设计 8

3.3 识别模块仿真 9

3.4 小结 11

第4章 密码验证模块设计 12

4.1 密码验证模块设计原理 12

4.1.1 设计需求 12

4.1.2 设计原理 12

4.2 密码验证模块设计 12

4.3 密码验证模块仿真 13

4.4 小结 14

第5章 余额查询模块设计 15

5.1 余额查询模块设计原理 15

5.2 余额查询模块设计 15

5.3 余额查询模块仿真 15

5.4 小结 16

第6章 显示模块设计 17

6.1 显示模块设计原理 17

6.2 显示模块设计 17

6.3 小结 17

第7章 系统实现与仿真 18

7.1 系统整合 18

7.2 系统仿真 18

7.3 小结 18

结 论 20

参考文献 21

附 录 22

致 谢 28

第1章 绪论

随着21世纪科技急速发展，人们生活水平不断的提高，高性能高效率的产品变得越来越受用户的欢迎，所有设备不管是在家庭中，商业领域中还是在工业领域中都开始智能化，比如智能手机，家庭智能遥控开关，数控机床等。其中自动取款机则是其中的佼佼者。

自动取款机又叫ATM，是Automatic Teller Machine的缩写，意思是自动出纳机，由于大部分用于取款，故又被称为自动取款机。它是一种集合计算机技术，互联网技术，自动控制技术于一身的高科技机电一体化设备，是现代银行实现自助服务的关键装置。可进行现金的提取、余额查询、账户之间转账等工作。自动取款机已经变为我们日常生活中不可缺少的重要设备，在减轻银行柜员工作、节省人力资源的时候,也提升了银行业务效率。全天为客户提供基本的银行服务，使得客户在面对冗长的队伍时有更为主动的选择。

公认的自动取款机发明者是英国的Shepard Barron。1968年，国外银行首次提出利用设备进行小金额交易、查询存款等简单业务，旨在降低成本运作资源，完善对大客户、VIP客户的服务能力以获得更高利益。随后提出了自助取款机的概念，并获取了技术供应商的支持，从而出现了自动出纳机及其交易方式，其原型机出现于1969年。美国的化学银行安装了第一台自动取款机。

目前国外生产的自动取款机除了可进行现金提取、余额查询、在账户间进行资金划拨等工作，还可以完成实时入账（包括现金和支票存款）、存折补登、中间业务及其他工作。能够让用户自己快速的完成查询、取款、转账等功能，减少了大量的人力物力，提高了银行的效率。较大的自动取款机生产公司有NCR（National Cash Register）公司和日立（Hitachi)公司，其在自动取款机实用性、安全性和可靠性的研究上投入了大量的人力物力。其运用的技术有：（1）早期TCM（Terminal Control Module）；（2）HI 3（Highly Integrated 3™）TCM及ASB TCM；（3）手指静脉认证技术；（4）异物检测技术；（5）电磁波干扰技术。

为塑造银行的现代化形象，我国在20世纪末期开始引进自动取款机，并在之后的几年里大规模地安装了自动取款机机。经过了长达十几年的时间，人们对它从陌生渐渐变为熟悉，从开始的惊讶变得慢慢地接受。如今国内的自动取款机，用户可以使用信用卡或银行卡，选择办理自助取款、查询余额、账户转账、现金存款，购买基金，修改密码，缴纳话费等业务。目前国内的自动取款机应用的大部分是Windows XP系统，运用的主要技术包括准确识别钞票技术、快速钞票处理技术等，为了使自动取款机更加安全、坚固和可靠加入了硬加密技术等。近年国内更是研发出了生物特征识别自动取款机，可根据人像识别、指静脉识别、虹膜识别完成身份认证，使得自动取款机的安全性得到了进一步的提升。

本文基于EDA技术完成自动取款机余额查询系统的设计，首先在Quratus II上编写程序，再完成测试文件的调试并进行仿真，实现对银行卡的读取识别、密码的验证、以及余额查询和显示功能，完成对自动取款机余额查询系统的模拟，实现了一个简单的人机交互界面。

第2章 系统结构设计与方案选择

2.1 系统结构

自动取款机余额查询系统可分为：银行卡识别、密码验证、余额查询和显示控制。其系统框图如图2.1所示：

自动取款机余额查询系统

密码验证

显示

余额查询

银行卡识别

图2.1 系统框图

银行卡识别模块：对银行卡账号进行识别，与系统内部的账号相对比，读取到相同的账号信息后产生使能信号，进入密码验证模块。

密码验证模块：当系统读取到识别模块传来的使能信号时开始工作，验证用户输入的密码，若密码正确，则产生使能信号，用户继续进行余额查询；若密码错误未通过验证，则需重新输入密码或结束业务退卡。

余额查询模块：接收到验证模块传来的信号时响应，进行余额查询。

显示控制模块：显示界面，包括对银行卡识别信息的显示，密码输入，退格和验证的显示以及用户余额的显示。

2.2 系统方案论证

2.2.1 设计方式选择

方案一：基于单片机的自动取款机设计。常见的自动取款机模拟设计主要以单片机作为核心控制器，整个系统可分成四个部分：单片机控制器、按键输入部分、存储部分以及电源电路部分，如图2.2.1所示。本技术方案将总的模块控制以STC89C52RC单片机作为核心，利用软件编写程序使之能够检测键盘矩阵信号从而进行按键输入，经过数据处理，由LCD12864完成系统同步显示的信息界面。

图2.2 基于单片机的自动取款机系统

（1）STC89C52RC单片机算术运算能力强，可进行软件编程完成各种算法和逻辑控制。由于C52单片机耗能低、体积小、技术完善且芯片成本低，使用方便。还可以通过编程完成对步进电机的预设速度显示。但其开发周期较长，要实现功能扩展较为麻烦且外围接口成本较高，其接口控制能力也相对较弱，运行速度较慢，不符合用户追求方便快捷的操作体验的需求。

（2）存储结构部分选择24C02芯片，因为任务书中没有对系统与上位机进行通信要求，所以为了实现对密码存储和读取功能，在本设计中利用了密码验证模块。

（3）显示部分采用LCD12864显示。LCD12864显示器有着信息显示清晰、价格成本低，且只需占用少量的单片机I/O口。

（4）按键输入部分运用独立式按键与键盘相配合的形式，总体设置九个独立按键及一个4*4键盘实现人机交互。该方式实现起来较为繁琐，但行列式键盘在同样多的I/O口线的情况下能承载更多的按键，其查询工作方式也不必另接门电路。

方案二：基于EDA技术的自动取款机余额查询系统。如今EDA（电子设计自动化）是电子工程领域的一大热门技术，设计者运用不同的开发工具，根据产品的需求进行程序硬件语言和电路原理图的设计，并编译仿真，测试产品实现的功能，然后配置/编程至FPGA（现场可编程门阵列）或者CPLD（复杂可编程逻辑器件）硬件来完成产品的设计。

整个系统可分成对银行卡的识别，输入密码的验证，余额信息的查询和整体的显示。系统采用CPLD作为核心控制器，CPLD主要是由核心的可编程互连矩阵与周边的可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)单元组成。可编程逻辑宏单元结构较复杂，其中I/O单元冗杂互连，能够生成符合设计需求的电路结构，实现一定的功能。由于在CPLD内部使用一定长度的金属线来连接逻辑块，因此能够设计出具有时间可预测性的逻辑电路，这避免了不完整预测分段互连结构的时序的缺点。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能，该模块具有大尺寸和高密度。它将所有器件集成在一个芯片上，减小尺寸并提高稳定性。为提高系统运行速度，CPLD采用了并行输入输出方式，适合作为控制核心控制大规模实时系统。 根据CPLD输入的参数，判断要执行的命令并调用相应的程序接口。整体显示采用液晶显示器，液晶显示器不仅可以实现数码管的显示字符、数字功能，还可以完成各种曲线、图形和汉字的显示，具有功耗低、体积小、质量轻等优点。

方案比较：现代社会，产品更替的速度越来越快，于是产品的开发周期变得更短，开发成本更加低廉，对保密性、可扩展性以及可修改性也有更高的要求。而单片机的开发周期较长，外围接口成本较高不太适合目前产品的发展趋势，相比于单片机，EDA技术是将计算机作为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VerilogHDL或VHDL完成设计文件，然后由计算机将自动地完成一系列后续任务。在很大程度上提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的负担。其中广泛应用于电子技术设计领域的CPLD，具有编程灵活、高度集成、缩短设计开发周期、兼容性好、开发平台一流、低廉的制造成本、对设计者的硬件经验要求低、不用对标准产品进行测试、安全性强、价格大众化等特点，非常适合设计者与用户的需求。因此，选用方案二，即设计基于EDA技术的自动取款机余额查询系统。

2.2.2 软件选择

常用的CPLD/FPGA软件设计开发环境有ISE和Quartus II。

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