1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书1课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 李政颖 工作单位： 信息工程学院 题 目: 银行自动叫号系统的设计与实现 初始条件：本设计既可以使用集成译码器、计数器、脉冲发生器和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建。用数码管、LED 灯显示结果。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1 周。2、技术要求：1）叫号系统的工作流程为：拿号、排号、叫号。2）顾客按下拿号键以后，系统根据排队人数自动为该顾客排号，拿号端两位数码管显示该顾客的编号。系统最大接受 30 个排号，即 1 号到 3
2、0 号。当排号超过 30 时，拿号端两位数码管全灭，报警 LED 灯亮。3）有 5 个窗口为顾客办理业务。当银行客服人员按下自己窗口的叫号键时，叫号端两位数码管显示当前排在第一位的号码。其他窗口按下叫号键时，所叫号码将依次后移。4）当 30 个号码全部叫完，拿号端自动恢复拿号，报警 LED 灯熄灭。5）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少 5 篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4 纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1、 2013 年 5 月 17 日，布置课设具体实施计划
3、与课程设计报告格式的要求说明。2、 2013 年 6 月 23 日至 2013 年 6 月 28 日，方案选择和电路设计。3、 2013 年 6 月 28 日至 2013 年 7 月 2 日，电路调试和设计说明书撰写。4、 2013 年 7 月 3 日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书2系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要 .3Abstract41.银行自动叫号系统总方案 .51.1 方案一： 51.2 方案二： 51.3 方案三： 61.4 系统方案对比论证 62.单元电路的设计与元器件的选择 .62.1 单
4、元电路的设计 .62.1.1 取号系统的原理设计 62.1.2 叫号系统的原理设计 .72.2 元器件的选择 .82.2.1 显示模块的选择论述 .82.2.2 译码器的选择 .92.2.3 计数器的选择 .122.2.4 逻辑门的选择 .153.电路图及 multisim 仿真 .153.1 系统完整电路图 153.2 multisim 仿真完整电路 164.设计仿真出现的问题及解决 .205.收获、体会及建议 .206. 元器件清单 .217. 参考文献 .22武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书3银行自动叫号系统设计与实现摘要本文设计了一套银行排队叫号系统。该系统是以排队抽号顺序为
5、核心，客户利用客户端抽号，工作人员利用叫号端叫号；通过显示器及时显示当前所叫号数，客户及时了解排队信息，通过合理的程序结构来执行排队抽号。以提高排队等待效率，解决排队秩序混乱，前拥后挤等现象，实现排队自动化，规范化。通过该系统的使用，客户不必为排队浪费大量精力，便于管理排队秩序，同时适应信息时代管理数字化的要求，提高服务水平与质量。用微动开关进行抽号叫号，然后经由基本门电路进行处理，最后输出显示在数码管上。通过微动开关给计数器提供上升沿（下降沿）来时计数器计数，记录上升沿（下降沿）的个数，从而记录客户（抽号者）的抽好号码。叫号情况类似抽号，当叫号完后，清零抽号叫号。重新开始抽号叫号。武汉理工大
6、学数字电子技术基础课程设计说明书4AbstractThis paper has designed a line Queue number system. The system is based on the order of the core line pumping, pumping customers using the client number, clients staff called the number called number; through the display shows the current time the call numbers, customers lin
7、e up to keep abreast of information, through reasonable program structure to implement the pumping line number. To improve the efficiency of waiting to address the queue disorder, extrusion and other phenomena after the former owner, to achieve line automation and standardization. Through the use of
8、 the system, customers do not have to line up wasting a lot of energy, easy to manage queuing order, while adapting to the digital information age management requirements, improve service levels and quality.Using the smoke howling, micro switch, and then through the basic circuit, the output display
9、ed on the digital pipe. Through the micro switch to counter rising provide come along (falling edge) count and record rise along (falling edge), the number of customers and record the good smoke (smoke) number.A noise similar to a smoke, when after the cry, smoke howling number zero. Start pumping h
10、owling.武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书51.银行自动叫号系统总方案1.1 方案一：采用如 图 1 所示的原理框图，通过按键给计数器脉冲，并通过译码器驱动数码管显示，完成取号、叫号功能，同时叫号按键外接有源蜂鸣器实现提示客户的作用。叫号按键取号按键数码显示加计数器加计数器加 / 减计数器译码器译码器译码器有源蜂鸣器图 1 方案一系统方框图1.2 方案二：采用如图 2 所示的原理框图，以 ATMEGA16 单片机为核心，利用微动开关抽号及叫号，经单片机处理后，输出到 LCD1602 上显示，完成排队取号流程。图 2 方案二系统方框 武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书61.
11、3 方案三：采用如图 3 所示原理框图，用微动开关进行抽号叫号，然后经由基本门电路进行处理，最后输出显示在数码管上。图 3 方案三系统方框图1.4 系统方案对比论证方案一通过使用逻辑门和集成计数器芯片，选用共阴极数码管及其配套的译码器实现取号叫号的功能。设计所需芯片相对门电路较少;对单片机而言，实现功能较复杂,焊接也相对复杂，但是方案一只需硬件实现即可，而单片机需要写入大量的初始化程序，而造成方案三的工作量变得很大。基于数电理论知识的掌握，并从焊接难易程度，实现功能的难易程度以及节约成本方面综合考虑，我最终选择方案一来实现银行自动叫号系统的功能。2.单元电路的设计与元器件的选择2.1 单元电路
12、的设计2.1.1 取号系统的原理设计设计要求：（1）：顾客按下拿号键以后，系统根据排队人数自动为该顾客排号，拿号端两位数码管显示该顾客数码管显示基本门电路抽号按键叫号按键武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书7的编号。即用两位数码管记录脉冲（按下拿号键）到来后计数器的计数。（2）：系统最大接受 30 个排号，即 1 号到 30 号。即数码管是 30 进制的，可由两位数码管级联扩展得到。（3）：当排号超过 30 时，拿号端两位数码管全灭，报警 LED 灯亮。根据设计要求设计的取号系统（图 4）如下：图 4 取号系统2.1.2 叫号系统的原理设计设计要求：（1）：有 5 个窗口为顾客办理业务。
13、即叫号有五个输入端提供脉冲（按下叫号键）到计数器计数。（2）：当银行客服人员按下自己窗口的叫号键时，叫号端两位数码管显示当前排在第一位的号码。其他窗口按下叫号键时，所叫号码将依次后移。即计数后等待叫下一个号，实际符合计数器的工作机理。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书8（3）：当 30 个号码全部叫完，拿号端自动恢复拿号，报警 LED 灯熄灭。叫号完毕，即计数满进制后，取号系统被清零，LED 不再报警。叫号系统等待下一轮重新叫号。根据设计要求设计的叫号系统（图 5）如下：图 5 叫号系统2.2 元器件的选择2.2.1 显示模块的选择论述方案一：数码管（图 6）显示图 6 四位八段数码管
14、按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书9极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮；共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，
15、八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） ；按能显示多少个“8”可分为 1 位、 2 位、4 位等等数码管。优点：亮度高，显示大。驱动部份的软件简单。缺点：与液晶相比，耗电及体积大，占用引脚较多，显示内容较少。在设计银行自动叫号系统中我选择了共阴七段数码管。通过两位七段数码管的联合读数来显示取号叫号的号码。2.2.2 译码器的选择之前我选择了七段共阴极数码管，多位共阴极数码管将其接地端连在一起，要选择与其配套的译码器，我选择了 74LS48。74LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。74LS48/SN74LS48 引
16、脚功能图如图 7。74LS48 的输出格式如图 8。74LS48 的逻辑图如图 9。74LS48 芯片内部逻辑图 10。7 段显示译码器 74LS48 是输出高电平有效的译码器，其功能表如表 1。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书10图 7 74LS48/SN74LS48 引脚功能图工作电压:5V 74LS48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya Yg ）端外，7448 还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由 7448 真值表可获知 7448 所具有的逻辑功能：
17、（1）7 段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入 DCBA 经 7448 译码，输出高电平有效的 7 段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除 DCBA = 0000 外，RBI 也可以接低电平，见表 1 中 116 行。（2）消隐功能（BI=0 ）此时 BI/RBO 端作为输入端，该端输入低电平信号时，表 1 倒数第 3 行，无论 LT 和 RBI 输入什么电平信号，不管输入 DCBA 为什么状态，输出全为“0”，7 段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时 BI/RBO 端作为输出端
18、， 端输入低电平信号时，表 1 最后一行，与 及 DCBA 输入无关，输出全为“1”，显示器 7 个字段都点亮。该功能用于 7 段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1 ）此时 BI/RBO 端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时 DCBA = 0000，表 1 倒数第 2 行，输出全为“0” ，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个 7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书11表 1 74LS48 的功能表图 8 输出格式图 9 译码器逻辑图武汉理工大
19、学数字电子技术基础课程设计说明书12数码管及其配套译码器的连接如图 11。2.2.3 计数器的选择该系统实际实现的是 30 进制加法计数器的加法计数。经综合考量，我选择集成计数器 40192，通过计数器的级联扩展形成 30 进制加法器。图 10 芯片内部逻辑图图 11 数码管的连接武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书1340192-十进制同步加/减计数器（有预置端，双时钟） 40192 为可预置 BCD 可逆计数器，其内部主要由四位 D 型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。 40192 具有复位 CR、置数控制/LD、并行数据 D0D3、加计数时
20、钟 CPu、减计数时钟 CPD 等输入，当 CR 为高电平时，计数器置零。当/LD 为低电平时，进行预置数操作，D0D3 上的 数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当 CPD“1”时，在 CPu 上跳变时计数器加 1 计数；当 CPu“1”时，在 CPD 上跳变计数器减 1 计数。 除四个 Q 输出外，40192 还有一个进位输出/CO 和一个借位输出/BO，/CO 和/BO 一般为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/CO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/BO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。CC40192 引脚排列 CC40
21、192时同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列如图12 所示。 图 12 CC40192(74LS192)引脚图图中 LD置数端 CPU加计数端 CPD减计数端CO非同步进位输出端 BO非同步借位输出端 D0、D1、D2、D3计数器输入端 Q0、Q1、Q2、Q3数据输出端 CR清除端 CC40192（同 74LS192，二者可互换使用）的功能如表 2武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书14表 2 CC40192（74LC192）的功能表40192 通过级联扩展进制，实现任意进制的转换。级联如图 13。图 13 40192 计数器的级联使用通过级联可以实现
22、将十进制计数器扩展成任意进制，使计数器具有更大的灵活性和实用性。40192 芯片内部逻辑图如图 14。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书15图 14 芯片内部逻辑图2.2.4 逻辑门的选择反馈清零中高低电平的协调配合使用，多输入端的同时输入等情形需要使用逻辑门。在设计银行自动叫号系统中，我使用了多个两输入与非门、与门、或门、非门等来实现取号叫号等端口的连接及中间过程所需的高低电平转换及并联输入形式。此外，还可以使用集成芯片来替换门电路，如用 74LS00 四组 2 输入端与非门代替多组与非门；CD4071 四组 2 输入或门代替多组或门电路；74LS08 四组 2 输入与门来实现多组与
23、门的功能；74LS04集成非门芯片代替多组非门电路等等。使用集成芯片使电路焊接方便，更容易避免出错。电路看起来更加简洁，方便检测，抗干扰能力强。使用时选择集成逻辑门芯片来设计实现自动叫号系统。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书163.电路图及 multisim 仿真3.1 系统完整电路图完整设计电路图在仿真软件 multisim 中设计画出如下图 15：图 15 系统完整电路图工作原理：取号：初始清零后，计数器等待计数。第一个客户按下开关后，取号端计数器由于高电平脉冲触发，计数器计数为 1，并通过译码器在两位数码管上显示出来。此时，叫号端计数器被封锁，叫号不能实现。取号端计数器保持所记
24、的数据直到第二个客户按下取号键，计数器变为 2，如此下去，直到计数满进制达到 30。此时，叫号端封锁被打开，而取号端二极管正极的由之前的低电平变为高电平，发光二极管导通，报警灯亮，其配套译码器灭灯引脚 BI（低电平有效）处电平由高电平变为低电平，取号端数码管灯灭。此时，取号端被封锁，输入脉冲（按下取号键）不再计数。叫号：叫号端封锁被打开后，输入脉冲即能计数，5 个服务窗口用或门连接，因而只要有一个窗口按下叫号键计数器就能计数，并封锁取号端，叫号端计数器工作如取号端计数器，不再赘述。一旦叫号计数器达到 30，叫号系统将被全部清零，回到初始状态。重新进入取号。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说
25、明书173.2 multisim 仿真完整电路依照工作原理，选择取号叫号中的特殊状态来描述设计是否实现自动叫号系统的功能。初始化，计数等待开始。此时，客户还未取号。multisim 仿真如下图 16：图 16 初始化计数器此时，第一个客户按下取号键。multisim 仿真如下图 17：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书18图 17 第一个客户取号仿真图其余客户继续按下取号键，到第四个客户。multisim 仿真如下图 18：图 18 第四个客户取号仿真图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书19到第十三个客户。multisim 仿真图如下图 19：图 19 第十三个客户取号仿真图到
26、第二十五个客户按下取号键，multisim 仿真图如下图 20：图 20 第二十五个客户取号仿真图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书20到第二十九个客户按下取号键，multisim 仿真图如下图 21：图 21 第二十九个客户取号仿真图当计数满三十后，数码管灭，报警灯亮。服务窗口开始叫号，当叫到第一个号。multisim 仿真图如下图 22：图 22 叫号叫到第一个客户仿真图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书21服务窗口叫到三号。multisim 仿真图如下图 23：图 23 叫号叫到第三个客户仿真图当叫号满进制（30）后，叫号系统全部清零。叫号系统又回到初始状态，重新开始下一
27、轮的取号叫号。仿真图的结果显示实现了自动叫号系统的设计。可用于实践！4.设计仿真出现的问题及解决问题及相应解决一：叫号结束后不能自动清零，经检查发现清零端接在了地上，不能自动清零。通过将清零端接在叫号输出对应的逻辑门来反馈实现清零。问题及相应解决二：电压不匹配，导致中间过程有时会出现异常。将电压调到匹配，使电路能正常工作。5.收获、体会及建议在这次数电的课程设计中，我查阅了许多相关的书籍并查阅了各种芯片的信息资料，同时也进行了相关的仿真设计，其中取号叫号的互相封锁我想了很长时间过后，终于想到了方法，这让我在独立思考能力的提高有很大作用。这次设计的银行排队自动叫号系武汉理工大学数字电子技术基础课
28、程设计说明书22统虽然简单不及现在银行中所使用的系统，但也可以较好地让我们理解真正功能的实现，毕竟强大的功能是在其基础上发展来的。而实现其要求的功能，对于那些要求不高的用户仍然可以满足需求。通过这次的课程设计，我深刻地认识到学习只是不能只是一味地对书本中的知识进行学习，而是应该多多实践，动手进行设计。通过对各种器件的连接方式的思考和检验，可以让我们的专业知识更系统地进行整理、归纳和改进，让知识更深刻地印入自己的脑海里，真正地变成自己的东西。同时，遇到了困难可以和同学进行讨论和学习，在巩固了自己的基础知识的同时又对系统设计更近了一步。此外，在这次的课程设计中，我遇到了不少的问题，并且用适当的方法
29、应对各个不同的问题，最终都解决了。这让我了解到了遇到问题并不可怕，只要相信自己，持之以恒，就一定能将一个个难题都攻克。同时，我也学会了用书本、网上查资料、询问同学的方法来解决问题。这次的数电课程设计让我学会了仿真软件 multisim 的使用，并对数电知识的掌握更加精熟。6. 元器件清单元件序编号 元件型号 数量 备注1 CC40192 芯片 4 片 计数器2 74LS48 芯片 6 片 译码器3 74LS00 芯片 1 片 集成与非门4 74LS08 芯片 1 片 集成与门5 74LS04 芯片 1 片 集成非门6 74HC32 芯片 1 片 集成或门7 单刀双掷开关 6 个 模拟输入输出8
30、 发光二极管 1 枚 报警9 10V 直流电源 一个 供能10 开关、导线 若干 连线武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书237. 参考文献1谢自美. 电子线路设计实验测试(第三版). 武汉:华中科技大学出版社,2006 年2毛期俭主编. 数字电路与逻辑设计实验及应用. 人民邮电出版社，2005 年 3伍时和主编. 数字电子技术基础. 清华大学出版社，2009 年 4 月 4赵淑范等主编. 电子技术实验与课程设计. 清华大学出版社，2006 年 8 月 5高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社，2002 年 6吕思忠等主编. 数字电路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2003 年7邓勇等主编. 数字电路设计完全手册. 国防科技大学出版社，2004 年 6 月武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书24本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别专业、班级课程设计题目：银行自动叫号系统课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书25
