3-銀行自動叫號系統(tǒng).doc

武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 李政穎 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 銀行自動叫號系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 初始條件：本設(shè)計既可以使用集成譯碼器、計數(shù)器、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等，也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建。用數(shù)碼管、LED燈顯示結(jié)果。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計工作量：1周。2、技術(shù)要求：1）叫號系統(tǒng)的工作流程為：拿號、排號、叫號。2）顧客按下拿號鍵以后，系統(tǒng)根據(jù)排隊人數(shù)自動為該顧客排號，拿號端兩位數(shù)碼管顯示該顧客的編號。系統(tǒng)最大接受30個排號，即1號到30號。當(dāng)排號超過30時，拿號端兩位數(shù)碼管全滅，報警LED燈亮。3）有5個窗口為顧客辦理業(yè)務(wù)。當(dāng)銀行客服人員按下自己窗口的叫號鍵時，叫號端兩位數(shù)碼管顯示當(dāng)前排在第一位的號碼。其他窗口按下叫號鍵時，所叫號碼將依次后移。4）當(dāng)30個號碼全部叫完，拿號端自動恢復(fù)拿號，報警LED燈熄滅。5）確定設(shè)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(shè)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(xiàn)。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：1、 2013年5 月17日，布置課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求說明。2、 2013 年 6 月23日至 2013 年 6 月 28日，方案選擇和電路設(shè)計。3、 2013 年 6 月 28日至 2013 年7 月 2 日，電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。4、 2013年 7月 3日，上交課程設(shè)計成果及報告，同時進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要3Abstract41.銀行自動叫號系統(tǒng)總方案51.1方案一：51.2方案二：51.3方案三：61.4系統(tǒng)方案對比論證62.單元電路的設(shè)計與元器件的選擇62.1 單元電路的設(shè)計62.1.1取號系統(tǒng)的原理設(shè)計62.1.2 叫號系統(tǒng)的原理設(shè)計72.2 元器件的選擇82.2.1 顯示模塊的選擇論述82.2.2 譯碼器的選擇92.2.3 計數(shù)器的選擇122.2.4 邏輯門的選擇153.電路圖及multisim仿真153.1系統(tǒng)完整電路圖153.2 multisim仿真完整電路164.設(shè)計仿真出現(xiàn)的問題及解決205.收獲、體會及建議206. 元器件清單217. 參考文獻(xiàn)22銀行自動叫號系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要本文設(shè)計了一套銀行排隊叫號系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以排隊抽號順序為核心，客戶利用客戶端抽號，工作人員利用叫號端叫號；通過顯示器及時顯示當(dāng)前所叫號數(shù)，客戶及時了解排隊信息，通過合理的程序結(jié)構(gòu)來執(zhí)行排隊抽號。以提高排隊等待效率，解決排隊秩序混亂，前擁后擠等現(xiàn)象，實現(xiàn)排隊自動化，規(guī)范化。通過該系統(tǒng)的使用，客戶不必為排隊浪費大量精力，便于管理排隊秩序，同時適應(yīng)信息時代管理數(shù)字化的要求，提高服務(wù)水平與質(zhì)量。用微動開關(guān)進(jìn)行抽號叫號，然后經(jīng)由基本門電路進(jìn)行處理，最后輸出顯示在數(shù)碼管上。通過微動開關(guān)給計數(shù)器提供上升沿（下降沿）來時計數(shù)器計數(shù)，記錄上升沿（下降沿）的個數(shù)，從而記錄客戶（抽號者）的抽好號碼。叫號情況類似抽號，當(dāng)叫號完后，清零抽號叫號。重新開始抽號叫號。AbstractThis 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 line 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 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 displayed 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 howling.1.銀行自動叫號系統(tǒng)總方案1.1方案一：采用如圖 1所示的原理框圖，通過按鍵給計數(shù)器脈沖，并通過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示，完成取號、叫號功能，同時叫號按鍵外接有源蜂鳴器實現(xiàn)提示客戶的作用。 圖 1 方案一系統(tǒng)方框圖1.2方案二： 采用如圖2所示的原理框圖，以 ATMEGA16單片機(jī)為核心，利用微動開關(guān)抽號及叫號，經(jīng)單片機(jī)處理后，輸出到LCD1602上顯示，完成排隊取號流程。 圖2 方案二系統(tǒng)方框 1.3方案三： 采用如圖3所示原理框圖，用微動開關(guān)進(jìn)行抽號叫號，然后經(jīng)由基本門電路進(jìn)行處理，最后輸出顯示在數(shù)碼管上?；鹃T電路 數(shù)碼管顯示叫號按鍵抽號按鍵 圖3 方案三系統(tǒng)方框圖1.4系統(tǒng)方案對比論證 方案一通過使用邏輯門和集成計數(shù)器芯片，選用共陰極數(shù)碼管及其配套的譯碼器實現(xiàn)取號叫號的功能。設(shè)計所需芯片相對門電路較少;對單片機(jī)而言，實現(xiàn)功能較復(fù)雜,焊接也相對復(fù)雜，但是方案一只需硬件實現(xiàn)即可，而單片機(jī)需要寫入大量的初始化程序，而造成方案三的工作量變得很大。基于數(shù)電理論知識的掌握，并從焊接難易程度，實現(xiàn)功能的難易程度以及節(jié)約成本方面綜合考慮，我最終選擇方案一來實現(xiàn)銀行自動叫號系統(tǒng)的功能。2.單元電路的設(shè)計與元器件的選擇2.1 單元電路的設(shè)計2.1.1取號系統(tǒng)的原理設(shè)計設(shè)計要求：（1）：顧客按下拿號鍵以后，系統(tǒng)根據(jù)排隊人數(shù)自動為該顧客排號，拿號端兩位數(shù)碼管顯示該顧客的編號。即用兩位數(shù)碼管記錄脈沖（按下拿號鍵）到來后計數(shù)器的計數(shù)。（2）：系統(tǒng)最大接受30個排號，即1號到30號。即數(shù)碼管是30進(jìn)制的，可由兩位數(shù)碼管級聯(lián)擴(kuò)展得到。（3）：當(dāng)排號超過30時，拿號端兩位數(shù)碼管全滅，報警LED燈亮。根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計的取號系統(tǒng)（圖4）如下： 圖4 取號系統(tǒng)2.1.2 叫號系統(tǒng)的原理設(shè)計設(shè)計要求：（1）：有5個窗口為顧客辦理業(yè)務(wù)。即叫號有五個輸入端提供脈沖（按下叫號鍵）到計數(shù)器計數(shù)。（2）：當(dāng)銀行客服人員按下自己窗口的叫號鍵時，叫號端兩位數(shù)碼管顯示當(dāng)前排在第一位的號碼。其他窗口按下叫號鍵時，所叫號碼將依次后移。即計數(shù)后等待叫下一個號，實際符合計數(shù)器的工作機(jī)理。（3）：當(dāng)30個號碼全部叫完，拿號端自動恢復(fù)拿號，報警LED燈熄滅。叫號完畢，即計數(shù)滿進(jìn)制后，取號系統(tǒng)被清零，LED不再報警。叫號系統(tǒng)等待下一輪重新叫號。根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計的叫號系統(tǒng)（圖5）如下：圖5 叫號系統(tǒng)2.2 元器件的選擇2.2.1 顯示模塊的選擇論述方案一：數(shù)碼管（圖6）顯示圖6 四位八段數(shù)碼管按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮；共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。優(yōu)點：亮度高，顯示大。驅(qū)動部份的軟件簡單。缺點：與液晶相比，耗電及體積大，占用引腳較多，顯示內(nèi)容較少。在設(shè)計銀行自動叫號系統(tǒng)中我選擇了共陰七段數(shù)碼管。通過兩位七段數(shù)碼管的聯(lián)合讀數(shù)來顯示取號叫號的號碼。2.2.2 譯碼器的選擇之前我選擇了七段共陰極數(shù)碼管，多位共陰極數(shù)碼管將其接地端連在一起，要選擇與其配套的譯碼器，我選擇了74LS48。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48/SN74LS48 引腳功能圖如圖7。74LS48的輸出格式如圖8。74LS48的邏輯圖如圖9。74LS48芯片內(nèi)部邏輯圖10。7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其功能表如表1。 圖7 74LS48/SN74LS48 引腳功能圖工作電壓:5V74LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT= 0）此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT端輸入高電平信號，RBI端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。表1 74LS48的功能表圖8 輸出格式 圖9 譯碼器邏輯圖圖10 芯片內(nèi)部邏輯圖 數(shù)碼管及其配套譯碼器的連接如圖11。圖11 數(shù)碼管的連接2.2.3 計數(shù)器的選擇該系統(tǒng)實際實現(xiàn)的是30進(jìn)制加法計數(shù)器的加法計數(shù)。經(jīng)綜合考量，我選擇集成計數(shù)器40192，通過計數(shù)器的級聯(lián)擴(kuò)展形成30進(jìn)制加法器。 40192-十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器（有預(yù)置端，雙時鐘）40192為可預(yù)置BCD可逆計數(shù)器，其內(nèi)部主要由四位D型觸發(fā)器組成，與一般計數(shù)器不同之處在于加計數(shù)器和減計數(shù)器分別由兩個時鐘輸入端。40192具有復(fù)位CR、置數(shù)控制/LD、并行數(shù)據(jù)D0D3、加計數(shù)時鐘CPu、減計數(shù)時鐘CPD等輸入，當(dāng)CR為高電平時，計數(shù)器置零。當(dāng)/LD為低電平時，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，D0D3上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中，計數(shù)操作由兩個時鐘輸入控制。當(dāng)CPD“1”時，在CPu上跳變時計數(shù)器加1計數(shù)；當(dāng)CPu“1”時，在CPD上跳變計數(shù)器減1計數(shù)。除四個Q輸出外，40192還有一個進(jìn)位輸出/CO和一個借位輸出/BO，/CO和/BO一般為高電平，只有在加計數(shù)模式，當(dāng)計數(shù)器達(dá)到最大狀態(tài)時，/CO輸出一個寬度為半個時鐘周期的負(fù)脈沖，在減計數(shù)模式，當(dāng)計數(shù)器全為零時，/BO輸出一個寬度為半個時鐘周期的負(fù)脈沖。CC40192引腳排列 CC40192時同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列如圖12所示。 圖12 CC40192(74LS192)引腳圖圖中LD置數(shù)端 CPU加計數(shù)端 CPD減計數(shù)端 CO非同步進(jìn)位輸出端 BO非同步借位輸出端 D0、D1、D2、D3計數(shù)器輸入端 Q0、Q1、Q2、Q3數(shù)據(jù)輸出端 CR清除端 CC40192（同74LS192，二者可互換使用）的功能如表2表2 CC40192（74LC192）的功能表40192通過級聯(lián)擴(kuò)展進(jìn)制，實現(xiàn)任意進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。級聯(lián)如圖13。圖13 40192計數(shù)器的級聯(lián)使用 通過級聯(lián)可以實現(xiàn)將十進(jìn)制計數(shù)器擴(kuò)展成任意進(jìn)制，使計數(shù)器具有更大的靈活性和實用性。40192芯片內(nèi)部邏輯圖如圖14。圖14 芯片內(nèi)部邏輯圖2.2.4 邏輯門的選擇反饋清零中高低電平的協(xié)調(diào)配合使用，多輸入端的同時輸入等情形需要使用邏輯門。在設(shè)計銀行自動叫號系統(tǒng)中，我使用了多個兩輸入與非門、與門、或門、非門等來實現(xiàn)取號叫號等端口的連接及中間過程所需的高低電平轉(zhuǎn)換及并聯(lián)輸入形式。此外，還可以使用集成芯片來替換門電路，如用74LS00四組2輸入端與非門代替多組與非門；CD4071四組2輸入或門代替多組或門電路；74LS08四組2輸入與門來實現(xiàn)多組與門的功能；74LS04集成非門芯片代替多組非門電路等等。使用集成芯片使電路焊接方便，更容易避免出錯。電路看起來更加簡潔，方便檢測，抗干擾能力強(qiáng)。使用時選擇集成邏輯門芯片來設(shè)計實現(xiàn)自動叫號系統(tǒng)。3.電路圖及multisim仿真3.1系統(tǒng)完整電路圖完整設(shè)計電路圖在仿真軟件multisim中設(shè)計畫出如下圖15：圖15 系統(tǒng)完整電路圖工作原理：取號：初始清零后，計數(shù)器等待計數(shù)。第一個客戶按下開關(guān)后，取號端計數(shù)器由于高電平脈沖觸發(fā)，計數(shù)器計數(shù)為1，并通過譯碼器在兩位數(shù)碼管上顯示出來。此時，叫號端計數(shù)器被封鎖，叫號不能實現(xiàn)。取號端計數(shù)器保持所記的數(shù)據(jù)直到第二個客戶按下取號鍵，計數(shù)器變?yōu)?，如此下去，直到計數(shù)滿進(jìn)制達(dá)到30。此時，叫號端封鎖被打開，而取號端二極管正極的由之前的低電平變?yōu)楦唠娖?，發(fā)光二極管導(dǎo)通，報警燈亮，其配套譯碼器滅燈引腳BI（低電平有效）處電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，取號端?shù)碼管燈滅。此時，取號端被封鎖，輸入脈沖（按下取號鍵）不再計數(shù)。叫號：叫號端封鎖被打開后，輸入脈沖即能計數(shù)，5個服務(wù)窗口用或門連接，因而只要有一個窗口按下叫號鍵計數(shù)器就能計數(shù)，并封鎖取號端，叫號端計數(shù)器工作如取號端計數(shù)器，不再贅述。一旦叫號計數(shù)器達(dá)到30，叫號系統(tǒng)將被全部清零，回到初始狀態(tài)。重新進(jìn)入取號。3.2 multisim仿真完整電路依照工作原理，選擇取號叫號中的特殊狀態(tài)來描述設(shè)計是否實現(xiàn)自動叫號系統(tǒng)的功能。初始化，計數(shù)等待開始。此時，客戶還未取號。multisim仿真如下圖16：圖16 初始化計數(shù)器此時，第一個客戶按下取號鍵。multisim仿真如下圖17：圖17 第一個客戶取號仿真圖其余客戶繼續(xù)按下取號鍵，到第四個客戶。multisim仿真如下圖18：圖18 第四個客戶取號仿真圖到第十三個客戶。multisim仿真圖如下圖19：圖19 第十三個客戶取號仿真圖到第二十五個客戶按下取號鍵，multisim仿真圖如下圖20：圖20 第二十五個客戶取號仿真圖到第二十九個客戶按下取號鍵，multisim仿真圖如下圖21：圖21 第二十九個客戶取號仿真圖當(dāng)計數(shù)滿三十后，數(shù)碼管滅，報警燈亮。服務(wù)窗口開始叫號，當(dāng)叫到第一個號。multisim仿真圖如下圖22：圖22 叫號叫到第一個客戶仿真圖服務(wù)窗口叫到三號。multisim仿真圖如下圖23：圖23 叫號叫到第三個客戶仿真圖當(dāng)叫號滿進(jìn)制（30）后，叫號系統(tǒng)全部清零。叫號系統(tǒng)又回到初始狀態(tài)，重新開始下一輪的取號叫號。仿真圖的結(jié)果顯示實現(xiàn)了自動叫號系統(tǒng)的設(shè)計?？捎糜趯嵺`！4.設(shè)計仿真出現(xiàn)的問題及解決問題及相應(yīng)解決一：叫號結(jié)束后不能自動清零，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)清零端接在了地上，不能自動清零。通過將清零端接在叫號輸出對應(yīng)的邏輯門來反饋實現(xiàn)清零。問題及相應(yīng)解決二：電壓不匹配，導(dǎo)致中間過程有時會出現(xiàn)異常。將電壓調(diào)到匹配，使電路能正常工作。5.收獲、體會及建議在這次數(shù)電的課程設(shè)計中，我查閱了許多相關(guān)的書籍并查閱了各種芯片的信息資料，同時也進(jìn)行了相關(guān)的仿真設(shè)計，其中取號叫號的互相封鎖我想了很長時間過后，終于想到了方法，這讓我在獨立思考能力的提高有很大作用。這次設(shè)計的銀行排隊自動叫號系統(tǒng)雖然簡單不及現(xiàn)在銀行中所使用的系統(tǒng)，但也可以較好地讓我們理解真正功能的實現(xiàn)，畢竟強(qiáng)大的功能是在其基礎(chǔ)上發(fā)展來的。而實現(xiàn)其要求的功能，對于那些要求不高的用戶仍然可以滿足需求。通過這次的課程設(shè)計，我深刻地認(rèn)識到學(xué)習(xí)只是不能只是一味地對書本中的知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，而