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計算機科學(xué)學(xué)院 課程設(shè)計報告 課程 數(shù)字電子技術(shù)（B） 題目 家庭式小餐館點餐系統(tǒng) 年級 2008級 專業(yè) 計算機科學(xué)技術(shù) 學(xué)號 0000000 學(xué)生 00000 任課教師 00 2010 年 6 月 14 日 課程設(shè)計題目 家庭式小餐館點餐系統(tǒng) 驗收 時間 2010/ 6/12 驗收 地點 9#307 指導(dǎo) 教師 00 課題總體設(shè)計思想概述 想到這個設(shè)計題目后和要求后，首先考慮的是優(yōu)先權(quán)得問題，這個可以用優(yōu)先編碼器解決，但是實驗用的軟件里沒有優(yōu)先編碼器，剛開始沒有想到解決辦法，后來才想到可以自己用邏輯門做一個。信號需要反饋又涉及到了信號得鎖存問題，可以用觸發(fā)器解決，同時可以解決邏輯清0問題。 設(shè) 計 目 的 1.當(dāng)房間有緊急呼叫時，顯示房間優(yōu)先級和房間號碼（在本實驗中設(shè)置優(yōu)先級最高為7，房間號是1；其次是優(yōu)先級為6的2號房間；之后依次類推，總共有7~4四個優(yōu)先級的1~4四個房間）。 2. 根據(jù)房間可以容納的幾餐人數(shù)設(shè)置優(yōu)先級別。1號房間可容納的就餐人數(shù)最多，優(yōu)先級別最高；其次是2號房間，依次類推。當(dāng)有多人呼叫時，就餐人數(shù)多的房間優(yōu)先。 3.餐館人員處理完當(dāng)前最高級別的呼叫后，按下清除鍵，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其它呼叫房間的編號。 注：家庭式小餐館服務(wù)人員就一個，所以按就餐人數(shù)多少分優(yōu)先級依次服務(wù)。 設(shè) 計 原 理 系統(tǒng)由呼叫信號鎖存，優(yōu)先編碼，二進制譯碼，顯示及邏輯控制清除等幾部分組成，電路核心部分為優(yōu)先編碼器，當(dāng)有信號輸入時，用觸發(fā)器鎖存相應(yīng)的按鍵信號，由優(yōu)先編碼器完成信號優(yōu)先級的送別，并提供相關(guān)的顯示輸出編碼。呼出信號由信號鎖存（觸發(fā)器）進入，再進入優(yōu)先編碼（優(yōu)先編碼器）。同時信號回饋給信號鎖存區(qū)，循環(huán)運作，直至呼叫信號完全提示。同時加入邏輯控制(清0)。 總體設(shè)計框圖： 設(shè) 計 方 案 設(shè) 計 方 案 設(shè) 計 方 案 1、單元電路設(shè)計： 在這里信號鎖存用到D觸發(fā)器7474,優(yōu)先編碼用的自制的優(yōu)先編碼器,二進制譯碼用3-8二進制譯碼器74138, 信號顯示用到六反相器74LS04和四位并行加法器74LS83。 1． 信號鎖存 信號鎖存用74LS74正邊雙D觸發(fā)器.，起引腳圖如下： 7474功能表如下： 輸 入 輸 出 預(yù) 置 清 除 時 鐘 D Q Q’ SD’ RD’ CP 0 1 x x 1 0 1 0 x x 0 1 0 0 x x 1 1 1 1 ↑ 1 1 0 1 1 ↑ 0 0 1 1 1 0 x Q0 Q0’ 74LS74正邊沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器的動作特點是輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP的上升沿，而且觸發(fā)器所保存下來的所保存的狀態(tài)僅僅取決于CP上升沿到達是的輸入狀態(tài)。 假設(shè)Q的初始狀態(tài)為低電平，當(dāng)給SD’一個高電平時，輸入一個時鐘信號是，D觸發(fā)器被強制翻轉(zhuǎn)，是Q輸出變成高電平，Q’輸出為低電平。觸發(fā)器可以保持信號,同時接受反饋信號，最后還可以實現(xiàn)邏輯清0. 此電路先用到4個D分別代表個房間，是先把D端置高電平，當(dāng)給了時鐘CP后，Q端出高電平1，我們要用的輸出端正是Q。當(dāng)清除端給了信號0后，Q’端出1，利用這點可以對信號進行清除，既會顯示其它病人的信號。后面還會再用到4個D鎖存由138出來的信號，用來當(dāng)作開關(guān)，利用此信號接至前面4個D觸發(fā)器的清除端。 2.優(yōu)先編碼 在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。而優(yōu)先編碼器已經(jīng)將輸入的信號優(yōu)先的順序進行了排除，當(dāng)同時有幾個信號輸入時，只對其中優(yōu)先級最高的那個進行編碼。 真值表如下： 由表中可以看出，在E1＝0電路正常工作狀態(tài)下，允許0-7當(dāng)中同時有幾個輸入端為低電平，即有編碼輸入信號。其中7的優(yōu)先權(quán)最高，0的優(yōu)先權(quán)最低，當(dāng)7＝0時，無論其它輸入端有無信號輸入，輸出端只給出7的編碼，其余的類同。 而在本試驗中給出的四路信號中7號位的優(yōu)先給最高，所以把7號觸發(fā)器的信號接至I7，6-4號分解接至I6-I4。當(dāng)7號房間按下按鈕（CP）時，I7出0，無論I4-I6出什么信號都只出0 0 0，所以I7的優(yōu)先權(quán)最高，同理I6的優(yōu)先權(quán)大于I5，I4的優(yōu)先權(quán)最低。 3.進制轉(zhuǎn)換 二進制譯碼器的輸入是一組二進制代碼，輸出是一組與輸入代碼一一對應(yīng)的高，低電平信號。由于需要反饋信號，需要2進制進行轉(zhuǎn)換，由此用到3-8二進制譯碼器74138.其引腳圖如下： 真值表如下: 輸入 輸出 S1 A2 A1 A0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 從功能表中我們都可以看到74LS138的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平1—芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出引腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。 此電路中，當(dāng)Y0’出0時就是清除了1號房間的呼叫信號，Y1’-Y3’出0時分別清除了房間2、3、4的呼叫信號。 4、其他元件 1、初始化 7474清零端初始化要用74LS08（兩輸入與門），優(yōu)先編碼器的輸入端初始化用74LS32（兩輸入或門）。 輸入端如果不處理，輸出就會是不確定狀態(tài)，懸空，會有不正確結(jié)果出現(xiàn)，所以用邏輯門給輸入信號接的7474和優(yōu)先編碼模塊的輸入端進行初始化。 2、 顯示輸出 用反相器74LS04和四位并行加法器74LS83。 用反相器74LS04將輸出的000轉(zhuǎn)換成111（7）顯示7， 001——110（6）顯示6 010——101（5）顯示5 011——100（4）顯示4 這些代表呼叫房間的優(yōu)先級。 用四位并行加法器74LS83將輸出的000加001轉(zhuǎn)換成001（1）顯示1， 001——010（2）顯示2 010——011（3）顯示3 011——100（4）顯示4 這些代表呼叫房間的號碼。 5、 總電路圖 測 試 方 案 操作 現(xiàn)象 顯示器1（優(yōu)先級） 顯示器2（房間號） 1、 仿真開始將E （開關(guān)）置1 0 8 2、按單脈沖2 6 2 3、 按單脈沖3 6 2 4、按單脈沖1 7 1 5、按單脈沖0 1次 6 2 2次 5 3 3次 0 8 用 戶 手 冊 功能介紹 該器件可供家庭式小餐館獨立房間點餐器使用。當(dāng)房間有緊急呼叫時，顯示房間優(yōu)先級和房間號碼，餐館人員處理完當(dāng)前最高級別的呼叫后，按下清除鍵，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其它呼叫房間的編號。 操作指南 房間客人通過按單脈沖呼叫。 餐館人員可以從顯示器上看見當(dāng)前呼叫的房間的優(yōu)先級和房間號，當(dāng)有多人呼叫時，優(yōu)先級高的房間優(yōu)先。處理完當(dāng)前最高級別的呼叫后，按下清除鍵，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其它呼叫房間的編號。 注意事項 1、優(yōu)先級別課根據(jù)餐館的實際情況設(shè)定。 2、該設(shè)計擬定家庭式小餐館服務(wù)人員就一個，所以按就餐人數(shù)多少分優(yōu)先級依次服務(wù)。 錯誤及結(jié)果分析 實驗之初先自己做的優(yōu)先編碼器，優(yōu)先編碼模塊用的是組合邏輯電路的設(shè)計知識，組合邏輯電路比較基礎(chǔ)，設(shè)計、連線、仿真過程中基本沒什么錯誤，按真值表驗證了優(yōu)先編碼模塊是正確的之后有繼續(xù)進行其余芯片的連接。 接線之前首先大概知道芯片數(shù)是多少，各個模塊的芯片放在哪最方便接線，方便自己檢查，大概確定芯片安放的位置，然后開始接線。 我的電路大致出現(xiàn)了以下幾種狀況： 1、輸出一直顯示4.，按單脈沖沒反應(yīng)，檢查發(fā)現(xiàn)D觸發(fā)器沒有把D端的高電平信號送到Q端（懸空），想到要把PRE,CLR初始狀態(tài)設(shè)為1讓D觸發(fā)器能正常工作。PRE可簡單的直接接1.，但是CLR還要用來清零，怎么才能把它初始化一下還不影響以后的工作呢，然后又想到可以用一個與門，讓準(zhǔn)備送到CLR端的信號和0與。利用與門的特性既可以將電路初始化又可以清零。（清零部分用的兩個7474的PRE和CLR端都接1 ） 2按單脈沖顯示的信號可以有變化但是初始狀態(tài)不顯示7而是顯示4，檢查A2、A1、A0本該輸出000卻輸出的是011，繼續(xù)向前檢查發(fā)現(xiàn)I4、I5、I6、I7沒有信號送入的就也是懸空狀態(tài)所以不能正常送出結(jié)果，想到可以用之前解決7474的CLR端初始化的思想初始化下I4、I5、I6、I7端，用或門。 3. 、信號可以正常顯示，也可以按優(yōu)先級顯示，但是不能正常清零。 首先想到的就是檢查138出來的信號，如果跟預(yù)想的不一樣（該出0的端口出的是1）那就可能是A0、A1、A2的位置沒接對。但是檢查看位置接的是正確的，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)是控制端沒有接好，將S1接1，S2、S3接0后，再仿真就可以正確清零了。 方案改進及課程設(shè)計心得 方案改進： 本來做優(yōu)先編碼部分的時候做的是8輸入的優(yōu)先編碼，但是本設(shè)計里只用到了四個，如果單純針對本實驗來說可以把優(yōu)先編碼模塊改進的跟簡單點（8輸入的優(yōu)先編碼模塊可以用來擴展）。 設(shè)計心得： 課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程. 回顧起此次《家庭式小餐館點餐系統(tǒng)》的課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在這一個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己知識的很多漏洞，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說觸發(fā)器的運用還是不怎么熟識，對優(yōu)先編碼的邏輯功能還是不怎么了解,……看到了自己基礎(chǔ)知識還是不夠扎實，實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還待急需提高。通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。在這個過程中，也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。雖然這只是一次的較簡單的課程設(shè)計，可是也耗費了我們不少的心血。無論如何，就當(dāng)它是一次數(shù)電的復(fù)習(xí)課吧！為期末作了一次好好的復(fù)習(xí)！ 參考文獻 《數(shù)字邏輯》 歐陽星明主編 計 算 機 科 學(xué) 學(xué) 院 本科課程設(shè)計量化評分標(biāo)準(zhǔn) (計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年級和專業(yè)： 指標(biāo) 最高分 評分要素 評分 方案 設(shè)計 20 課題明確；總體功能描述及總體電路框圖清楚；課題分工明確，分功能概述及電路接線圖清晰；測試方案合理可行，理論結(jié)果正確。 調(diào)試 20 平臺使用熟練；電路信號控制正確；測試數(shù)據(jù)設(shè)置得當(dāng)；仿真熟練，結(jié)果完整。 驗收 20 經(jīng)過自行調(diào)試之后，確認一切準(zhǔn)備就續(xù)即可請求老師給予驗收。一次驗收通過最高可給20分，兩次驗收方能通過則最高只能給10分，依次減少。 正式 報告 20 報告規(guī)范整潔，內(nèi)容完整；課題設(shè)計原理及過程描述清楚；電路總體框圖、電路邏輯接線圖、各類測試表格等繪制清晰、準(zhǔn)確；用戶使用說明書規(guī)范、明確。 課程設(shè)計 小結(jié) 20 對課題設(shè)計結(jié)果進行分析，提出改進思路；對課程設(shè)計整個過程進行深入總結(jié)，寫出深刻詳細的設(shè)計心得；列出設(shè)計過程中所采用的參考文獻；團隊合作良好，遵守實驗紀(jì)律。 總 分 注： ① 本評分標(biāo)準(zhǔn)適用于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類專業(yè)課程； ② 總分滿分為100分，成績參考標(biāo)準(zhǔn)為：優(yōu)秀（100>X≥90）；良好（90>X≥80）；中等（80>X≥70）；及格（70>X≥60）；不及格（X<60）；