数字逻辑实验报告.docx
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数字逻辑实验报告
数逻实验—病床呼叫系统设计报告
一、实验名称：
病床呼叫系统
二、实验目的：
认识客观世界，获取科学知识不外乎两种途径：
直接和间接。
数字逻辑、计算机组成理论课的学习是我们获得了理论知识，间接的拥有了数字电路的设计能力。
改造客观世界还需要实现能力，这来源于实验课的学习。
理论知识在实验课中活化，使我们拥有了数字电路的设计能力，同时完成了认识、改造客观世界所需要的设计与实现综合能力的培养，这正是实验课的重要意义。
数字逻辑实验是一门独立课程、有独立学分的实践性教学环节，同“数字逻辑”理论讲授课程有密不可分的关系，起着相辅相成的作用，也是在“数字逻辑”课的基础上，进一步深化的实践环节。
其主要目的是通过指导学生循序渐进地独立完成数字逻辑电路的设计任务，加深学生对理论知识的理解，提高学生的动手能力，独立分析、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。
提高学生在数字逻辑电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法，本课程设计培养、启发学生的创造性思维，进一步理解数字逻辑电路的概念，掌握小型数字逻辑系统的设计方法，掌握小型数字逻辑系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。
数字逻辑实验的大实验基本任务是设计一个小型数字逻辑系统。
课程设计目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字逻辑系统设计和调试的方法，增加数字逻辑电路设计方面的应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。
通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。
三、实验环境（实验所使用的器件、仪器设备名称及规格）：
1、Dais-D2H＋智能可编程数字逻辑电子技术实验仪
主要技术性能特点：
（1）、直流电压源：
＋5V/1V，±12V/0.2A（均有过载保护、自动恢复功能）
（2）、信号源：
函数信号发生器（输出：
方波、三角波、正弦波，输出频率：
10Hz～100KHz）4位单脉冲及相位滞后脉冲、12位逻辑电平开关、12位LED逻辑电平指示、6位BCD码数码管显示、4位BCD码数字拨码开关、时钟源1Hz、10Hz、100Hz、1KHz、10KHz、100KHz、1MHz。
（3）、测试部分：
频率计0～300KHz、三态逻辑测试笔
（4）、实验扩展区：
40芯万能锁紧插座4个、28芯万能锁紧插座2个、44芯ISP编程插座1个、电位器组、电阻、电容、二极管等器件及插座若干个。
2、所用芯片：
74LS74:
74LS74内含两个独立的D上升沿双D触发器，每个触发器有数据输入端D，置位输入端，复位输入端，时钟输入和数据输出。
置位输入和复位输入的低电平是输出预置或清除，而与其他输入端的电平无关。
当置位输入端和复位输入端均无效（高电平）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下送到输出端。
74LS193：
193为可预置的十进制同步加减计数器，共有两种线路形式。
193的清除端是异步的。
当清除端（CLEAR）为高电平时，不管时钟端（CDOWN，CUP）状态如何，即可完成清除功能。
193的预置是异步的。
当置入控制器（LOAD）为低电平时，不管时钟端（CDOWN,CUP）状态如何，输出端（Qa-Qd）即可预置为与数据输入端（A-D）相一致的状态。
193的计数是同步的，靠CDOWN，CUP上升沿的作用下Qa-Qd同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
当进行加计数或减计数时可以分别利用CDOWN和CUP，此时另一个应该为高电平。
当计数上溢出时，进位输出端（CARRY）输出一个低电平脉冲，其宽度为CUP低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（BORROW）输出一个低电平的脉冲，其宽度为CDOWN低电平部分的低电平脉冲。
当把BORROW和CARRY分别连接后一级的CDOWN、CUP，即可进行级联。
以下为74LS193的逻辑电路图和引脚图、功能表：
74LS00：
00为四组2输入端与非门（正逻辑）
Y=（AB）非
Input
Input
Output
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
74LS148:
在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。
不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。
74148是一个八线-三线优先级编码器。
74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC（16）和GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。
其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
由74148真值表可列输出逻辑方程为：
A2=（I4+I5+I6+I7）IE
A1=（I2I4I5+I3I4I5+I6+7）·IE
A0=（I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7）·IE
使能输出端OE的逻辑方程为：
OE=I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE
当使能输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）：
A2,A1,A0为全1。
（如表5.1.2第一行所示。
）
当使能输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：
I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。
OE为使能输出端，它只在允许编码（IE=0），而本片又没有编码输入时为0。
如表5.1.2中第二行所示）。
扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：
GS=（I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7）·IE
GS为片优先编码输出端，它在允许编码（IE=0），且有编码输入信号时为0（如表5.1.2中第三至第十行）；若允许编码而无编码输入信号时为1（如表5.1.2第二行）；在不允许编码（IE=1）时，它也为1（如表5.1.2第一行）。
GS=0表示“电路工作，而且有编码输入”
74LS02：
四2输入或非门（OC）
02为四组2输入端或非门（正逻辑）。
74LS04：
04为六组反向器
其引脚图为：
74LS08：
08为四组2输入端与门（正逻辑）
74LS20：
74LS20是双4输人与非门.即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门,每个与非门有4个输入端.
74ls20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门第一组：
1,2,4,5输入6输出。
第2组：
9,10,12,13输入8输出。
74LS20功能表
ABCDY
11110
0XXX1
X0XX1
XX0X1
XXX01
74LS161：
74LS161是常用的的四位二进制的可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路中，以及单片机系统实现分频器等很多功能；
从74LS161功能表中可以知道，当清零端CR=0时，计数器输出在Q3Q2Q1Q0立即全为零，这个时候为异步复位功能，当CR=1并且LD=0时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3Q2Q1Q0的状态分别与并行数据输入端D3D2D1D0的状态一样，为同步置数功能。
而且只有当CR=LD=EP=ET=1、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1，74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系为CO=Q0*Q1*Q2*Q3*CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
四、实验任务及基本要求：
1.用5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号，5个呼叫优先级不同；
2.用一个数码管显示呼叫信号的号码；没有呼叫信号时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号，并发出5秒的呼叫声（用一个闪烁的指示灯模拟），其它呼叫用指示灯显示；当护士接受到信号，按下复位键时显示管被清零。
3、（扩展功能）实现重复提醒功能：
我们考虑到现实情况，当有病人需要服务的时候显示屏会显示病床号，并且蜂鸣器发出蜂鸣，但是如果护士特别忙，没有及时的得到病人需要服务这一信息时，或者得到这一信息，但没有及时反馈，没有及时向相应的病人提供服务和帮助的话，我们可以设计：
第一次蜂鸣后若干秒钟开关尚未复位也就是护士没有及时到位，蜂鸣器再次响起提醒护士及时到位。
五、实验设计（包括原理图、真值表、分析及简化过程、卡诺图、源代码等）：
开关控制部分，以及开关连接到闪烁灯，病床指示灯部分是由我设计实现的，编码器部分以及扩展功能是小组合作完成的
1、开关控制及指示灯显示部分
开关有5个输入高低电平的分别代表5个病床的电平控制器和一个复位端即清零端，扩展功能在另一个实验箱上，其控制开关基本是固定的高低电平，在系统运行期间不需要做改动，因此此处不作介绍。
5个开关输入以后经5个D触发器输入到74LS148，74LS148是优先权编码器，五个输入有优先级，我们设计的系统中从1到5优先级依次降低。
1到5开关连接到电平指示灯，开关直接控制指示灯亮，而高级别的显示则需要经过第二部分优先编码再输出显示。
2、优先编码部分
5个开关输入连接到74LS148的8个输入端的其中5个即可，分别为I0、I1、I2、I3、I4，经过74LS148优先级选择后从A0、A1、A2输出连接到数码管显示电路部分显示数字病床号。
5、二次提醒模块（功能扩展部分）
六、实验步骤：
基本实验步骤：
1、实验课题讨论分工：
我们组认为病床呼叫系统的实现大体原理为：
五个优先级不同的开关输入信号经优先编码器选择后输出显示。
实验系统的核心部分为优先编码器的实现
编码器输入之前的部分和输入后的部分分别由两个人负责，而编码器部分则是二人共同完成实现的。
2、各自完成具体细节：
我们分别将各个部分的实现进行了具体的分析设计，这是独立完成的，
3、优先编码的实现以及整体的组装
4、扩展功能的实现和系统总体修改完善：
我们考虑到具体实际，在医院里病床呼叫并不一定能及时的通知到护士医生去响应的病房，为了病人的生命安危着想，我们必须设计可靠性高的系统，当一次指示灯闪烁和数码管显示没有及时的通知到医生护士时，需要第二次第三次的提醒。
因此我们扩展了二次提醒功能的模块。
使用计数器计时，在一定的时间间隔以后如果复位端没有被置高电平，扩展实验部分的计数器到10以后就会控制蜂鸣器蜂鸣，再次提醒；如此反复知道医生护士到达病房，复位端置0.
七、实验过程与分析：
1、验箱调试妥当以后，确保连线无误，各部位功能正常实现。
2、打开试验箱的开关ON\OFF，此时数码管显示为零；
3、打开1开关，连接1的指示灯亮，并且伴有蜂鸣声。
数码管显示为1；
分别单独拨下2、3、4、5开关，数码管显示2、3、4、5；
4、将1、2开关同时打开，此时连接1、2的指示灯同时亮起，蜂鸣器发出蜂鸣声，数码管显示的是1，因为在这个试验中1是优先级别最高的；
5、关掉1开关，数码管显示为2，这个操作的实际意义是医生将优先级别高的1号病床处理完毕，剩下的是2号；
6、将1、2、3、4、5开关全部打开，此时数码管显示的是1号，分别将1、2、3、4、5关掉是数码管变为2、3、4、5、0.此操作的实际意义是医生处理完1以后，剩下的优先级别最高的变为2，处理完2号，剩下的优先级别最高的是3……；
7、扩展功能的展示：
连接5号病床为例。
按下5号以后，5号指示灯亮，蜂鸣器发出蜂鸣声，此时不讲5号开关关闭，等待右边计数器计数满10以后，附加试验箱的蜂鸣器便开始按照一定频率发出蜂鸣声，如果此时不将5号开关关闭的话，附加试验箱的计数器开始新一轮计时，时间满足后再发出蜂鸣声提醒医生进行操作。
八、实验结果总结：
本设计是为在病人紧急需要时能很快进行救治的呼叫系统,增强医护人员更好的监护病人。
此系统的优点特色在于可以设立呼叫优先等级而不是单纯的病人呼叫，这样避免在有多个病人同时呼叫时，医护人员不知道应该先救治哪个。
利用本系统设立呼叫等级后，当有多个呼叫信号时，呼叫系统会自动先显示最高级别的的呼叫，使病情严重的病人得到优先救治。
同时系统自动锁存其它的呼叫信号，在高级别呼叫清零后自动对其它信号进行显示呼叫。
这样让所有病人都能够获得救治，这种由医院根据病人病情设立的具有呼叫等级的系统系统可有效控制因病人突发病情而医护人员却未能及时救治导致病人病情严重甚至死亡的严重后果。
同时这种病情严重者优先的呼叫系统也体现了人性的美德和医院救人的精神。
但是本设计也存在一些缺点。
此设计在布线方便有点复杂，还要把其好好的隐藏，不能出现线路断路。
可以把其改进为无线发送，无线接收，这样处理后发生故障的可能性会大大降低。
因此，为了克服以上的不利因素，本人觉得如果此课题会有进一步的研究的可能的话，可以向无线方便发展，避免布线的麻烦和断线的困扰，这样就可以轻松解决布线的复杂和断线的困扰了。
在设计初期遇到了许多的问题，翻阅相关书籍和浏览相关网站时找到了解决问题的办法，才将这些问题一一解决。
这也使我们对习的认识有了更深入的了解，对理论联系实际有了更加深刻的体会。
九、心得体会：
历时几个星期的数字逻辑实验设计结束了，通过这次的实验设计，使我的动手能力和经验有了一定程度的提高，在数字逻辑电路技术的理论知识上也有了更深的了解。
在调试的过程中，通过排除故障，我学到了不少知识，增长了许多经验，而这些都是书上学不到的。
巩固和运用了本学期的“数字逻辑”课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能。
通过这一次的数字逻辑“病床呼叫系统”的设计，复习了本学期数字逻辑课程的基本内容，对于逻辑问题的分析及设计有了更进一步的掌握。
设计过程中，对于Dais数字逻辑实验仪的操作有了进一步的掌握，以及对具体问题的分析，这些都是收获。
同时又发现自己的很多不足，自己知识有很多的漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
这次由于我们的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师的辛勤栽培，我以后会更加努力。
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