数字电路课程设计病房呼叫系统

唐山学院课程设计说明书 1唐 山 学 院数字电子技术 课 程 设 计 题 目 优先病房呼叫器设计 系 (部) 信息工程系 班 级 12 电本 3 姓 名 胡大为 学 号 4120208320 指导教师 成凤敏 马军爽 樊艳 2014 年 6 月 30 日至 7 月 4 日 共 1 周2014 年 7 月 3 日唐山学院课程设计说明书 2数字电子技术 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：优先病房呼叫器设计设计内容：某医院有 7 间病房，每间病房门口设有呼叫显示灯，室内设有紧急呼叫开关，同时在护士值班室设有一个数码显示管，可对应显示病房的呼叫号码。设计要求： 分析并设计应用电路，实现相应功能。 用 Multisim 进行电路仿真。 撰写课程设计说明书。二、设计原始资料Multisim 仿真软件、课件。三、要求的设计成果（课程设计说明书、 设计实物、图纸等）课程设计说明书、仿真电路图。四、进程安排周 1 讲解整个设计要实现的功能，查阅相关资料，进行理论分析； 周 2、3 进行仿真并调试；周 4 撰写课程设计任务书；周 5 答辩并提交设计说明书。五、主要参考资料1 刘全忠，刘艳莉电子技术（第三版）北京：高等教育出版社，20032 阎石数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，20063 NI-Multisim 10 经典教程指导教师（签名）： 教研室主任（签名）：唐山学院课程设计说明书 3课程设计成绩评定表出勤天数 出勤情况 缺勤天数出勤及设计过程表现（20 分）课设答辩（20 分）电路仿真（30 分）说明书（30 分）成绩评定总成绩（100 分）提问（答辩）问题情况1.简述系统的工作原理2.74LS148（或 147）中的优先级是哪儿个？3.数码管的内部接法是共阴极还是共阳极？综合评定指导教师签名：年 月 日唐山学院课程设计说明书 11目 录第 1 章 概述 .2第 2 章 系统设计 .22.1 方案论证 .22.2 系统设计 .32.2.1 结构框图及说明 .32.2.2 系统原理图及工作原理 .32.3 单元电路设计 .42.3.1 单元电路工作原理 .42.3.2 元件参数选择 .9第 3 章 软件仿真 .103.1 仿真过程 .103.2 仿真结果 .11第 4 章 结论 .164.1 对于病房呼叫系统的仿真设计 .16附录 .17附录.18参考文献 .18收获、体会和建议 .18唐山学院课程设计说明书 22第 1 章 概述病房呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具，可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病房护理水平的必备设备之一。呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确、可靠、简便可行、利于推广。本设计采用主从结构，基本运作方式为。监控机构放置在医生值班室内，当病床有呼叫请求时进行报警，并在显示器上显示病床的位置。呼叫源（按钮）放在病房内，病人有呼叫请求时，按下请求按钮，向值班室呼叫，并点亮相应床位的指示灯。本设计分为四个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。其中运用了8 线3 线优先编码器 74LS148 来实现优先选择模块主要功能，其中运用自己设计的小规模逻辑门电路，7 段字形译码器 74LS47D 和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能。 通过对病房呼叫系统电路的设计、调试，熟练掌握各种电子测量仪器、仪表的正确使用方法，熟悉掌握数字逻辑电路原理及各类型数字单元电路的工作原理、电路形式、调试方法等方面知识；同时，通过对系统设计结果的理论分析，加强理论联系实际的工作能力，对加强数字逻辑电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。唐山学院课程设计说明书 33第 2 章 系统设计 2.1 方案论证 病房呼叫系统的设计方法很多，可由多种类型电路来构成，这里数字逻辑电路控制系统主要由各种逻辑元件构成，包括计数器、触发器以及各种门电路，硬件设计思路非常简单，造价低廉，元件少，体积小，稳定性好，可靠性和性价比都很高。缺点在于功能实现后电路结构复杂，维护起来比较困难。在本设计中，该电路具有价格低，元件少，体积小，稳定性好，可靠性高的特点。2.2 系统设计2.2.1 结构框图及说明图 3-1 病房呼叫系统的系统结构示意图2.2.2 工作原理工作原理：病房呼叫系统分为四个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。其中呼叫信号 呼叫显示模块：对应床位的提示灯亮优先选择模块：对信号进行优先选择编码译码显示模块：对信号进行译码并显示病房号唐山学院课程设计说明书 44运用了 8 线3 线优先编码器 74LS148 来实现优先选择模块主要功能，其中运用自己设计的小规模逻辑门电路，7 段字形译码器 74LS47D 和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用 555 定时器来实现呼叫模块。 信号呼叫（1 个至 7 个）由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出并使对应的病床指示灯亮起。接着，信号传到优先选择模块，将优先级别最高的患者的信号选择出来，并传到呼叫模块与译码显示模块，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与 74LS47D 将信号变换成对应的患者床号，并由七段数码管显示出来。2.3 单元电路设计2.3.1 单元电路工作原理(1)呼叫显示模块的设计一个或者多个病人通过关闭其对应的呼叫开关，来开启其支路的呼叫显示模块，进而开启整个病房呼叫系统。显示模块采用一般开关驱动，高电平有效，并且每条支路加了限流电阻（133 欧姆）为了使得模块能正常工作。当一名或者多名病人闭合各自的呼叫开关时，其对应的支路接通，并由初始的高电平变为低电平电平，对应的支路显示灯会亮起，并且同时将有效信号传到下一个功能模块优先选择模块。根据设计要求，呼叫显示模块的设计如下图 3-4 所示：唐山学院课程设计说明书 55图 3-4 呼叫显示模块（2）优先选择模块设计根据设计要求，数码管要显示优先级别最高病房的呼叫信号，所以我们要对病房呼叫信号进行优先选择并输出。在本设计中，7 号病床为优先级最高，然后依次是 5,4,3,2,1 号病床。在这里，应用了 8 线-3 线优先编码器（74LS148）进行此功能的实现。其输入为低电平有效，输出编码为反码形式。8 线-3 线优先编码器（74LS148）功能表如下所示：表 3.1 8 线-3 线优先编码器（74LS148）功能表输入 输出EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 GS EO1 x x x x x x x x 1 1 1 1 1唐山学院课程设计说明书 660 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 x x x x x x x 0 0 0 0 0 10 x x x x x x 0 1 0 0 1 0 10 x x x x x 0 1 1 0 1 0 0 10 x x x x 0 1 1 1 0 1 1 0 10 x x x 0 1 1 1 1 1 0 0 0 10 x x 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 10 x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1除此之外，根据使能输出端 EO 的特性：当使能输入端 EI 为 0 时并且74LS148 无有效信号输入时，EO 输出为 0；当使能输入端 EI 为 0 时并且74LS148 为有效信号输入时，EO 输出为 1。利用 EO 端的输出来控制数码显示电路的启动与熄灭复位，以及 555 定时器的启动与复位。8 线-3 线优先编码器（74LS148）将输入的低电平有效信号进行优先选择，并且将选择出的信号传到译码显示模块，并且将 EO 端（由）的输出信号传到555 定时器（来启动呼叫模块）和七段字形译码器（74LS47D ）来启动数码管显示电路。下图为优先选择模块的电路图：图 3-5 数据选择模块电路图（3）译码显示模块设计唐山学院课程设计说明书 77此模块由两小模块构成，即译码模块与数码管显示模块。先由译码模块将 8 线-3 线优先编码器（74LS148）输出的三位二进制编码转换成病床号所对应的 BCD 码，再将该 BCD 码输入到七段字形译码器（74LS47D）并由七段阴极数码管显示病床号数字。其流程图如下：译 码 模 块 将 其 翻 译成 该 病 床 对 应 的B C D 码七 段 字 形 译 码 器 （7 4 L S 4 7 D ）七 段 数 码 管 显 示 病人 的 床 号由 优 先 选 择 模 块 输出 的 3 位 二 进 制 码该 病 床 对 应 的 4 位