电子技术综合训练课程设计_八路呼叫器

1、电子技术综合训练设计报告题目：八路呼叫器 姓 名： 学 号： 班 级： 同组成员： 指导教师： 日 期： 2021年秋季学期 摘要本设计是以数字电路为根底而设计的八路呼叫器。主要是用在医院等区域，当某病房发出求救信号时，能在护士值班室显示出该病房的编号，并且发出声光信号，时间为2S，状态可以通过医护人员手动切除按钮。本设计所用芯片有74ls147,74ls192,74ls30,74ls32,74ls04,74ls08,555定时器，4511BD_5V，电阻、电容、导线各假设干，9个双向不锁存按钮。本设计以编码、锁存、译码、显示为主体，以控制和限时报警为辅助。通过此设计，将理论知识应用于实践，进

2、一步掌握电子技术的知识，提高了学习兴趣。关键字 数字电路 信号 编号 芯片 目录1 设计任务和要求4442 系统设计55553 单元电路设计63.1 单元电路显示电路6 电路结构及工作原理6 电路仿真6元器件的选择及参数确定7 (单稳态电路) 8 电路结构及工作原理8 电路仿真10元器件的选择及参数确定103.3单元电路(报警电路，手动控制电路)10 3.3.1电路结构及工作原理11 3.3.2电路仿真113.3.3元器件的选择及参数确定.124 系统仿真125 电路安装、调试与测试13131515 测试方法设计16测试结果及分析176 结论177直流电源设计178 参考文献199 总结、体会

3、和建议附录： 电路原理图 元器件清单1 设计任务和要求设计并制作一个八路呼叫器1、当某一路有呼叫时，能显示该路的编号，该编号由数码管显示，要能够进行锁存；2、某路有呼叫时，要给出声光指示信号，指示时间为2S左右，指示状态可以通过按键而不是开关手动切除；3、当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到优先编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器锁存后输入到译码器，然后经过显示电路，显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发单稳态电路，产生2s的报警信号，报警状态可以手动通过按键消除。当下一个呼叫信号被送入时，首先去除锁存状态，然后重复前面的过程4、电路主要由编码/锁存/锁存控制电路、译码电路、单稳态电路、

4、手动控制电路/报警电路构成。5、编码/锁存/锁存控制电路:当某一路有呼叫时，编码器将呼叫信号编码送入锁存器，然后锁存器锁存信号并传给译码电路，最后在数码管显示出来。单稳态电路：将锁存控制信号转换为宽度为2S的脉冲信号。手动控制电路/报警电路：当脉冲信号到来时，通过扬声器报警，并且报警电路可以通过手动方式取消报警。6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告；7、电源：220V/50HZ的工频交流电供电。注：直流电源局部仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足

5、电路要求2 系统设计设计一个八路呼叫器系统，当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到优先编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器锁存后输入到译码器，然后经过显示电路，显示该路的编号。同时锁存控制信号触发单稳态电路，产生2s的报警信号，报警状态可以手动通过按键消除。当下一个呼叫信号被送入时，首先去除锁存状态，然后重复前面的过程呼叫信号编码锁存译码锁存控制单稳态电路报警电路显示手动控制当某一路有呼叫信号输入时，该信号将被送到优先编码器中进行编码，然后经过锁存器进行锁存，锁存器将锁存的结果送到译码器中进行译码，最后将译码的结果在显示器上显示。这是显示一路;同时，当呼叫输入时，锁存控制电路信号触发单稳态

6、电路，产生2S的报警信号，报警信号可以通过按键切除，也可以在2s后自动停止。当再有呼叫信号输入时，首先通过控制电路切除锁存状态，然后重复前面的过程。3 单元电路设计3.1 单元电路 显示电路 电路结构及工作原理显示电路由编码、锁存、锁存控制电路三局部组成。编码局部主要用到的芯片是74ls148，它是八线三线编码器。当S1S8中有一个按键被按下时，编码器的输出端会有相应的编码输出。同时，由于按键是输入，会使八输入与非门74ls30输出高电平。该信号经过下一个非门后接入锁存器74ls373中，使得该芯片的置数端为低电平，这时候，锁存器将会把由编码器输出的编码锁存起来，然后将锁存器中74ls373中

7、的输出端Q1、Q2、Q3、Q4分别送入译码驱动电路中，即4511BD_5V中。然后译码驱动电路驱动八段LED就可以显示所输入的按键的编码了。 电路仿真电路仿真如图1图1 显示电路仿真图元器件的选择及参数确定由于八线三线编码器74ls148输出显示是07，即按下第一个按钮，在显示器上将会显示“0，按下第二个按钮，在显示器上将会显示“1，以此类推，按下第八个按钮，将会在显示器上面显示“7，在实际工作中将有可能产生误操作的现象，甚至带来严重的后果！采用十线四线优先编码器74ls147可以防止这个问题，即显示器可以显示18，考虑这两个芯片的价格，相差不多，因此，将74ls148更换为74ls147。由

8、于锁存器74ls373价格比拟贵，清零电路比拟复杂，所以考虑用74ls192替换74ls373，对于74ls192，它是一个可预置的十进制同步加减法计数器。因为74ls192的置数端和清零端都是异步的，即不管时钟端CPU和CPD的状态如何，输出端QA、QB、QC、QD的状态将会预置成与输入端A、B、C、D状态相一致。清零端也是一样，当给CLR一个低电平时，不管输出端状态如何，锁存器整体清零。因此，可以用同步十进制计数器74ls192来代替锁存器。用74ls192进行锁存时，由于编码器输出的信号与锁存控制信号不同步，74ls192无法实现锁存功能，所以参加RC回路，实现信号的延时，以便锁存。经过

9、计算可得：RC电路中，R=1k，C=10nF，可以满足要求。因为显示器为七段输入装置，共阴极接法，译码器驱动器可以采用7448芯片，也可采用cd4511芯片，考虑到经济性，cd4511相对要廉价的很多，所以选择cd4511。在接入LED显示器 的同时，必须串联接入限流电阻。因为LED的工作电流很小，因此选择限流电阻的时候要选稍微大一些的电阻。由计算可以知道，接入300左右的工作电阻就可以到达要求了，这里接入了360的电阻。所以经过替换后，显示电路仿真图如图2所示：图2 显示电路仿真图 单稳态电路 电路结构及工作原理单稳态电路主要由555定时器构成。在此电路中，555定时器作为单稳态触发器控制整

10、个电路的时间，即所要求的给出声光报警信号，报警时间为2S左右。单稳态电路将锁存控制信号转换为宽度为2s的脉冲信号，可以应用集成单稳态触发器来实现，集成单稳态触发器可以选用555振荡器或者是74ls121。对于555触发器来说，输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。如果接通电源后触发器停在Q=1的状态了，这时TD一定截止，VCC便经R向C冲电，电容C经TD迅速放电，使VC 0。此后由于VC1=VC2=1，触发器保持0状态不变，输出也相应的稳定在V0=0的状态。由555工作时电压的波形可以知道，等于电容电压充电过程中从0上升到所需用的时间，因此可以得

11、到通常R的取值在几百欧到几兆欧之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，的范围为几微秒到几分钟，但必须注意的是，随着的增大，它的精度与准确度会随着下降。555构成的单稳态触发电路如下列图3所示：图3 555构成的单稳态触发电路 电路仿真单稳态电路仿真图如图4所示图4 单稳态电路仿真图元器件的选择及参数确定比拟555和74ls121，由于555比拟常用，本钱较74ls121比拟低，所以本设计采用555构成单稳态触发电路。根据555构成的单稳态电路脉冲宽度的表达式取R=100k C=18uf ，即R=100 k C2=18uf，C1=0.01uf。即得到=2S的脉冲信号。满足题目要求3.3单元电路

12、 报警电路、手动控制电路3.3.1电路结构及工作原理报警装置是通过蜂鸣器来产生的。本电路采用阴极驱动的原那么，所以必须通过三极管进行接地连接。而报警装置主要是由单稳态触发电路控制，通过前面的单稳态触发电路产生2S的触发脉冲来发出报警信号。报警信号通过蜂鸣器来代替。在没有呼叫信号的情况下，555构成的单稳态触发器输出的是低电平，而且要有一个按钮来控制蜂鸣器发声，所以采用两输入的与门。一端接单稳态触发电路的输出端，另一端接入锁存器输出信号经过或门后得到的信号，即只要锁存器输出中有一个高电平，那么与门的该端输入就为高电平。输入端按钮按下，即发出求救信号后，通过锁存控制产生触发脉冲，触发单稳态触发器发

13、出2 s宽度脉冲，输出高电平，然后与门输出接入三极管，驱动蜂鸣器发出声音信号。手动控制电路的作用是当发出报警信号之后，工作人员可以通过按钮手动切除信号。而且通过一个非门连接到锁存器的清零端CLR。手动开关按钮主要有两个方面的作用：一方面是通过锁存控制控制报警电路，另一方面是对锁存器74ls192进行清零操作。当病人按下按钮后，工作人员发现信号，按下按钮，予以清零。 3.3.2电路仿真报警电路、手动控制电路仿真图如图5所示：图5 报警电路、手动控制电路仿真图3.3.3元器件的选择及参数确定本电路采用阴极驱动的原那么，所以必须通过三极管进行接地连接。因为门电路是无法驱动蜂鸣器的，所以采用三极管对信

14、号进行放大，然后再驱动蜂鸣器工作。三极管选用8050三极管，其属于NPN型三极管，大集存器电流(A):0.5 A;直流电增益:10 to 60; 功耗:625 mW; 最大集存器发射电VCEO:25; 频率:150 MHz。为了驱动蜂鸣器，三极管基极电阻不易过大，这里选用50的电阻。4 系统仿真把以上每一个单元电路连接起来构成整体八路呼叫器。当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到优先编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器经过锁存后输入到译码器，然后译码器在输入到显示电路中，显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发单稳态电路，产生2S的报警信号，报警状态可以手动切除。当下一个呼叫信号输入时，首先

15、去除锁存状态，然后重复前面的过程。在显示电路中，信号通过编码器编码之后，由于在此产生的脉冲比锁存控制产生的信号脉冲超前一段时间，因此在锁存器之前必须安装一个RC缓冲电路，对编码信号脉冲进行一个短暂的延时。总电路设计仿真如图6所示：图6 总电路设计仿真：5 电路安装、调试与测试设计原理图，绘制直棱方框图，进行系统仿真的主要目的是对电路的安装以及后面的调试与测试做整体的准备，如果系统仿真正确无误，才能对课程进行安装，即焊接电路板。对器件的选择。在前面的分析过程中，对每一个器件都进行了分析和比拟，前提考虑的是能不能符合要求，即实用性；其次是它的经济性。同时所需装备有电烙铁，5V电源，电路板选择也要尽

16、可能方便实用。对所需要的元器件进行布局。在设计装配方式之前，要求将整体的电路根本定型，同时还要根据整体的体积以及芯片的尺寸来安排元器件在万用板上的装配方式。选择好电路板之后，就要对所用到的芯片以及开关等元器件进行分配布局，按照从左到右，从上到下的原那么，根据元器件种类和体积以及技术要求将其布局在万用板上的适当位置。可以先从体积较大的器件开始，如电源变压器、磁棒、全桥、集成电路、三极管、二极管、电容器、电阻器、各种开关、接插件、电感线圈等。待体积较大的元器件布局好之后，小型及微型的电子元器件就可以根据间隙面积灵活布配。分配均匀，整齐。对于本课程设计八路呼叫器，电路简单，整体的布局还是相当容易的。

17、 对电路板的焊接焊接是制造电子产品的重要环节之一，如果没有相应的工艺质量保证，任何一个设计精良的电子产品都难以到达设计要求。在科研开发、设计试制、技术革新的过程中制作一、两块电路板，不可能也没有必要采用自动设备，经常需要进行手工装焊。在大量生产中，从元器件的筛选测试，到电路板的装配焊接，都是由自动化机械来完成的，例如自动测试机、元件清洗机、搪锡机、整形机、插装机、波峰焊机、剪腿机、印制板清洗机等。这些由计算机控制的生产设备，在现代化的大规模电子产品生产中发挥了重要的作用，有利于保证工艺条件和装焊操作的一致性，提高产品质量。为了使焊锡和焊件到达良好的结合，焊接外表一定要保持清洁。即使是可焊性良好

18、的焊件，由于储存或被污染，都可能在焊件外表产生对浸润有害的氧化膜和油污。在焊接前务必把污膜去除干净，否那么无法保证焊接质量。金属外表轻度的氧化层可以通过焊剂作用来去除，氧化程度严重的金属外表，那么应采用机械或化学方法去除，例如进行刮除或酸洗等。使用手工焊接时，特别要注意很多事项！掌握正确的操作姿势，可以保证操作者的身心健康，减轻劳动伤害。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害，减少有害气体的吸入量，一般情况下，烙铁到鼻子的距离应该不少于20cm，通常以30cm为宜。同时，在焊接电路时，首先把每一个元件固定在电路板上，充分考虑放置后接线是不是有影响，然后固定元器件。对于集成芯片，还要接电源，

19、接地。根据每一个芯片的引脚图，确定输入和输出，然后连接。每一个导线必须接通电路板，对于每一根导线，必须水平和垂直焊到电路板上，线与线之间必须水平和垂直；两根导线之间可以交叉，但是导线重叠不能超过三层，否那么不好调试与检查，同时，导线不能压住焊接点，当压住的情况下，焊接后的凸出处会 弄破压在上面的导线皮，产生短路现象，直接导致整个电路板无法正常工作。对于接电源和接地点的选择，不要取得太乱，太杂，有必要时可以选取起初用铜片连到一起的一整块作为一个电源端或者接地端。然后再引出两条导线，连接电源和地线。在焊接的过程中，务必做到仔细认真，小心谨慎。不要漏到每一个接点，焊接点与焊接点直接最容易短接，因此在

20、焊接完每一个器件之后必须要用万用表进行测量，以防短接。最后要特别注意的是：焊接电路板时，要一块一块焊接，当一个单元电路焊接好之后，必须进行检测，保证其工作状态正常后，再进行下一个单元电路的焊接，这样可以大大提高效率，减小不必要的麻烦。对于一个新设计的电路板，调试起来往往会遇到一些困难，特别是当板比拟大、元件比拟多时，往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法，调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新万用板，我们首先要大概观察一下，板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无短路、开路等现象。如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。然后就是安装元件了。相互独立的模块，如果没有

21、把握保证它们工作正常时，最好不要全部都装上，而是一局部一局部的装上对于比拟小的电路，可以一次全部装上，这样容易确定故障范围，免得到时遇到问题时，无从下手。一般来说，可以把电源局部先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也到达了正常，那么说明电源局部OK。反之，那么要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以防

22、止因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。寻找故障的方法一般有下面几种：测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在左右，而CE结电压那么在左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于特殊三极管除外，例如达林顿管等，可能就是BE结就开路。信号注入法。将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。有时我们也会用更简单的方法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反响，这在音频、视频等放大电路中常使用但要注意，热底板的电路或者电压高

23、的电路，不能使用此法，否那么可能会导致触电。如果碰前一级没有反响，而碰后一级有反响，那么说明问题出在前一级，应重点检查。当然，还有很多其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等。“看就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等；“听就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等；“闻就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的；“摸就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，那么根本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方

24、热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等，工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢？如果你将手压上去，可以坚持三秒钟以上，就说明温度大概在70度以下注意要先试探性的去摸，千万别把手烫伤了经过选择器件、对器件布局、焊接器件以及对整个电路板的调试四个过程，可以完整的完成八路选择器。当电路板焊接完成之后，就要对其进行性能检测，看是否满足题目的要求，是否到达了期望的效果。测试方法设计测试时，也要注意方法步骤，不然可能导致作品出现一些问题，而这些问题有可能直接使作品损坏。在测试之前，首先要检查整个电路板，看是否有短路或开路，检查无误后，便可接通电源，接通电

25、源时，要注意电源的电压大小，给电路板加适当的电源，同时要注意电源的正负极。当准备工作做好后，就按动对应的按钮，观察显示结果和报警电路等的工作情况。测试结果及分析当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到优先编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器锁存后输入到译码器，然后经过显示电路，显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发单稳态电路，产生2s的报警信号，报警状态可以通过手动按键消除。并且手动按钮可以对显示器进行清零，如果不进行手动去除报警，在2s后，报警就会自动停止。6 结论通过测试，设计的八路呼叫器完全符合题目的要求。即当某一路有呼叫信号输入时，显示器显示该路所对应的编码，报警电路发出两秒的报警，

26、报警电路可以通过手动按键消除。7直流电源设计本实验所要求220V/50HZ的工频交流电供电，最后输出5V的直流电源。方案一：根据模拟电子技术课程中的知识，稳压局部设计为由稳压管来稳压优点：操作方便，价格低廉缺点：稳压效果不好，不稳定，而且需要设计相应的保护电路，比拟复杂方案二：稳压电路局部由三端集成稳压管7805来稳压优点：使用方便，外围电路设计简单，内部有限流保护，过热保护和过压保护电路工作平安可靠缺点：价格相对稳压管要高，效率较低本系统采用方案二1. 直流稳压电源的工作原理 直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其原理图如图7所示：图3.图7 直流稳压电源设计原理图直

27、流稳压电源各局部电路的功能变压器用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的电压U2。整流电路把交流电U2转变为脉动的直流电。滤波电路的作用是将脉动直流电压变为脉动较小的直流电Uf。稳压电路的作用是将比稳定的直流电转换成稳定的直流电压。图8 直流稳压电源仿真原理图8 参考文献1电子线路设计实验测试第4版，谢自美，高等教育出版社，2021，32电子设计指南，孙肖子，高等教育出版社，2006，103电子技术根底实验电子电路实验设计仿真第四版，陈大钦，高等教育出版社，2006，54模拟电子技术根底第四版，华成英 童诗白，高等教育出版社，2006，55阎 石 数字电子技术根底第五版，高等教育出版社，2

28、006，56电子技术根底-模拟局部第五版，康华光，高等教育出版社，2006，17电子技术根底-数字局部第五版，康华光，高等教育出版社，2006，19 总结、体会和建议本次课程设计的任务是设计一个八路呼叫器。应用于医院病房需要护理时，呼叫护士的呼叫系统。当有病人呼救时，系统会自动先处理具有优先级别的病房的编号，同时产生光信号和2秒钟的声音信号。另外在产生信号的同时，系统会显示呼叫病人的病房编号。这样医护人员可以根据呼叫信号的优先级别及时对每一位呼叫病人进行救治。其中，医院可以对病人的病情同时进行编号，病情最严重者具有最优先的优先权，一次降低。当有多个病人同时进行呼救时，系统会根据优先级别自动呼出

29、当前的最高呼叫信号被医护人员完成后，按下清零后，自动输出所所保存信号呼叫中最高级别的呼叫，知道每一位病人处理完毕。此呼叫系统的使用能让医院出现紧急状况是临危不乱，不仅使医护人员能够对病人的病情有一定的了解，还能对病人的突发情况进行及时有效的治疗，让救护工作有序的进行。同时，医院可以在有本系统的情况下，更加合理有效地安培值班的医护人员，为医院节省更多人力物力财力。本次课程设计共分为画出原理图，进行仿真，接着焊接电路板，调试。这是主要的几个过程。可以说每一个过程都相当的重要，没有合理的原理图，本次课程设计就没法进行下去，有了原理图，才可以对想出的原理图进行下一步的仿真实验，根据自学的multisi

30、m软件进行仿真。这也是相当重要的一局部，通过仿真，才可以从理论上论证自己的原理图到底是不是正确的，而且还可以想出更加合理的方法以及元器件。在我们这一组所做的仿真过程中，提出了合理的方案，并进行了严密的改正，比方说在对优先编码器74ls147 的采用。之前原理中所使用的是八线三线优先编码器74ls148，但是跟147相比拟可以明显的 看出，使用147更具有实用性，而且对现实工程更加贴切。因为74ls147是十线四线优先编码器，最后一个输入端I9接高电平，起始输入端是I1，也就是说当一号病房中出现问题时，在医护工作室工作人员那里显示的是“1。但是采用74ls148当作编码器时，当按下一个按钮时，在

31、医护放里面显示的是“0，虽然没有多大差距，但是还是会对医护人员带来一定的影响，可能产生误判断，造成严重的后果，甚至带来生病危险。因此，我觉得这也是一个很好的发现问题以及解决问题的好例子。实验是亲身体验的一个过程，通过一个严谨具体的实验，可以加深我们对所学知识的理解，亦即更好的将之应用于实际生活之中去。在我们平时的学习过程之中，我们或许会对一些知识感到很困惑，甚至不解，觉得所学的某些东西没有用，在实际之中没有使用价值。但是对于我们现在所学到的每一门专业知识，在以后的生活和工作之中将会更加的重要。实验本领也是一个发现为问题并解决问题的过程。在真正投入到创新实验方案当中之前，我以为不会很难。因为课内

32、实验我们也做了很多，只要做好预习工作，好好听老师的讲解，再加上自己多动脑筋，几乎没遇上什么比拟大的困难，实验完成起来也比拟快。各种各样的实验加起来，涉及的识面很广，学到了很多，让自己对于这样的研究与实验工作也更加感兴趣。但是真正开始课程设计实验方案时，发现自己仿佛进入了一个新的空间。一切要从头学起，从最简单的做起。渐渐地我们可以单独完成一些比拟系统全面的实验工作。但错误当然也是不可防止的，而且人往往要犯错之后才能明白如何不犯错和为什么会犯下这样的错误。比方因为我们某一步的实验操作不标准，导致最后的实验结果不尽人意，无法纳入最后的总结分析中，也就是说我们白忙活一场。其实这样的失败也未尝不是一件好