数字电路课程设计-病房呼叫系统

东北大学秦皇岛分校电子信息系数字电路课程设计病房呼叫系统专业名称计算机科学与技术班级学号学生姓名指导教师设计时间2009.12.18~2009.12.26

课程设计任务书专业：计算机科学与技术学号：学生姓名（签名）：设计题目：一、设计实验条件电路仿真实验室二、设计任务及要求1.课程设计任务《数字电路》课程设计是继“数字电路”课后开出的实践环节课程，其目的是训练学生综合运用学过的数字电路的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路能力，设计建立在硬件和软件两个平台的基础上。硬件平台是可编程逻辑器件，所选的器件可保存在一片芯片上设计出题目要求的数字电路。软件平台是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司)推出的Multisim10.0，通过课程设计，学生要掌握使用EDA（电子设计自动化）工具设计数字电路的方法，包括设计输入便宜软件仿真下载及硬件仿真等全过程。2.课程设计要求通过课程设计学生应掌握设计所用硬件电路的工作原理，EDA软件的使用方法，能够熟练地利用EDA设计、调试数字电路系统，独立完成设计安装、测试全过程，具体要求：1.设计一个病房呼叫系统，该系统能根据不同的呼叫激励不同的振铃；2.设计一个显示电路用于显示病人的床号；3.该系统具有优先权设定功能；三、设计报告的内容1.总体方案选择设计电路第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标。设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡个方案的优缺点，从中选优。最开始我设计的方案一是使用74LS148N和74LS00N以及反相器输出结果，但是这种方案给显示带来了麻烦，所以舍弃了这种方案。在方案一的基础上我保留了74LS148N和74LS00N的组合，然后使用七段译码显示器及其驱动芯片完善显示部分，形成了最终的方案：图1最终方案总体电路图原理：1.1.通过电路系统可根据不同的呼叫激励不同的响铃，在此图中由七段共阴数码管输出不同的数字代替激励不同的响铃，实现此功能的电路部分为：图2实现一个病房具有不同呼叫功能的电路图对于一个病房的不同呼叫，利用74LS148N优先编码器对呼叫信号（输入低电平）进行优先编码，把较为重要的呼叫内容与编号较大的引脚相连，当有呼叫信号（输入低电平）时，74LS148N会把优先级较高的信号编码成二进制信号输出。由于74LS148N的输出是低电平有效，而共阴数码管的驱动芯片7448N的输入是高电平有效，所以在它们中间加一个二输入四与非门芯片74LS00N，将74LS148N输出的信号反向后再输入7448N对应的引脚。这样就能使共阴数码管显示当前输入中优先级最高的呼叫信号（低电平）。1.2.电路还要求能显示呼叫病人的床号，实现此部分功能的电路部分为：图3实现输出病房号的电路图将之前实现输出不同呼叫功能的每一个电路中的74LS148N的GS引脚，作为实现病房号输出功能电路的输入信号，把优先级较高的病房与74LS148N输入端中引脚号较大的引脚相连，将74LS148N的输出信号通过74LS00N反向之后输入对应的7448N芯片的输入端，就能实现在几个病房同时呼叫的时候，共阴数码管显示优先级较高的病房号。1.3.电路要求的优先级的设定在前两个电路中已经同过优先编码器实现了。2.实验过程2.1.前期准备首先，我通过网上视频教学学会了Multisim仿真软件的基本用法，然后通过网上了解了病房呼叫需要的功能，查阅了相关资料来实现各种功能，并参考了一些往年病房呼叫设计方案，结合病房实际需要，我提出了更为人性化的功能优先级与病房号双重优先级的设计方案，但最后由于所学知识及设计时间有限放弃此方案。在传统方案的基础上设计出功能号显示方案。2.2.软件仿真（1）、所需的元器件，所选的最好是虚拟的元件，方便更改参数。（2）、根据选定的元器件和事先画好的电路图连接好电路，特别注意导线交叉的地方是否连接有节点和各个芯片管脚的接法。（3）、确认接好电路图好后，将具有代表性的输入信号输入，观察数码管显示数字的变化。包括输入信号，同一个病房内输入两个优先级不同的信号，不同病房输入信号等。实验结果：图4同一病房内有两个输入，优先级较高的功能号先输出的结果图当一个病房内同时又多个输入时（图中为2号和5号引脚有低电平输入），此时显示的是5号功能。图5多个病房同时输入，优先级较高的病房的号码输出的结果图当每个病房都有呼叫信号输入（低电平输入）的时候右边的病房号显示电路显示了优先级最高的病房的病房号。结果符合预期结果。2.3.硬件安装、调试（1）、根据仿真电路图，领取相应的元器件，接好电路图。需要注意的是，安装芯片的时候，要了解清楚芯片的引脚，并检验芯片是否能正常工作。在此电路中，分清楚数码管是共阳极还是共阴极，两者所需的驱动芯片型号不同。接电源时注意正、负极和引脚号，并在有些地方接电阻分压分压以防接错烧毁烧坏芯片。本电路中，尤其要注意在7448N与共阴数码管之间需要连接电阻，避免烧坏数码管。特别注意所有的导线是否插实（导线接触不良可能导致电路不能正常工作且不易发现）。（2）、一切准备就绪后，打开电源开关，改变输入输入低电平，观察其是否如仿真电路一样正常工作。如果不能如仿真电路一样，可以分布调试电路的各个部分，以排除故障，最终使电路可以符合要求的工作。（3）、实际调试的过程消耗了大量的时间，主要的耗时部分在对器件的检查、制作适当长度的导线以及当没有实现预定的结果时，通过观察错误结果的特点，分析问题的所在。这需要有耐心，不能急躁，否则是排除不了问题的。比如，在一次在调试数码管的时候，我通过观察发现每一次数码管的显示总是比应该显示的正确结果大8，经过分析是驱动芯片7448N的D输入端没有接地，经过仔细的检查，果然发现连接D输入端与地的导线接触不良，调换导线后便排除了问题。如果没有耐心去仔细观察，是不能及时发现问题的。3.主要元器件及功能介绍1）74LS148N（8线-3线优先编码器）：将不同引脚的输入按优先级编译成二进制代码；2）74LS00N（二输入四与非门）：四个两个输入的与非门；3）74LS48（共阴数码管驱动器）：将输入的二进制代码转化成七段显示译码显示器的对应数字的高、低电平；4）7段LED显示器：显示输出的7种状态；5）电阻；4.结论通过该课程设计我掌握了设计所用硬件电路的工作原理，EDA软件的使用方法，能够熟练地利用EDA设计、调试数字电路系统，独立完成设计安装、测试全过程，并顺利的完成了病房呼叫系统电路的仿真和实现。四、设计的收获与体会通过这次病房呼叫系统的课程设计，我受益匪浅。整个过程中一直体验着学习与成功的喜悦。最初我和张乐作出了两种设计方案，一种是实现病房功能可选式呼叫，病房号具有优先级之分;第二种方案是双重优先级功能呼叫，设计更加人性化。但最后由于所学知识及设计时间有限放弃第二种方案，希望通过日后的学习能够自主设计出这次放弃的设想。在我们连接电路实物时，充分认识到理论与实践的差别，实践过程中摸索到很多细节上的技巧，让我们学会灵活变通。尤其在每一步调试经过无数次失败终于显示成功时内心所泛起的成功的喜悦感是无法替代的，正是这种成就感鼓励着我们不断地克服重重困难，最后终于完成了设想的一切功能。在最后验收阶段，我负责仿真电路演示及讲解，张乐负责电路事物演示。充分锻炼了我们交流思想，讲解产品的能力。整个过程大家一起搜集资料，团结一致，彼此鼓励，才获得今天的成绩，更因为老师画龙点睛式的指导，才使我们的努力收到事半功倍的效果。通过这次课程设计，我把学到的东西真正运用到了实践中，这不仅加强了我对电子元件和相应EDA软件的运用能力，还锻炼了我分析问题、解决问题的能力以及团队合作的能力，尤其这次试验成功的体验将带给我们无限的前进动力。五、参考资料[1].阎石.数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1998．[2].唐赣，吴翔，苏建峰.Multisim10&Ulti