數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)

唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 1唐 山 學(xué) 院數(shù)字電子技術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 優(yōu)先病房呼叫器設(shè)計(jì) 系 (部) 信息工程系 班 級(jí) 12 電本 3 姓 名 胡大為 學(xué) 號(hào) 4120208320 指導(dǎo)教師 成鳳敏 馬軍爽 樊艷 2014 年 6 月 30 日至 7 月 4 日 共 1 周2014 年 7 月 3 日唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 2數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)題目：優(yōu)先病房呼叫器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：某醫(yī)院有 7 間病房，每間病房門口設(shè)有呼叫顯示燈，室內(nèi)設(shè)有緊急呼叫開關(guān)，同時(shí)在護(hù)士值班室設(shè)有一個(gè)數(shù)碼顯示管，可對(duì)應(yīng)顯示病房的呼叫號(hào)碼。設(shè)計(jì)要求： 分析并設(shè)計(jì)應(yīng)用電路，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 用 Multisim 進(jìn)行電路仿真。 撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。二、設(shè)計(jì)原始資料Multisim 仿真軟件、課件。三、要求的設(shè)計(jì)成果（課程設(shè)計(jì)說明書、 設(shè)計(jì)實(shí)物、圖紙等）課程設(shè)計(jì)說明書、仿真電路圖。四、進(jìn)程安排周 1 講解整個(gè)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能，查閱相關(guān)資料，進(jìn)行理論分析； 周 2、3 進(jìn)行仿真并調(diào)試；周 4 撰寫課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；周 5 答辯并提交設(shè)計(jì)說明書。五、主要參考資料1 劉全忠，劉艷莉電子技術(shù)（第三版）北京：高等教育出版社，20032 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，20063 NI-Multisim 10 經(jīng)典教程指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表出勤天數(shù) 出勤情況 缺勤天數(shù)出勤及設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)（20 分）課設(shè)答辯（20 分）電路仿真（30 分）說明書（30 分）成績?cè)u(píng)定總成績（100 分）提問（答辯）問題情況1.簡述系統(tǒng)的工作原理2.74LS148（或 147）中的優(yōu)先級(jí)是哪兒個(gè)？3.數(shù)碼管的內(nèi)部接法是共陰極還是共陽極？綜合評(píng)定指導(dǎo)教師簽名：年 月 日唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 11目 錄第 1 章 概述 .2第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .22.1 方案論證 .22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .32.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明 .32.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 .32.3 單元電路設(shè)計(jì) .42.3.1 單元電路工作原理 .42.3.2 元件參數(shù)選擇 .9第 3 章 軟件仿真 .103.1 仿真過程 .103.2 仿真結(jié)果 .11第 4 章 結(jié)論 .164.1 對(duì)于病房呼叫系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) .16附錄 .17附錄.18參考文獻(xiàn) .18收獲、體會(huì)和建議 .18唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 22第 1 章 概述病房呼叫系統(tǒng)是病人請(qǐng)求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理的緊急呼叫工具，可將病人的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士，是提高醫(yī)院和病房護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危，歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠、簡便可行、利于推廣。本設(shè)計(jì)采用主從結(jié)構(gòu)，基本運(yùn)作方式為。監(jiān)控機(jī)構(gòu)放置在醫(yī)生值班室內(nèi)，當(dāng)病床有呼叫請(qǐng)求時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并在顯示器上顯示病床的位置。呼叫源（按鈕）放在病房內(nèi)，病人有呼叫請(qǐng)求時(shí)，按下請(qǐng)求按鈕，向值班室呼叫，并點(diǎn)亮相應(yīng)床位的指示燈。本設(shè)計(jì)分為四個(gè)主要功能模塊：呼叫顯示模塊，優(yōu)先選擇模塊，譯碼顯示模塊，以及呼叫模塊。這些模塊共同工作完成本電路的功能實(shí)現(xiàn)。其中運(yùn)用了8 線3 線優(yōu)先編碼器 74LS148 來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先選擇模塊主要功能，其中運(yùn)用自己設(shè)計(jì)的小規(guī)模邏輯門電路，7 段字形譯碼器 74LS47D 和共陰極七段數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)譯碼顯示模塊主要功能。 通過對(duì)病房呼叫系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試，熟練掌握各種電子測量儀器、儀表的正確使用方法，熟悉掌握數(shù)字邏輯電路原理及各類型數(shù)字單元電路的工作原理、電路形式、調(diào)試方法等方面知識(shí)；同時(shí)，通過對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的理論分析，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的工作能力，對(duì)加強(qiáng)數(shù)字邏輯電路原理與技術(shù)方法的掌握，得到全面的、系統(tǒng)的訓(xùn)練，為今后從事本專業(yè)工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 33第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 方案論證 病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很多，可由多種類型電路來構(gòu)成，這里數(shù)字邏輯電路控制系統(tǒng)主要由各種邏輯元件構(gòu)成，包括計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器以及各種門電路，硬件設(shè)計(jì)思路非常簡單，造價(jià)低廉，元件少，體積小，穩(wěn)定性好，可靠性和性價(jià)比都很高。缺點(diǎn)在于功能實(shí)現(xiàn)后電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)起來比較困難。在本設(shè)計(jì)中，該電路具有價(jià)格低，元件少，體積小，穩(wěn)定性好，可靠性高的特點(diǎn)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明圖 3-1 病房呼叫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2 工作原理工作原理：病房呼叫系統(tǒng)分為四個(gè)主要功能模塊：呼叫顯示模塊，優(yōu)先選擇模塊，譯碼顯示模塊，以及呼叫模塊。這些模塊共同工作完成本電路的功能實(shí)現(xiàn)。其中呼叫信號(hào) 呼叫顯示模塊：對(duì)應(yīng)床位的提示燈亮優(yōu)先選擇模塊：對(duì)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)先選擇編碼譯碼顯示模塊：對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼并顯示病房號(hào)唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 44運(yùn)用了 8 線3 線優(yōu)先編碼器 74LS148 來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先選擇模塊主要功能，其中運(yùn)用自己設(shè)計(jì)的小規(guī)模邏輯門電路，7 段字形譯碼器 74LS47D 和共陰極七段數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)譯碼顯示模塊主要功能，運(yùn)用 555 定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)呼叫模塊。 信號(hào)呼叫（1 個(gè)至 7 個(gè)）由呼叫顯示模塊的各個(gè)呼叫開關(guān)發(fā)出并使對(duì)應(yīng)的病床指示燈亮起。接著，信號(hào)傳到優(yōu)先選擇模塊，將優(yōu)先級(jí)別最高的患者的信號(hào)選擇出來，并傳到呼叫模塊與譯碼顯示模塊，同時(shí)譯碼顯示模塊通過小規(guī)模邏輯門集成電路與 74LS47D 將信號(hào)變換成對(duì)應(yīng)的患者床號(hào)，并由七段數(shù)碼管顯示出來。2.3 單元電路設(shè)計(jì)2.3.1 單元電路工作原理(1)呼叫顯示模塊的設(shè)計(jì)一個(gè)或者多個(gè)病人通過關(guān)閉其對(duì)應(yīng)的呼叫開關(guān)，來開啟其支路的呼叫顯示模塊，進(jìn)而開啟整個(gè)病房呼叫系統(tǒng)。顯示模塊采用一般開關(guān)驅(qū)動(dòng)，高電平有效，并且每條支路加了限流電阻（133 歐姆）為了使得模塊能正常工作。當(dāng)一名或者多名病人閉合各自的呼叫開關(guān)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的支路接通，并由初始的高電平變?yōu)榈碗娖诫娖?，?duì)應(yīng)的支路顯示燈會(huì)亮起，并且同時(shí)將有效信號(hào)傳到下一個(gè)功能模塊優(yōu)先選擇模塊。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，呼叫顯示模塊的設(shè)計(jì)如下圖 3-4 所示：唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 55圖 3-4 呼叫顯示模塊（2）優(yōu)先選擇模塊設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，數(shù)碼管要顯示優(yōu)先級(jí)別最高病房的呼叫信號(hào)，所以我們要對(duì)病房呼叫信號(hào)進(jìn)行優(yōu)先選擇并輸出。在本設(shè)計(jì)中，7 號(hào)病床為優(yōu)先級(jí)最高，然后依次是 5,4,3,2,1 號(hào)病床。在這里，應(yīng)用了 8 線-3 線優(yōu)先編碼器（74LS148）進(jìn)行此功能的實(shí)現(xiàn)。其輸入為低電平有效，輸出編碼為反碼形式。8 線-3 線優(yōu)先編碼器（74LS148）功能表如下所示：表 3.1 8 線-3 線優(yōu)先編碼器（74LS148）功能表輸入 輸出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唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 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，根據(jù)使能輸出端 EO 的特性：當(dāng)使能輸入端 EI 為 0 時(shí)并且74LS148 無有效信號(hào)輸入時(shí)，EO 輸出為 0；當(dāng)使能輸入端 EI 為 0 時(shí)并且74LS148 為有效信號(hào)輸入時(shí)，EO 輸出為 1。利用 EO 端的輸出來控制數(shù)碼顯示電路的啟動(dòng)與熄滅復(fù)位，以及 555 定時(shí)器的啟動(dòng)與復(fù)位。8 線-3 線優(yōu)先編碼器（74LS148）將輸入的低電平有效信號(hào)進(jìn)行優(yōu)先選擇，并且將選擇出的信號(hào)傳到譯碼顯示模塊，并且將 EO 端（由）的輸出信號(hào)傳到555 定時(shí)器（來啟動(dòng)呼叫模塊）和七段字形譯碼器（74LS47D ）來啟動(dòng)數(shù)碼管顯示電路。下圖為優(yōu)先選擇模塊的電路圖：圖 3-5 數(shù)據(jù)選擇模塊電路圖（3）譯碼顯示模塊設(shè)計(jì)唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 77此模塊由兩小模塊構(gòu)成，即譯碼模塊與數(shù)碼管顯示模塊。先由譯碼模塊將 8 線-3 線優(yōu)先編碼器（74LS148）輸出的三位二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換成病床號(hào)所對(duì)應(yīng)的 BCD 碼，再將該 BCD 碼輸入到七段字形譯碼器（74LS47D）并由七段陰極數(shù)碼管顯示病床號(hào)數(shù)字。其流程圖如下：譯 碼 模 塊 將 其 翻 譯成 該 病 床 對(duì) 應(yīng) 的B C D 碼七 段 字 形 譯 碼 器 （7 4 L S 4 7 D ）七 段 數(shù) 碼 管 顯 示 病人 的 床 號(hào)由 優(yōu) 先 選 擇 模 塊 輸出 的 3 位 二 進(jìn) 制 碼該 病 床 對(duì) 應(yīng) 的 4 位