課程設(shè)計信工131劉杰

1、吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告 設(shè)計題目： 病房智能呼叫系統(tǒng) 專業(yè)班級： 信工131班 學(xué)生姓名： 劉 杰 學(xué) 號： 201311114 指導(dǎo)老師： 遲耀丹、張玉紅 設(shè)計時間： 2015.07.06-2015.07.17 教師評語：成績： 評閱老師 日期 目 錄1、 設(shè)計任務(wù)和要求 . 32、 設(shè)計原理 . 43、 選擇器件 . 54、 功能模塊及運行結(jié)果 . 125、 總設(shè)計電路原理圖 . 166、 心得體會總結(jié) . 19191、 設(shè)計任務(wù)和要求 1、 1-5個開關(guān)模擬5個病房的呼叫輸入信號，1號的優(yōu)先級最高；1-5優(yōu)先級依次降低； 2、 用一個數(shù)碼管顯示呼叫信號

2、的 號碼；沒信號呼叫時顯示0；又多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的呼叫號（其他 呼叫號用指示燈顯示）； 3、凡有呼叫發(fā)出5秒的呼叫聲； 4、功能擴(kuò)展：對優(yōu)先級低的呼叫聲進(jìn)行存儲，處理完高優(yōu)先級的呼叫，再進(jìn)行低優(yōu)先級的處理（發(fā)揮部分）。2、 設(shè)計原理 1、設(shè)計思路：下面對4個要求逐一進(jìn)行分析。首先，根據(jù)題目要求用5個開關(guān)模擬5個病房的呼叫信號，由于1-5優(yōu)先級依次降低，所以我們用優(yōu)先編碼器來控制其優(yōu)先級；為了調(diào)和顯示優(yōu)先編碼的順序，我們用到了并行加法器；其次，要顯示病房號碼，就要使用數(shù)碼管以及能將優(yōu)先編碼器產(chǎn)生的8421碼轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管顯示的譯碼器；能夠發(fā)出呼叫聲，在仿真中就需要蜂鳴器來實現(xiàn)這個功能

3、；對于存儲呼叫信息，由于使用了優(yōu)先編碼器，當(dāng)同時閉合兩個開關(guān)或多個開關(guān)時，它會遵循優(yōu)先級最高的來實現(xiàn)，當(dāng)優(yōu)先級高的開關(guān)斷開后，之后的優(yōu)先級較高的會進(jìn)行操作，這個過程是自動的。 2、原理框圖用五個開關(guān)進(jìn)行信號控制 優(yōu)先編碼存儲譯碼顯示呼叫的病房號燈選通電 路五個病房燈呼叫圖（1） 原理框圖三 、器件選擇1、 所用器件表一：設(shè)計所用的器件表器件名稱數(shù)量單刀開關(guān)5直流電源電壓7燈泡5電阻7電容2非門574LS148174LS283145112數(shù)碼管1555定時器1蜂鳴器12、 主要器件的功能介紹 （1） 單刀開關(guān)：設(shè)計中用5個單刀開關(guān)控制燈的亮與滅，將5個開關(guān)由上而下分別設(shè)置成從K5-K1，當(dāng)按下對

4、應(yīng)鍵位后，則相應(yīng)的燈亮，斷開開關(guān)后，則對應(yīng)的燈滅。圖（2） 單刀開關(guān)圖 (2) 非門：又稱反相器，是實現(xiàn)邏輯“非”運算的邏輯電路，其邏輯函數(shù)式為：。圖（3） 非門圖 （3）74LS148： 8線3線優(yōu)先編碼器74LS148，該編碼器的輸入輸出都是低電平有效。 該芯片在設(shè)計中的功能是對送入信號進(jìn)行優(yōu)先篩選，并將篩選出的信號譯成二進(jìn)制碼輸出，送入下一個芯片。 它的邏輯符號圖為圖（4），使能端EO(芯片是否啟用)的邏輯方程： EO =I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·E I&#

5、160;當(dāng)EO輸入EI=1時，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。 當(dāng)EO輸入EI=0時，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級排列。 圖 （4） 8線3線優(yōu)先編碼器74LS148的邏輯符號圖（左）及內(nèi)部連線圖（右） 它的管腳功能介紹 ：為16腳的集成芯片，0-7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，EI是使能輸入端，EO是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。表二：74LS148的功能表輸 入輸 出012345671XXXXXXXX11111011111111111100XXXX

6、XXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X011111111001001111111111011高電平 0低電平 X任意 (4)74LS283：它是個四位超前進(jìn)位加法器。在設(shè)計中74LS283實現(xiàn)的是兩個四位二進(jìn)制數(shù)的加法運算，它的邏輯表達(dá)式為：S3S2S1S0=A3A2A1A0+B3B2B1B0。在該設(shè)計中，它接收來自優(yōu)先編碼器74LS148的譯碼輸出分別送入A2A1A0，同時將A3接地，與設(shè)定的B3B2B1B0=1001相加，并將所得結(jié)果S3S2S1S0中的S2S1S0送

7、出。在整個電路是通路的情況下，74LS283的運算過程如表三：表三 :74LS283的運算過程A3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0100010010001100110010010101010010011101110010100110010010101110110010110 0為低電平，1為高電平圖（5）加法器74LS283的邏輯符號圖它的引腳功能：A3A0為運算輸入端；B3B0為運算輸入端；CO為進(jìn)位輸入端，S3S0為和輸出端 ；C4為進(jìn)位輸出端。 （5）4511：它是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如下 ：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控

8、制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動LED顯示器。該設(shè)計中，我們用到了兩個4511，第一個4511芯片的輸入端D接地，輸入端CBA接接來自74LS283的輸出端S2S1S0，燈測試端LT接高電平，滅燈輸入端BI接74LS148的使能輸出端，鎖存控制端LE接地，輸出端QG-QA接數(shù)碼顯示管的輸入端；第二個4511芯片的輸入端DCBA全部接地，燈測試端LT接高電平，滅燈輸入端接74LS148的進(jìn)位輸出端，鎖存控制端LE接地，輸出端QG-QA接數(shù)碼顯示管的輸入端。當(dāng)開關(guān)全部打開時，74LS148的進(jìn)位輸出端為高電平，使能輸出端為低電平，第一個4511芯片不工作，而第二個

9、4511芯片工作，數(shù)碼管顯示0；當(dāng)有一個或多個開關(guān)閉合時，74LS148的進(jìn)位輸出端為低電平，使能輸出端為高電平，第一個4511芯片工作，而第二個4511芯片不工作，數(shù)碼管顯示4511驅(qū)動所對應(yīng)數(shù)字，因此實現(xiàn)了沒有信號呼叫時，數(shù)碼管顯示0，有信號呼叫時，顯示呼叫信號對應(yīng)的數(shù)字的功能。它的邏輯符號圖如圖（6）所示：,圖（6）4511的邏輯符號圖 它的引腳功能 ：其中A B C D為 輸入，A為最低位。LT為燈測試端，BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， BI端應(yīng)加高電平。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。AG是 7 段輸出端，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。表四：45

10、11的工作真值表輸 入輸 出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱011111

11、10000000消隱111XXXX鎖 存鎖存1高電平 0低電平 X任意 （6）數(shù)碼管：設(shè)計圖中采用的是共陰級七段數(shù)碼顯示管，由發(fā)光二極管組成。 圖（7）七段數(shù)碼管的邏輯符號圖 （7）555定時器：555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。它構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路，在該設(shè)計當(dāng)中，我們利用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器來實現(xiàn)蜂鳴器發(fā)出5秒呼叫聲的功能。 它的邏輯功能圖如圖（8）所示。圖（8）555定時器構(gòu)成的多諧振蕩圖 它的引腳功能 ：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地；8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的

12、范圍為3 18V。一般用5V；3腳：輸出端Vo；2腳：低觸發(fā)端；6腳：TH高觸發(fā)端；4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平；5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾；7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。4、 模塊功能 1、指示燈顯示模塊 如圖（9），開關(guān)由上而下分別是K5-K1，依次閉合時，對應(yīng)的燈泡會發(fā)光。此時，閉合了開關(guān)K5和K2，對應(yīng)的燈泡L5 和L3發(fā)光。 運行結(jié)果如下：圖（9）

13、指示燈顯示模塊及閉合K5、K2時的運行結(jié)果2、優(yōu)先顯示模塊 由設(shè)計要求，數(shù)碼管要顯示優(yōu)先級最高的病房的呼叫信號，所以我們須得對病房呼叫信號進(jìn)行選優(yōu)。優(yōu)先級最高為1，然后為2，依次到5。在開關(guān)全部打開時顯示為0 。電路路如圖（10）所示：圖（10）優(yōu)先顯示模塊 此電路圖由5個開關(guān)控制，經(jīng)優(yōu)先編碼器74LS148進(jìn)行優(yōu)先篩選，譯碼出的信號送入加法器74LS283，再進(jìn)入4511驅(qū)動數(shù)碼管顯示對應(yīng)的數(shù)字，運行結(jié)果如下：（1） 沒有信號輸入時，開關(guān)全部打開，數(shù)碼管顯示為0。 運行結(jié)果如下圖 ： （2）閉合開關(guān)K5時的運行結(jié)果： (3)同時閉合開關(guān)K5和K2的運行結(jié)果： （4) 閉合全部開關(guān)時的運行結(jié)果

14、：3、 呼叫模塊 根據(jù)設(shè)計要求開關(guān)全部打開時，蜂鳴器不發(fā)出響聲；有一個或多個開關(guān)閉合時，蜂鳴器發(fā)出5秒響聲。因此，我們利用555集成時基電路組成的脈沖啟動型多諧振蕩電路，產(chǎn)生一定頻率f的信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出呼叫。如圖（11）所示：圖（11）呼叫模塊 根據(jù)實際情況，在電路圖當(dāng)中，我們?nèi)‰娙葜礐=0.01uF，R1=R2 ，設(shè)計中要求呼叫聲為5s，即振蕩周期T=5，它的振蕩周期的計算公式為 T=0.7（R1+2R2)C，經(jīng)計算求得R1=R2=240k。因此當(dāng)有信號輸入時，就實現(xiàn)了蜂鳴器發(fā)出5s呼叫聲的功能。5、 總電路原理圖圖（12）總電路原理圖1、總電路圖的工作原理：用5個單刀開關(guān)控制輸入信號，

15、即控制燈泡的亮與滅，由上而下分別是K5-K1，當(dāng)閉合開關(guān)，則相應(yīng)的指示燈亮，斷開開關(guān)，則相應(yīng)指示燈滅；沒有信號呼叫時顯示0，有多個信號呼叫時顯示優(yōu)先級最高的呼叫號，其他呼叫號用指示燈顯示。開關(guān)閉合后，有信號送入74LS148優(yōu)先編碼器中，并且蜂鳴器開始呼叫，當(dāng)只有一個信號送入編碼器，則編碼器只對這個信號進(jìn)行編碼，經(jīng)過74LS283加法器運算，然后進(jìn)入譯碼器進(jìn)行譯碼，最后在數(shù)碼管上顯示對應(yīng)的病房號碼，并且蜂鳴器進(jìn)行呼叫5s；當(dāng)閉合2個或兩個以上的開關(guān)，即有多個信號送入優(yōu)先編碼器中，優(yōu)先編碼器對優(yōu)先級別高的進(jìn)行編碼，存儲低的優(yōu)先級的呼叫聲，處理完高優(yōu)先級的呼叫，再進(jìn)行低優(yōu)先級呼叫的處理。2、 總電

16、路圖運行結(jié)果 （1）開關(guān)全打開，沒有信號輸入時，指示燈都不亮，蜂鳴器不響，數(shù)碼管顯示為0。運行結(jié)果如下：（2） 閉合開關(guān)K5時，燈泡L5亮，蜂鳴器響起（5秒），數(shù)碼管顯示為5。運行結(jié)果如下： （3）同時閉合開關(guān)K5和K2時，燈泡L5和L2亮，蜂鳴器響起，數(shù)碼管顯示為2 。運行結(jié)果如下： （4） 當(dāng)所有開關(guān)閉合時，燈泡L5、L4、L3、L2、L1全部亮，蜂鳴器響起，數(shù)碼管顯示為1 。 運行結(jié)果如下 ： 六、心得體會總結(jié) 本設(shè)計是要達(dá)到在病人緊急需要時能很快進(jìn)行救治的呼叫系統(tǒng),增強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員更好的監(jiān)護(hù)病人的效果。此系統(tǒng)的優(yōu)點特色在于可以設(shè)立呼叫優(yōu)先等級而不是單純的病人呼叫，這樣避免在有多個病人同時呼

17、叫時，醫(yī)護(hù)人員不知道應(yīng)該先救治哪個。利用本系統(tǒng)設(shè)立呼叫等級后，當(dāng)有多個呼叫信號時，呼叫系統(tǒng)會自動先顯示最高級別的的呼叫，使病情嚴(yán)重的病人得到優(yōu)先救治。同時系統(tǒng)自動存儲其他呼叫號，在高級別的呼叫號清零后自動對其他呼叫號進(jìn)行顯示，這樣讓所有病人都能夠獲得救治，這種由醫(yī)院根據(jù)病人病情設(shè)立的具有呼叫等級的系統(tǒng)系統(tǒng)可有效控制因病人突發(fā)病情而醫(yī)護(hù)人員卻未能及時救治導(dǎo)致病人病情嚴(yán)重甚至死亡的嚴(yán)重后果。在設(shè)計的過程當(dāng)中，遇到的問題是不計其數(shù)的，通過多方的查找資料，篩選資料，分析處理資料，靜心的獨立思考，與同學(xué)們的積極探討以及老師的悉心輔導(dǎo)下，我終于圓滿的完成了此次課程設(shè)計，成功的解決了所有的設(shè)計任務(wù)和要求。在

18、設(shè)計的初期，我面臨著兩個關(guān)鍵性的問題，一是優(yōu)先級不對，二是蜂鳴器一直響，實現(xiàn)不了發(fā)出5秒的呼叫聲。對于優(yōu)先級問題，有多個信號同時呼叫時，1的優(yōu)先級最高，5的優(yōu)先級最低，我利用74LS148優(yōu)先編碼器來實現(xiàn)息功能，實際接入電路當(dāng)中后，實現(xiàn)的卻是5的優(yōu)先級最高，1的優(yōu)先級最低，于是我去掉了非門，實現(xiàn)了5的優(yōu)先級比1的優(yōu)先級高的功能，但開關(guān)全部打開時，數(shù)碼管卻顯示7，靜心思考后，我決定接入個74LS283加法器，經(jīng)過多次計算，卻還是沒能實現(xiàn)開關(guān)全部打開時為0的效果，在與同學(xué)們的討論下，抱著試探的心態(tài)，我利用了兩個4511芯片和一個74LS283，終于成功的解決了多個信號輸入時優(yōu)先級和沒有信號輸入時輸出為0的問題；對于蜂鳴器要發(fā)出5秒呼叫聲的問題，我利用555定時器與電阻電容構(gòu)成的多諧振蕩器來實現(xiàn)，卻想當(dāng)然的隨便找了個電阻電容值，導(dǎo)致