醫(yī)院病房呼叫器的設(shè)計(jì)(共14頁)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課 程 名 稱 電子線路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目(tm) 醫(yī)院(yyun)病房呼叫器的設(shè)計(jì)(shj) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)1. 用14個(gè)開關(guān)模擬4個(gè)病房的呼叫輸入信號(hào)，1號(hào)優(yōu)先級(jí)最高；14優(yōu)先級(jí)依次降低；2. 用數(shù)碼管顯示呼叫信號(hào)的號(hào)碼；沒信號(hào)呼叫時(shí)顯示0；有多個(gè)信號(hào)呼叫時(shí)，顯示優(yōu)先級(jí)最高的呼叫號(hào)（其它呼叫號(hào)用指示燈顯示）；3. 凡有呼叫發(fā)出5秒的呼叫聲；4. 對(duì)低優(yōu)先級(jí)的呼叫進(jìn)行存儲(chǔ)，處理完高優(yōu)先級(jí)的呼叫，再進(jìn)行低優(yōu)先級(jí)呼叫的處理。二、設(shè)計(jì)要求1在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)

2、化，電路圖規(guī)范化）。三、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用multisim軟件仿真。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白,華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2006.2. 閻石 數(shù)字電子技術(shù)（第五版）.M北京：高等教育出版社，2005.3. 陳孝彬 555集成電路實(shí)用(shyng)電路集.M北京(bi jn)：高等教育出版社，2002.4. 王剛 TTL集成電路(jchng-dinl)應(yīng)用.M北京：高等教育出版社，2000.五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)?cè)u(píng)定表：序號(hào)評(píng)定項(xiàng)目評(píng)分成績(jī)1設(shè)計(jì)方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計(jì)結(jié)果可信

3、（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律（15分）4設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評(píng)定成績(jī)（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定）指導(dǎo)教師簽字： 2015 年1月16日概述(i sh)醫(yī)院病房呼叫器是病房病人呼叫醫(yī)生或者護(hù)士的緊急呼叫工具，可以將病人的呼叫快速地傳送給值班(zh bn)醫(yī)生或者護(hù)士，是提高醫(yī)院和病房護(hù)理水平和救護(hù)效率的必備設(shè)備之一。呼叫器的優(yōu)劣直接關(guān)系到病人的安危，需要達(dá)到及時(shí)，準(zhǔn)確，可靠，簡(jiǎn)便可行的要求。本設(shè)計(jì)采用主從結(jié)構(gòu)，基本運(yùn)作方式為：當(dāng)不同病房的病人通過按下呼叫按鈕進(jìn)行(jnxng)呼叫請(qǐng)求的時(shí)候，床位指示燈亮

4、起，醫(yī)生和護(hù)士在值班室中可聽到警報(bào)聲，通過顯示器得知是幾號(hào)病房的呼叫。本設(shè)計(jì)分為三個(gè)功能模塊：指示燈顯示模塊，優(yōu)先顯示模塊和呼叫模塊。這些模塊共同工作便能實(shí)現(xiàn)任務(wù)書要求。在我設(shè)計(jì)的電路中，運(yùn)用了8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148和7段字形譯碼器74LS48以及共陰極七段數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先顯示模塊功能，其中運(yùn)用了自己通過真值表計(jì)算得出的小規(guī)模邏輯門電路；運(yùn)用4個(gè)LED燈來實(shí)現(xiàn)指示燈顯示模塊；運(yùn)用555定時(shí)器改裝成的多諧振蕩器和蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)呼叫模塊。方案論證 設(shè)計(jì)一個(gè)醫(yī)院病房呼叫器，在病人按下按鈕后，對(duì)應(yīng)的指示燈亮且醫(yī)生值班室能聽到蜂鳴聲，看到優(yōu)先級(jí)最高的病房號(hào)。病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法較多，可以由多

5、種類型電路來構(gòu)成，在此列舉兩種方案：方案1：數(shù)字邏輯電路控制方案數(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)思路較為簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，元件少，體積小，穩(wěn)定性好，可靠性較高。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。方案2：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)控制方案單片機(jī)是核心控制元件，利用編程語言對(duì)其功能的設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是使用軟件設(shè)計(jì)代替了硬件設(shè)計(jì)，使得硬件的功能設(shè)計(jì)不再僅局限于硬件本身，而變得更加靈活與多樣，也大大降低了硬件功能設(shè)計(jì)的難度。其缺點(diǎn)是抗干擾性能較差，不通用，而且需要有接口電路與之配套，價(jià)格適中，制造較難，維修亦較難。在本設(shè)計(jì)中，考慮到任務(wù)書的要求以及硬件條

6、件，我采用(ciyng)數(shù)字邏輯電路控制系統(tǒng)，與單片機(jī)相比，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)。圖1 醫(yī)院(yyun)病房呼叫器原理框圖電路設(shè)計(jì)指示燈顯示(xinsh)電路將病房呼叫信號(hào)輸入到發(fā)光二級(jí)管中，使發(fā)光二極管發(fā)光，如圖2。圖2 指示燈顯示電路圖2中的4個(gè)開關(guān)分別對(duì)應(yīng)著四個(gè)病房，又由于74LS148是低電平有效，所以在指示燈顯示電路中使用(shyng)了如圖所示方法輸入信號(hào)，所接的電阻為限流電阻。優(yōu)先顯示(xinsh)電路 由任務(wù)書要求，數(shù)碼管要顯示(xinsh)優(yōu)先級(jí)最高的病房的呼叫信號(hào)，因此要對(duì)病房呼叫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)先選擇。在本設(shè)計(jì)中，1號(hào)優(yōu)先級(jí)最高，14號(hào)優(yōu)先

7、級(jí)依次降低。優(yōu)先顯示電路如圖3。圖3 優(yōu)先顯示電路在這里，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：表1 74LS148功能表輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100 xxxxxxx0000010 xxxxxx01001010 xxxxx011010010 xxxx0111011010 xxx01111100010 xx011111101010 x011111111001001111111111018線

8、-3線優(yōu)先編碼器（74LS148）將輸入(shr)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)通過簡(jiǎn)單的邏輯門電路傳到譯碼器。從編碼器到譯碼器是由基本邏輯門電路設(shè)計(jì)而成的小規(guī)模邏輯門電路，于是得出(d ch)輸入輸出的真值轉(zhuǎn)換表，如下：表2 真值表輸入輸出A0A1A2ABC000000001001010010011000100100101000110110111000根據(jù)(gnj)上表可以列出門電路邏輯式： 化簡(jiǎn)得： 通過譯碼器處理后的信息成為了與病房號(hào)對(duì)應(yīng)的BCD碼，此時(shí)將該BCD碼輸入到數(shù)碼管顯示模塊，將優(yōu)先級(jí)最高的病房號(hào)顯示出來。3.呼叫(h jio)電路555定時(shí)器通過簡(jiǎn)單的外接電

9、阻和電容即可構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)(xnho)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器呼叫，并通過示波器來確定蜂鳴器呼叫時(shí)長(zhǎng)，電路如圖4。圖4 呼叫(h jio)電路555定時(shí)器改裝后得到的多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有倆個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源Vcc通過R3和R1向電容C充電，使得Uc逐漸升高，升到2Vcc/3時(shí)，Uo跳變到低電平，放電端D導(dǎo)通，此時(shí)，電容C通過電阻R1和D端放電，使Uc下降，降到Vcc/3時(shí)，Uo跳變到高電平，放電端D截止，電源Vcc又通過R3和R1向電容C充電。周而復(fù)始，振蕩不停，電容C在Vcc/3到2Vcc/3之間充電和放電，輸出連續(xù)的矩形脈沖。倆個(gè)暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間T1、T2分別可

10、以通過RC電路過度過程公式來進(jìn)行計(jì)算：， 從而得到(d do)振蕩器的震蕩周期本次設(shè)計(jì)要求蜂鳴器呼叫5s，經(jīng)過(jnggu)計(jì)算得到比較穩(wěn)定的電阻電容值如下：R1=121.3，R2=300，C=10uF，計(jì)算(j sun)得T=4.99s。四、性能測(cè)試1.指示燈顯示電路測(cè)試當(dāng)一個(gè)病房的開關(guān)被按下后，對(duì)應(yīng)的指示燈將亮起，如圖5，病房1開關(guān)閉合，則指示燈1亮。圖5 單個(gè)開關(guān)閉合指示燈測(cè)試圖 當(dāng)多個(gè)病房的開關(guān)被按下后，將有多個(gè)指示燈亮起，如圖6，病房1,2,4開關(guān)閉合，則指示燈1,2,4亮。圖6 多個(gè)(du )開關(guān)閉合指示燈測(cè)試圖優(yōu)先顯示電路(dinl)測(cè)試當(dāng)沒有病房(bngfng)呼叫時(shí)，數(shù)碼管顯

11、示0，如圖7。圖7 沒有病房呼叫數(shù)碼管顯示測(cè)試圖 當(dāng)多個(gè)病房呼叫時(shí)，顯示優(yōu)先級(jí)最高的呼叫號(hào)，如圖8,病房1，病房2，病房4按下呼叫按鈕，數(shù)碼管顯示病房?jī)?yōu)先級(jí)最高的號(hào)碼1。圖8 多個(gè)病房呼叫數(shù)碼管顯示(xinsh)測(cè)試圖呼叫電路(dinl)測(cè)試當(dāng)沒有病房呼叫(h jio)時(shí)，蜂鳴器不工作，則示波器顯示一直為低電平，如圖9。圖9 沒有病房呼叫示波器顯示圖當(dāng)有開關(guān)閉合時(shí)，即有病房發(fā)出呼叫信號(hào)(xnho)，蜂鳴器發(fā)出5秒的叫聲，示波器出現(xiàn)高電平，時(shí)長(zhǎng)約為5秒，如圖10。圖10 有病房(bngfng)呼叫示波器顯示圖結(jié)論(jiln)本次課程設(shè)計(jì)用到的芯片、門電路以及用到的其他元器件都是我們?cè)谶^去的課程學(xué)

12、習(xí)中了解過的，電路設(shè)計(jì)還算比較順利。主要用的器件有555定時(shí)器改裝成多諧振蕩器、與非門以及幾個(gè)常見芯片等。電路所用的器材也比較便宜，市面上上容易買到。Multisim這個(gè)軟件操作難度不高，設(shè)計(jì)好電路后能較快用軟件繪制出來，仿真遇到問題時(shí)軟件也有介紹錯(cuò)誤的原因，再不斷地改進(jìn)后，也能實(shí)現(xiàn)任務(wù)書中的各個(gè)要求。本次課程設(shè)計(jì)主要針對(duì)以前學(xué)過的數(shù)電知識(shí)。通過本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和領(lǐng)悟，對(duì)一些芯片比如74LS148N、74LS48、555定時(shí)器和一些門電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和時(shí)間有重要的指導(dǎo)意義。本次課程設(shè)計(jì)讓我明白了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。參考文獻(xiàn)1 閻石主編

13、.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2005年2 童詩白、華成英主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(jch).M北京：高等教育出版社，2006年3 朱定華主編. 電子電路測(cè)試(csh)與實(shí)驗(yàn).M北京：清華大學(xué)出版社，2004年4 路永主編(zhbin). 電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真.M北京：北京交通大學(xué)出版社，2004年5 祝正偉主編. 數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).M北京：清華大學(xué)出版社，2011年6 劉培植主編. 數(shù)字電路魚邏輯設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)指導(dǎo). M北京：北京優(yōu)點(diǎn)出版社，2011年7 何國(guó)棟編. Multisim基礎(chǔ)與應(yīng)用.M北京：水利水電出版社，2014年8 關(guān)靜主編. 數(shù)字電路應(yīng)用設(shè)計(jì).M北京：科學(xué)出版社，2009年9 郭小春、蔡國(guó)瑞主編. 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)教程.M北京：北京理工大學(xué)出版社，2010年10 孫肖子、鄧建國(guó)主編. 電子設(shè)計(jì)指南.M北京：高等教育出版社，2006年附錄 總電路圖附錄(fl)II 元器件清單(qngdn)序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U1優(yōu)先編碼器74LS148D12U2譯碼器74LS48D13U3供陰極數(shù)碼管SEVEN-SEG-COM14U4反相器74LS04D15U5與門74LS11D16U6555定時(shí)器555-TIMER-RAT