数字电路课程设计病房呼叫系统Word格式文档下载.docx

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本论文阐述了如何利用数字电路的思想，以与应用MULTISIM7仿真软件设计病房呼叫系统，测试，并实现其功能。

关键词：

病房呼叫系统，主从结构，数字电路

第1章概述

病房呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具，可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病房护理水平的必备设备之一。

呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。

它要求与时、准确、可靠、简便可行、利于推广。

本设计采用主从结构，基本运作方式为。

监控机构放置在医生值班室内，当病床有呼叫请求时进行声光报警，并在显示器上显示病床的位置。

通过对病房呼叫系统电路的设计、安装与调试，熟练掌握各种电子测量仪器、仪表的正确使用方法，熟悉掌握数字逻辑电路原理与各类型数字单元电路的工作原理、电路形式、调试方法、整机电路统调技巧等方面知识；

同时，通过对系统设计结果的理论分析，加强理论联系实际的工作能力，对加强数字逻辑电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。

第2章课程设计任务与要求

2.1设计任务

设计一个病房呼叫系统。

2.2设计要求

（1）当有病人紧急呼叫时，产生声，光提示，并显示病人的编号；

（2）根据病人的病情设计优先级别，当有多人呼叫时，病情严重者优先；

（3）医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，系统按优先级别显示其他呼叫病人的病号。

第3章系统设计

3.1方案论证

病房呼叫系统的设计方法很多，可由多种类型电路来构成，这里提供两种方案供选择：

方案1：

单片机系统控制方案

单片机是核心控制元件，利用编程语言对其功能的设计。

其优点是用软件设计替代了硬件设计，使得硬件的功能设计不再仅局限于硬件本身，而变得更加的灵活与多样，也大大降低了硬件功能设计的难度。

其缺点是抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难，维修亦较难。

方案2：

数字逻辑电路控制方案

数字逻辑电路控制系统主要由各种逻辑元件构成，包括计数器、触发器以与各种门电路，硬件设计思路非常简单，造价低廉，元件少，体积小，稳定性好，可靠性和性价比都很高。

缺点在于功能实现后电路结构复杂，维护起来比较困难。

在本设计中，采用数字逻辑电路控制系统，与单片机相比，该电路具有价格低，元件少，体积小，稳定性好，可靠性高的特点。

因此，在本设计上采用数字逻辑电路方案。

3.2系统设计

3.2.1结构框图与说明

图3-1病房呼叫系统的系统结构示意图

图3-2病房呼叫系统的系统流程图

3.2.2系统原理图与工作原理

系统原理设计图如下所示:

图3-3病房呼叫系统原理设计图

工作原理：

病房呼叫系统分为四个主要功能模块：

信号呼叫（1个至6个）由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出并使对应的病床指示灯亮起。

接着，信号传到优先选择模块，将优先级别最高的患者的信号选择出来，并传到呼叫模块与译码显示模块：

呼叫模块通过555定时器电路令蜂鸣器鸣叫5秒，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS47D将信号变换成对应的患者床号，并由七段数码管显示出来。

当该病患治疗后，断开其对应的呼叫开关，此时该系统将显示下一名较高优先级的病患床号。

当所有的病患都已经获得治疗后，该系统将自动将数码管熄灭待机，将555定时器复位。

整个系统恢复待机状态。

3.3单元电路设计

3.3.1单元电路工作原理

（1）呼叫显示模块的设计

一个或者多个病人通过关闭其对应的呼叫开关，来开启其支路的呼叫显示模块，进而开启整个病房呼叫系统。

显示模块采用一般开关驱动，高电平有效，并且每条支路加了限流电阻（133欧姆）为了使得模块能正常工作。

当一名或者多名病人闭合各自的呼叫开关时，其对应的支路接通，并由初始的高电平变为低电平电平，对应的支路显示灯会亮起，并且同时将有效信号传到下一个功能模块—优先选择模块。

根据设计要求，呼叫显示模块的设计如下图3-4所示：

图3-4呼叫显示模块设计图

（2）优先选择模块设计

根据设计要求，数码管要显示优先级别最高病房的呼叫信号，所以我们要对病房呼叫信号进行优先选择并输出。

在本设计中，6号病床为优先级最高，然后依次是5,4,3,2,1号病床。

在这里，应用了8线-3线优先编码器（74LS148）进行此功能的实现。

其输入为低电平有效，输出编码为反码形式。

8线-3线优先编码器（74LS148）功能表如下所示：

表3.18线-3线优先编码器（74LS148）功能表

输入

输出

EI~

I0~

I1~

I2~

I3~

I4~

I5~

I6~

I7~

A2~

A1~

A0~

GS~

EO~

1

x

除此之外，根据使能输出端EO的特性：

当使能输入端EI为0时并且74LS148无有效信号输入时，EO输出为0；

当使能输入端EI为0时并且74LS148为有效信号输入时，EO输出为1。

利用EO端的输出来控制数码显示电路的启动与熄灭复位，以与555定时器的启动与复位。

8线-3线优先编码器（74LS148）将输入的低电平有效信号进行优先选择，并且将选择出的信号传到译码显示模块，并且将EO端（由）的输出信号传到555定时器（来启动呼叫模块）和七段字形译码器（74LS47D）来启动数码管显示电路。

下图为优先选择模块的电路图：

图3-5数据选择模块电路图

（3）译码显示模块设计

此模块由两小模块构成，即译码模块与数码管显示模块。

先由译码模块将8线-3线优先编码器（74LS148）输出的三位二进制编码转换成病床号所对应的BCD码，再将该BCD码输入到七段字形译码器（74LS47D）并由七段阴极数码管显示病床号数字。

其流程图如下：

图3-6译码显示模块设计流程图

a.译码模块设计

因为优先选择模块输出的三位二进制编码不是所需的病床号码（在BCD码上相差1），所以要用译码将将8线-3线优先编码器（74LS148）输出的三位二进制编码转换成病床号所对应的BCD码。

模块译码模块是由基本逻辑门设计而成的小规模逻辑门电路，于是得出输入输出真值转换表，如下：

表3.2输入输出真值转换表

开关

A

B

C

D

E

F

2

3

4

5

6

根据表3.2可以列出门电路逻辑式：

D=AB~C~+A~BC+A~BC~

E=ABC~+AB~C+A~BC~

F=ABC+AB~C+A~BC

化简得：

D=AB~C~+A~B

E=AB~+AB~C

F=BC+AC

根据上述的逻辑关系式，可以设计出如下译码模块逻辑电路图：

图3-7译码模块逻辑电路图

b.数码管显示模块

通过译码模块处理后的信号成为了与病床相对应的BCD码，此时将该BCD码输入到数码管显示模块，将正确的呼叫床号显示出来。

数码管显示模块由七段字形译码器（74LS47D），共阴极七段数码管，以与一些逻辑非门和限流电阻组成。

其功能是将输入的BCD码以十进制数字的形式在七段数码管上，测试模块如下图所示：

图3-8数码管显示模块功能电路图

（4）呼叫模块设计

利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的方波信号驱动蜂鸣器呼叫。

可适当的选择电阻、电容，可将震荡时间准确的控制在要求的5秒钟。

电路原理图如下：

图3-95秒呼叫电路原理图

当无病房呼叫时，同时74LS148为无有效信号输入，EO输出为0传入555定时器的复位端。

当有病房呼叫时，同时74LS148为有效信号输入，EO输出为1传入555定时器的复位端，使得定时器得以启动。

呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间，由555构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得：

T=ln3*（R1+R2）*C，

令C=10μF,R1=144.3kΩ，则R2=288.6kΩ，则T=5秒

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。

3.3.2元件参数选择

1电阻

在本设计中，电阻的主要作用是限制电流大小，以保证电路的正常工作，所以要正确计算出所需电阻原件的大小。

应用前，电阻阻值要用数字三用表检测，检查阻值是否正确。

2电容

电容的选择电容器是