病床呼叫系统教材.docx

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病床呼叫系统教材

课程设计（论文）

题目名称病床呼叫系统

课程名称电子技术课程设计

学生姓名xxxxx

学号xxxxxxxx

系、专业xxxxxxx

指导教师xxxxxxx

2016年5月31日

摘要

本设计完成的是病房呼叫系统的功能。

该设计采用主从结构，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。

呼叫源（按钮）放在病房内，病人有呼叫请求时，按下请求按钮，提示闹铃响起，向值班室呼叫，并点亮相应床位的指示灯。

采用模块设计思想，分为四个主要功能模块：

呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。

这些模块共同工作完成本电路的功能实现。

本设计分为四个主要功能模块：

呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。

这些模块共同工作完成本电路的功能实现。

其中运用了8线—3线优先编码器74LS148来实现优先选择模块主要功能，其中运用自己设计的小规模逻辑门电路，并且运用74LS138译码器来进行输出的控制，本论文阐述了如何利用数字电路的思想，以及应用proteus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，JK同输入触发器，数字电路

引言

随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。

为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。

自20世纪70年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域。

病床呼叫系统正是应用了数字电路实现的。

病床呼叫系统是现时代医院内必不可少的，它是病人呼叫医生护士的进行诊断或护理的紧急呼叫工具，是提高医院和护理病房水平的必备设备之一。

呼叫系统的优劣关系到病员生命的安危，所以医院对此是非常重视的，它要求及时，准确，可靠，操作简单方便病员使用。

本设计采用一般的数字电路控制整个系统来完成运行，监控机构放在医生护士值班室内，当病床进行呼叫时，值班室内会显示出是哪一床位在呼叫，与此同时还会伴随着喇叭的提醒。

这个系统会优先让值班室内看到病情较为严重的病员的呼叫，当护士或医生看到有人呼叫时，记住床位后，便可以清零那个病员的呼叫。

1设计详细任务与要求

1.1基本功能

（1）呼叫功能：

能实现7个病房对护士站的呼叫，病人有情况时，按一下自己床边的呼叫按键就能呼叫护士；

（2）显示功能：

有病房呼叫时，护士站的数码管显示器上会显示相应的床位号；无呼叫时显示器上无显示；

（3）报警功能：

有病房呼叫时，护士站的喇叭会发出一响一停的报警声，同时，数码管显示器上显示的床位号会与报警声同步闪烁；

（4）呼叫保持功能：

有呼叫键按下后，即使按键松开了，呼叫显示和报警声也能保持，直到护士响应呼叫；

（5）清除功能：

护士响应呼叫后，按下清除键即可清除呼叫报警声及显示。

1.2呼叫系统的总体框图

呼叫系统的总体框图如图一所示，它主要由主体电路和扩展电路两部分组成。

主体电路完成基本的呼叫功能，呼叫开始后，经过优先编码器，然后由锁存器来进行锁存高低电平。

然后锁存器后有7448七段译码器进行译码，然后接七段显示屏。

扩展电路进行电路的全局清零与喇叭报警的报警。

图1.1所示呼叫系统的工作过程是：

当病房内有人感到不舒适时，就可以按床边的呼叫按钮，然后护士值班室内就会接收到这种信号，进而使用复位清零开关，使呼叫停止，然后其他病员可以接着按呼叫开关，当有人同时呼叫时，则会是具有优先权的那一个病员的床位号显示在护士值班室内的显示屏上。

当病员按呼叫按键时，电路需要完成以下几个功能：

（1，每个人床位都有2个灯泡，在无人呼叫时，红色指示灯会亮，当有人呼叫时红色指示灯会熄灭，同时按键呼叫病床相应的绿色指示灯会亮，护士响应后，绿色指示灯熄灭，红色指示灯会亮。

（2）同时按键时，具有优先权的先接受治疗。

优先权高的绿色指示灯会亮，低的就不会亮。

（3）显示屏上会显示呼叫病员的床号，报警器会提示医护人员。

报警电路

指示灯模块

脉冲产生电路

图1.1病床呼叫系统总体框图

1.3方案设计与论证

方案一：

病床呼叫系统的总体框图如图1.1所示由主要传输电路和扩展电路构成，主要传输电路完成呼叫功能，即呼叫开始后，经过优先编码器，然后由3个JK触发器而改装成的T锁存器来进行锁存高低电平。

然后锁存器后有7448七段译码器进行译码，然后接七段显示屏，显示屏上显示病床号。

扩展电路完成指示灯的控制以及报警器的控制。

方案二：

病床呼叫系统的总体框图如图1.1所示由主要传输电路和扩展电路构成，主要传输电路完成呼叫功能，即呼叫开始后，经过优先编码器，优先编码器的3个输出端接3个非门将输出信号反转。

之后接三个D锁存器，将信号进行锁存。

然后再接74LS138译码器，将显示码转换为电平信号，最后通过LED灯达到提示的效果。

扩展电路完成报警器的控制。

结论：

与方案二相比，有更多的提示功能、电路基本相同，且更贴近实际，故选用方案一。

2设计方案简述

病床呼叫系统的总体框图如图1.1所示由主要传输电路和扩展电路构成，主要传输电路完成呼叫功能，即呼叫开始后，经过优先编码器，然后由3个JK触发器而改装成的T锁存器来进行锁存高低电平。

然后锁存器后有7448七段译码器进行译码，然后接七段显示屏，显示屏上显示病床号。

扩展电路完成指示灯的控制以及报警器的控制。

图2.1的工作过程是：

采用74LS148优先编码器可以很好的使病情较为严重的患者优先进行诊疗，当病员呼叫时，会输入信号给74LS148优先编码器进行编码。

编码完成后经过非门的作用将信号转入到T锁存器，T锁存器通过一个74138译码器连接绿色指示灯模块，通过两个或门和一个非门组成的逻辑门将信号转入给红色指示灯模块。

通过锁存器输出端接两个或门进行信号传递给报警器。

图2.1病床呼叫系统的组成框图

病床呼叫系统要完成以下四项工作:

（1）优先编码器要能在第一时间做出响应，传输信号给锁存器然后由锁存器锁定然后由七段译码显示电路显示病床编号。

（2）两种颜色指示灯要能在第一时间把信息传输给病员知道。

（3）扬声器的声音需响亮，防止护士因没注意到显示屏而误事。

（4）控制电路要使报警器和显示屏在护士复位清零前一直保持工作状态。

3单元电路的设计

3.1按键模块及指示灯模块的设计

按键功能与指示灯的功能紧密联合在一起，例如当7号病床呼叫时，所有病床的红色空闲指示灯都会熄灭，同时7号病床的绿色呼叫指示灯亮起。

其模块图如下所示：

图3.1按键模块图3.2绿色指示灯模块

图3.3红色指示灯模块图3.474LS138使能端

74LS148优先编码器功能

编码器在同一时刻内只允许对一个信号进行编码，否则输出的代码会发生混乱。

优先编码器即在同一时间内，当有多个输入信号进行请求编码时，只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路，称为优先编码器。

常用的集成优先编码器有74LS148（8线-3线）其管脚图如图3.4、功能真值表如表3.1所示。

图3.574LS148管脚图

由表不难看出在

=0电路正常工作状态下，允许输入当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。

的优先权最高，

的优先权最低。

当

=0时，无论其他输入端有无输入信号，输出给出

的输出编码。

即

当

=1，

=0,无论输入端输入什么信号只对

编码，输出

表3.174LS148功能真值表

74LS1383线-8线译码器功能

利用74138的输出信号对应着二进制所有最小项的非，相当于构成了一个多输出的逻辑函数发生器，74LS138引脚图如下

图3.674LS138管脚图

当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和/（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

利用G1、/（G2A）和/（G2B）可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。

若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器用与非门组成的3线-8线译码器74LS1383线-8线译码器74LS138的功能表

表3.274LS138功能真值表

3.2锁存模块及清零模块的设计

图3.7锁存模块与清零控制端

锁存器采用JK同输入变成T触发器来进行功能的锁存。

电路的形式及符号：

就是让K端与J端接在一起，那么输入端就是在JK触发器的基础上变化得来的，那么他的逻辑功能也就是JK触发器的一个部分。

图3.8T触发器的符号图

工作原理：

1、CP=0时，触发器不工作，处于维持状态，控制信号让输入端无效，不用考虑输出的状态。

2、CP=1时，触发器的功能如下：

T=0时，次态Qn+1=Qn现态；

T=1时，次态Qn+1与现态Qn相反：

触发器翻转，完成反转功能。

表3.3T触发器的功能表

T

Qn+1

逻辑功能

0

Qn

保持

1

反转

清零控制原理是接在T触发器清零端，低电平有效，故而使清零控制开关另一端接地，这样护士接收到病人的呼叫时，就可以控制清零端使得全局控制清零。

从而清零显示屏与指示灯，关闭报警器。

病员此时可以再次呼叫。

3.3显示模块及报警模块的设计

图3.9显示模块的设计图3.10报警模块的设计

7448集成电路译码器在正常操作时，当输入DCBA=0010则输出abcdefg=0010010。

故使显示器显示"2"。

当输入DCBA=0110时，输出abcdeg=1100000，显示器显示"6”。

在74478中尚有LT、RBI与BI/RBO之控制脚，其功能分述如下:

该电路是由与非门、输入缓冲器和7个与或非门组成的BCD-7段译码器/驱动器。

通常是低电平有效，高的灌入电流的输出可直接驱动显示器。

7个与非门和一个驱动器成对连接，以产生可用的BCD数据及其补码至7个与或非译码门。

剩下的与非门和3个输入缓冲器作为试灯输入（LT）端、灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）端及动态灭灯输入（RBI）端。

该电路接受4位二进制编码—十进制数（BCD）输入并借助于辅助输入端状态将输入数据译码后去驱动一个七段显示器。

输出结构设计成能承受7段显示所需要的相当高的电压。

驱动显示器各段所需的高达24mA的电流可以由其高性能的输出晶体管来直接提供。

BCD输入计数9以上的显示图案是鉴定输入条件的唯一信号。

该电路有自动前、后沿灭零控制（RBI和RBO）。

试灯（LT）可在端处在高电

平的任何时刻去进行，该电路还含有一个灭灯输入（BI），它用来控制灯的亮度或禁止输出。

为了能以十进制数码直观的显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七段字符显示器，或称七段数码管。

这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。

它的功能简图和管脚引线图3.9所示。

灯测试输入

：

当

=0时，便可使被驱动数码管的七段同时点亮，以检查该数码管各段能否正常发光。

但平时应置

于高电平。

设置灭灯输入

的目的是为了把不希望显示的零灭灯。

灭灯输入/灭灯输出

具有双功能输入/输出，当

作为输入端时，称为灭灯输入端。

只要加入灭灯控制信号

=0，无论输入端是什么信号，定可将被驱动数码管的各段同时熄灭。

当

作为输出端使用时称为灭灯输出端。

图3.97448管脚图

报警器的接线原理：

因为当无人呼叫时，T触发锁存器的输出端是低电平，一但有人进行呼叫时，输出端则会变为高电平，在锁存器的输出端接线通过两个或门接扬声器，从而当有人呼叫时两个或门组成的逻辑门就会输出一个高电平，所以在扬声器另一端接地即可形成报警器。

3.4呼叫系统总电路原理图

图3.10电路原理总图

这是通过protues做出来的仿真全图，前面有7个button组成按键。

然后分别用7个红色LED灯和7个绿色LED灯做出空闲指示灯和呼叫指示灯。

button后面连接的是一个74LS148的优先编码器，输入低电平有效，输出低电平有效。

再接三个非门，将74LS148输出的有效电平转换为高电平送入接下来的JK触发器。

JK触发器输入端接在一起构成一个T触发器，下降沿有效，将编码器送来的信息锁存。

最后通过7448显示译码器将锁存信号进行译码，将结果送至数字显示器上显示。

4病床呼叫系统的功能说明及仿真结果

功能说明：

当这个呼叫系统，无人呼叫时显示屏上的数字显示为0，且红色指示灯亮，绿色指示灯灭，当有人呼叫时，绿色指示灯只亮那个呼叫病床号的灯，而其他绿色指示灯全灭。

红色指示灯灭。

这样就可以很好的提醒其他病床的人，此时是否有人在呼叫。

有人呼叫时，显示屏上显示呼叫病人的床位号，且报警器发出报警声。

护士看到显示屏上的数字后，就会使用复位清零开关，全局清零。

此时指示灯和显示屏又恢复到无人呼叫状态。

其他病员可以再行呼叫。

仿真结果及其分析

通过运用proteus仿真表明电路能正常工作，能够满足设计的要求。

仿真结果如图4.1所示。

图4.1仿真结果图

结果分析：

由于七号病人呼叫，显示屏上显示数字7，且7号病床的绿灯亮起，红灯全灭，报警器发出报警声提示护士。

一直到护士响应按复位清零开关键才将电路状态还原到未呼叫状态。

本电路还留在有继续扩展的空间，还能增加病床数，且还可以考虑到假如当有两人同时呼叫时具有优先的先进行诊疗，优先权较低的护士又怎么去知道是否在呼叫。

使用T触发器要等时钟信号来临才可以进行信号锁存，这样设计可以让病人自行取消呼叫，这样就可以减少病人失误按下按键带来的麻烦。

但是如果按键一直被病人按下，那么同样他的请求可以被自己清除，这样就会一直值班室的显示屏会在零与病床号之间跳转。

蜂鸣器的声音很微弱，在前面可以加一个三极管来对信号进行放大这样蜂鸣器声音应该就可以放大了。

电路还存在需要提供外部时钟信号，电路较为繁琐等问题。

5病床呼叫系统设计总结

经过一个星期的查找资料与多次实验以及理论分析，终于完成了课程设计的仿真和论文，通过这次的课程设计使我动手能力增强，同时也巩固了自己之前所学的知识、增加了自己的阅历。

这次的课程设计，让我学到了更多的东西，也让我和我合作的队友之间的友谊加深了许多。

下面对本设计的思路进行总结：

（1）病床呼叫系统的电路分为主体电路与扩展电路。

（2）优先编码器，锁存器，译码器以及显示屏将呼叫病员的病床号显示在显示屏上。

用扩展电路和复位清零电路进行报警与全局清零。

（3）更加熟悉设计的思路，先主电路后扩展电路。

（4）让我懂得设计电路图应该分模块来进行，这样就会使得自己更加理解电路的原理。

（5）懂得了学习要虚心，不懂得地方要多问。

参考文献

[1]张克农.数字电子技术基础[M].西安交通大学电子学教研组2003.4

[2]杨志中，数字电子技术（第二版），高等教育出版社，2009.10.

[3]康光华，电子技术基础（数电部分），华中理工大学电子学教研室。

[4]彭介华，电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社

[5]李玲远，范绿蓉，陈小宇。

电子技术基础实验。

北京：

科学出版社

[6]梁宗善，电子技术基础课程设计[M].武汉：

华中理工大学出版社

[7]高吉祥，数字电子技术北京：

电子工业出版社

附录

元件清单

LED14

74LS1481

74LS1381

74LS481

74763

74324

74144

SPEAKER1

BUTTON8

7段数码管1