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CAD报告

电子线路CAD课程设计报告

病房呼叫系统设计

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日期：

2015年1月16日

指导教师评语

目录

一．绪论3

二．设计内容4

2.1方案论证4

三．原理图设计10

四．系统仿真与调试11

4.1仿真11

4.2仿真过程12

4.3仿真结果13

五．PCB版图设计15

六．总结与体会16

七．参考文献17

一．绪论

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报警，并在数码管显示器上显示病床的号码。

呼叫源（开关）放在病房内，当病人有呼叫请求时，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。

本设计采用模块设计思想，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。

其中运用8线—3线优先编码器74LS148来实现优先选择模块主要功能，运用自己设计的小规模逻辑门电路、7段字形译码器74LS47D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用555定时器来实现呼叫模块。

本论文阐述了如何利用数字电路的思想，以及应用MULTISIM7仿真软件设计一个病房呼叫系统，测试并实现其功能，并使用protelDXP软件绘制其原理图和PCB版图。

二．设计内容

2.1方案论证

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、触发器以及各种门电路，硬件设计思路简单，造价低廉，元件较少，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比较复杂，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。

本设计采用模块设计思想，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。

其中运用8线—3线优先编码器74LS148来实现优先选择模块主要功能，运用自己设计的小规模逻辑门电路、7段字形译码器74LS47D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用555定时器来实现呼叫模块。

（1）呼叫显示模块

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）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2-4呼叫显示模块设计图

（2）优先选择模块

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2.18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

x

x

x

x

x

x

x

1

1

1

1

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0

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1

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0

1

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0

1

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1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

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，以及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2-5数据选择模块电路图

（3）译码显示模块

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。

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：

开关

输入

输出

A

B

C

D

E

F

1

1

1

1

0

0

1

2

1

1

0

0

1

0

3

1

0

1

0

1

1

4

1

0

0

1

0

0

5

0

1

1

1

0

1

6

0

1

0

1

1

0

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，可以用门电路设计出如下译码模块逻辑电路图：

图2-7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，以及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2-8数码管显示模块功能电路图

（4）呼叫模块

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。

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2-9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。

三．原理图设计

应用MULTISIM7仿真软件设计一个病房呼叫系统，绘制原理图如下：

图3-1病房呼叫系统原理图

四．系统仿真与调试

4.1仿真

图4-1待机情况下的病房呼叫系统仿真

图4-2.1工作情况下的病房呼叫系统仿真电路①

图4-2.2工作情况下的病房呼叫系统仿真电路②

4.2仿真过程

1.具体的在MULTISIM7下检验病房呼叫系统的步骤如下：

（1）首先触发一个病人信号，看是否产生声、光报警，并且蜂鸣器声音响，数码管是否显示对应的病人编号；直到完成了此功能，进行下一向调试。

（2）向调试触发多个病人信号，同样看是否产生声、光报警，并且蜂鸣器声音响，数码管是否显示最优先的病人编号；如能完成此功能那么它是正确的。

（3）将最高级别呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。

（4）当断开所有的呼叫开关后，系统将自动恢复到待机状态：

显示灯与显示数码管全灭，555计时器已经复位。

2.另外本设计整体功能如下：

（1）当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出呼救声，等待医护人员来护理。

（2）按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。

（3）当医护人员处理完最高级别呼救后，把该病房开关关闭，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。

（4）当医护人员治疗完全部的呼叫病患后，系统将自动恢复到待机状态。

4.3仿真结果

在MULTISIM7的仿真界面上可以看如下结果：

（1）系统处于待机状态：

显示灯与显示数码管全灭，呼叫模块已经复位。

结果如下如图所示：

图4.3.1待机状态

（2）首先触发一个病人信号：

3号，3号对应的发光二极管发光（红色），蜂鸣器声音响，数码管显示对应的3号病人编号；完成了此功能。

结果如下图所示：

图4.3.43号床呼叫

（3）向调试开启1，2，6病人的呼叫信号，1,2,6号对应的发光二极管发光（红色），蜂鸣器声音响，数码管显示对应的6号病人编号。

完成了此功能。

结果如下图所示：

图4.3.51号,2号,6号床呼叫

（4）将最高级别（6号）呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号（2号）。

完成了此功能。

结果如下

图4.3.61号,2号床呼叫

（5）当断开所有的呼叫开关后，系统将自动恢复到待机状态：

显示灯与显示数码管全灭，555计时器已经复位。

结果如下：

图4.3.7病房呼叫系统恢复待机状态

5．PCB版图设计

当断开所有的呼叫开关后，系统将自动恢复到待机状态：

显示灯与显示数码管全灭，555计时器已经复位。

结果如下：

图5-1病房呼叫系统PCB版图

六．总结与体会

通过这次实验设计，完成了病房呼叫系统的原理设计与仿真实现，以及PCB版图的绘制。

主要设计运用模块化的思想将系统分为四大功能模块：

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。

在设计和绘制的过程中我充分理解了74LS148、74LS47D、74LS00、共阴极数码管及NE555的引脚图和它们的性质功能，也对数字电子的理解有所加深。

在这次实验中，更熟悉了Multisim7仿真软件的使用，知道了一些元件如蜂鸣器、芯片及各种开关的使用方法以及具体封装。

在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是设计时认为这样的接法可以行得通，但实际模拟仿真时，总是实现不了。

所以为了想出恰当