医院紧急呼叫系统课程设计.docx

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医院紧急呼叫系统课程设计

摘要：

本次实训的目的是想让大家能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。

同时能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI等）器件实现规定的数字系统。

根据医院病人紧急呼叫系统的设计任务，从选择设计方案开始，进行电路设计；选择合适的器件，画出设计电路图；通过安装、调试，不断地完善设计的目的，直至实现当病人紧急呼叫时，产生声、光提示，并显示病人编号；根据病人病情设置优先级别。

当有多人呼叫时，病情严重者优先；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它呼叫病人的编号的全部功能。

对电路要求布局合理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告。

关键词：

优先编码器译码显示器开关电路组成

医院紧急呼叫系统

一、设计任务与要求:

1、设计任务：

这次实训的四个课题都很有代表性，如智力抢答器、彩灯设计、医院紧急呼叫系统、数字密码锁等，都是些常见的电子器件，也是些实用的电子器件，应用非常广泛，使我们对电子信息这门科产生了更浓厚的兴趣。

但总的来说，我对第三个课题比较熟悉，所以我选医院紧急呼叫系统的设计任务。

2、设计要求：

方案要求：

¤当病人紧急呼叫时，产生声、光、提示，并显示病人编号；

¤根据病人病情设置优先级别。

当有多人呼叫时，病情严重者优先；

¤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它呼叫病人的编号。

¤运用数字电子电路实现医院紧急呼叫系统的设计任务所需功能的电路

主要技术指标要求：

¤开关能够控制发光二级管的亮与灭；

¤发光二极管能够按优先级别先后发光；

¤扬声器能够很好有效地进行声鸣提示，频率响应50～20kHz。

二、方案设计与论证:

利用单刀双掷开关进行锁存器输入控制，利用74LS74进行高低电平转换，利用74LS147或74LS148进行优先信号控制，利用74LS138实现对输入信号的译码功能，利用74LS00实现反相器功能。

方案一、

用两块74LS74芯片实现74LS147的输入信号控制，用74LS147控制优先级，用74LS138把74LS147的输出信号译出来，用发光二极管检测电路功能是否正确，用蜂鸣扬声器来警示医护人员。

方案二、

用两块74LS74芯片实现74LS148的输入信号控制，用74LS148控制优先级，用74LS138把74LS148的输出信号译出来，用发光二极管检测电路功能是否正确，用蜂鸣扬声器来警示医护人员。

方案论证：

由于实验室所给的元件清单中没有提供74LS148芯片，只能用用74LS147控制优先级，用74LS138把74LS147的输出信号译出来，所以方案二的电路不能实现，我选择方案一。

三、单元电路设计与参数计算:

电路设计：

电路主要分为输入部分、优先选择部分和输出部分

1、输入部分（由4个开关和4个SR锁存器组成）

SR锁存器所采用的芯片是74LS74，SR锁存器的特性表如下:

S`

R`

Q

Q*

1

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1

当S`=1、R`=0时，Q=0，Q`=1；

当S`=0、R`=1时，Q=1，Q`=0；

当S`=R`=1时，电路维持原来的状态不变；

当S`=R`=0时，输出端状态不定。

2、优先选择部分（由1个74LS147优先编码器和1个74LS138译码器组成）

74LS147的逻辑图：

74LS147的功能表如下:

输入

输出

I1`

I2`

I3`

I4`

I5`

I6`

I7`

I8`

I9`

Y3`

Y2`

Y1`

Y0`

1

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可知优先权以I9`为最高，I0`为最低。

又由电路可知只用到I7`、I6`、I5`、I4`部分，

当I8`、I9`为高电平I7`为低电平时，输出为1000；

当I7`、I8`、I9`为高电平I6`为低电平时，输出为1001；

当I6`、I7`、I8`、I9`为高电平I5`为低电平时，输出为1010；

当I5`、I6`、I7`、I8`、I9`为高电平I4`为低电平时，输出为1011。

74LS138的功能表如下:

输入

输出

S1

S2`+S3`

A2

A1

A0

Y0`

Y1`

Y2`

Y3`

Y4`

Y5`

Y6`

Y7`

0

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1

1

0

可知当S1=1、S2`+S3`=0时，译码器处于工作状态。

又由电路可知只用到输入为000-011部分，

当输入为000时，只有Y0`输出为低电平，其他输出端为高电平；

当输入为001时，只有Y1`输出为低电平，其他输出端为高电平；

当输入为010时，只有Y2`输出为低电平，其他输出端为高电平；

当输入为011时，只有Y3`输出为低电平，其他输出端为高电平。

3、输出部分（由四个与非门、四个发光二极管和一个8Ω的扬声器组成）

与非门的功能是构成反相器，在优先选择输出信号为低电平时，经过反相器变成高电平，从而使发光二极管发光。

参数计算：

扬声器电阻R=8Ω,R=U/I。

四、仿真过程与仿真结果:

仿真过程：

运用EDA连接好电路进行仿真，电路如下：

图为：

仿真结果：

由于用的是集成块内部原理进行仿真，存在着一定的误差。

但其结果也基本上符合设计标准的要求。

在仿真的时候，由于悬空相当于低电平，所以开关接+5V电源。

实际上在安装与调试的时候开关要接地。

在仿真过程的过程中，可以发现发光二级管能够按优先级别先后发光。

五、总原理图及元器件清单:

1、总原理图：

2、元件清单：

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

SR锁存器

74LS74

14引脚，双D触发器

2

优先编码器

74LS147

16引脚，二-十进制编码器

1

译码器

74LS138

16引脚，用与非门组成的3线-8线译码器

1

与非门

74LS00

14引脚，2输入与非门

1

集成座

8脚双列式

2

集成座

7脚双列式

3

开关

单刀双掷

4

二级管

发光

4

扬声器

蜂鸣

1

铜板

单面

1

打印纸

1

导线

若干

六、安装与调试:

安装：

医院紧急呼叫系统印制线路预览图：

可以根据印制线路图自行制作印制线路板，制作印制板时特别要注意集成电路部分的印制板的大小，确保集成电路能够正确地插入。

根据印制线路图把墨打到板上，然后去腐蚀板，接着打孔完成印制线路板，当印制线路板制作完毕，上好助焊剂并检查无误后，就可以进行安装了。

按电路图焊接电路，在动手焊接前请用万用表将各元件测量一下，做到心中有数，安装时请先安装低矮和耐热的元件（如电阻），然后再安装大一点的元件（如电位器），最后装怕热的元件（如三极管），把地端与电源端引出线就完成安装了。

安装注意事项:

Ø安装元器件前，要先检测元器件是否完好，损坏或不良的元器件不能安装。

Ø安装有极性的电解电容时要分清极性。

Ø是把集成电路直接焊接在电路板上，一定要注意集成电路的正反面。

调试：

全部元器件安装完成后，应检查无误后才可进行通电试验。

拨动单刀双掷开关，使扬声器发出声音。

如果完全无声，应先测量各芯片的电源引脚有无5V电压。

如有说明电源供电正常，故障在供电电路以外；如没有5V电压，说明故障在电源供电部分，应检查电路板的焊接是否正确，有无虚焊。

当电源供电正常时，可以用手拿镊子的金属部分依次去敲击Ui正极端，听扬声器是否会随着敲击发出声音，说明这一点之后的电路是正常工作的，这种称为“敲击法”。

之后应检查集成电路有无问题、焊接中有无虚焊、假焊、漏焊和连焊，接地端是否可靠接地，集成电路与集成座之间是否接触良好，开关的焊接处是否使其接触良好，如有类似的问题应予以排除，如无，就应更换集成块。

调试结果：

LED亮的逻辑都符合优先顺序要求

扬声器的输出端电压为3.34V

扬声器的输出端电流为417.5mA

扬声器的电阻R=U/I=3.34V/417.5mA=8Ω

Ø结果符合设计要求

七、性能测试与分析:

第一次测试：

将制好的电路板接上+5V直流稳压电源，按要求逐个拨动开关，这时发现4个发光二极管都能按优先顺序发光，提示医护人员，但蜂鸣扬声器不发声，断开电源，各连线与引脚都符合要求，也无虚焊等现象，接着检查自己设计的电路图，发现输入端高低电平转换出错，把单刀双掷开关中间端接+5V时，无论怎样拨动开关，SR锁存器的S`、R`端都为高电平，因为悬空为高电平，出错原因是仿真时，仿真软件悬空为低电平，故应修改电路，将4个单刀双掷开关中间端接+5V的都改为接地，修改好电路后再次测试。

第二次测试：

将修改后的电路板接上+5V直流稳压电源，按要求逐个拨动开光，发光二极管符合优先顺序发光，蜂鸣扬声器发出响亮的声音，可知此时电路板符合要求。

八、结论与心得:

由于有上学期的模拟电子课程设计的实训经历，我们都对电子制作有了一定的认识，因此对于制板的过程大家都能很顺利的单独完成，也让我认识到实训是让我们提升动手能力的绝好机会，这也能让我们可以把以前学到的理论知识在实践中得到认证，我期盼在今后的课程中能得到更多像这样的机会让同学们得到锻炼。

同时通过这次对医院紧急呼叫系统的设计与制作，让我不仅掌握了用Multisim仿真软件的设计电路，ProtelDXP软件的使用，焊接技术，还懂得了电路板的制作过程。

而且设计一个电路时只有先通过仿真，仿真成功之后再实际接线。

但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着，其中制板成功与否就是一个非常重要的因素。

而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。

所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过本次实训，让我在重温过去所学知识的同时还接触到了过去所不了解的方面。

让我对各种电路都有了大概的了解，让我进一步了解了各芯片的功能；动手能力提高了；更加熟悉了multisim和ProtelDXP软件的使用；明白了PCB板的制作过程，为以后更好的设计制作电路打下了基础。

同时让我知道了电子产品给人们的精神生活和文化交流提供了极大的方便，提高了我学习这门课程的兴趣。

这次实训还使我认识到，电路设计需要耐心，需要一种整体的思维，而且遇到点问题很正常，关键要学会分析问题，善于解决问题，很多东西要弄懂弄透，不断积累经验。

所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

九、参考文献:

[1]付家才　《电子实验与与实践》 高等教育出版社

[2]彭介华《电子技术课程设计指导》高等教育出版社

[3]孙梅生，李美莺，徐振英《电子技术基础课程设计》高等教育出版社

[4]梁宗善《电子技术基础课程设计》华中理工大学出版社

[5]《ProtelDXP入门与精通实用教程》唐清善廖日坤等编著

中国水利水电出版社

[6]《ProtelDXP电路设计基础教程》鲁捷主编清华大学出版社

[7]《ProtelDXP电路设计与应用》高明远主编化学工业出版社

[8]《Multisim8电路设计及应用》王冠华王伊娜编著国防工业出版社

[9]《电子电路设计与实践》姚福安编著山东科学技术出版社