病房呼叫系统电路设计张耿洲.docx
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病房呼叫系统电路设计张耿洲
电子技术课程设计
题目：
病房呼叫系统电路设计
专业：
自动化
班级：
13自动化1班
姓名：
张耿洲
学号：
32
指导老师：
吴德林
小组成员：
汤省文余焕韬张耿洲
成绩：
一、技术指标
1.1课题及要求
某医院有七个病室，每个房间都装有呼叫按钮，同时在护士室有相应的显示电路，即能看到是哪个病室呼叫。
现要求：
一号病室的呼叫优先权最高，七号最低，使用74LS148及其它门电路设计满足上述要求的组合逻辑电路。
有病人呼叫时蜂鸣器响起，显示单元电路显示病房间号。
1.2功能描述：
1、呼叫功能：
七个病室每个病室都装有一个呼叫按钮，当病室有需要时，可以通过呼叫按钮进行呼叫
2、显示功能：
在护士值班室内有相应的显示电路，可以看到是哪个病室在呼叫及相应病房门口LED指示灯亮起并闪烁，蜂鸣器响起。
3、优先权：
七个病室呼叫具有优先权，其中一号病室优先权最高，七号病室优先权最低。
只要有一号病室呼叫时，不管其他六个病室是否呼叫，显示电路均显示一号病室；一号病室不呼叫时，只要有二号病室呼叫，不管其他病室是否呼叫，显示电路均显示二号病室…依次类推。
优先权的功能是由74LS148芯片实现的。
4、LED指示灯的闪烁及蜂鸣器的响起由555定时器组成的多谐震荡器控制
二、整体方案设计
2.1整体方案结构方框图
多谐震荡指示电路（声音）
多谐震荡指示电路（灯闪烁）
检测病房信号
显示电路
编码译码电路
2.2整体方案原理
1、检测病房信号
通过病房开关控制输入高低电平从而使后续电路产生相关信号。
编码译码电路
通过开关S1—S7的开与关控制振荡电路LED的闪烁，也控制74LS148的输入进而控制其输出，但74LS148有优先编码功能（当一号病房的按钮按下时，无论其它病房的按钮是否按下，护士值班室的数码显示“1”，即“1”号病房的优先级别最高，其它病房的级别依次递减）74LS148的输出控制74LS47的输入，由74LS47的输出控制其显示电路的相关功能。
显示电路
开关闭合蜂鸣器发声，相关开关闭合七段共阴显示器显示对应开关病房号。
其中S1—S7依次对应1号——7号病房
多谐震荡指示电路
通过555芯片与外围元件连接构成相应要求的多谐振荡器
三、单元电路设计
3.1主控制电路设计
图3—1主控制电路
74LS148管脚图
74LS148功能表
如图3—1所示电路由7个开关代表7个病房内的紧急呼叫开关，其下部接地，灯正极接5伏电源，当开关合上时，相应的LED指示灯亮起。
同时在74LS148优先编码器的相应输入端输入低电平，其优先级依次从S1—S7。
为了消除EI的影响，故将74LS148的E0输出端分别与A0、A1、A2通过与门输出，将编码信号优化。
3.2显示电路设计
图3—2显示电路
74LS47管脚图
如图3—2所示，当74LS47译码器的LT、BI\RBO端接高电平，RBI接任意电平时芯片正常译码，其输出的编码正好是七段数码管的工作编码，通过510Ω的限流电阻与共阳显示管连接成显示电路。
3.3病房门口指示灯电路设计
图3—3—1病房门口指示灯电路
如图3—3—1所示，病房门口的指示灯电路由555电路构成多谐震荡电路，芯片通过5伏电压供电，由于RST端为高电平时555电路震荡，而其连接端为低电平，故中间设置一个反相器。
3.4护士值班室报警电路设计
图3—4护士值班室报警电路
如图3—3—2所示，该报警电路由555电路构成多谐震荡电路，并将震荡体现在蜂鸣器上。
555芯片由5伏电源供电。
通过proteus软件模拟，当R1取1KΩ、C取47nF、Cf取100uF，R2在1KΩ至47KΩ调解时，频率在7700HZ——300HZ变化，并且占空比在60%左右，调频特性体现得很好，同时该蜂鸣器取的是内部没有振荡器的蜂鸣器，故能很好的体现这一频率的变化。
将RST端与E0端相接，在有开关合上时，E0端输出为高电平，可以驱动555电路的运行。
其中LED1为护士值班室的呼叫显示灯，当有病人呼叫时，此灯同时亮起，使其更直观。
555定时器
简要介绍：
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
555功能图、引脚图
555功能表
3.5整体电路
图3-5整体电路图
3.6proteus仿真
3.7实物图
3.8整机原件清单
元件
数量
555芯片
2片
74LS148优先编码器
1片
74LS04非门
1片
74LS08与门
1片
74LS47BCD-7段译码器
1片
LED指示灯
9个
7段数码管
1个
510Ω电阻
15个
5.1KΩ电阻
8个
22Ω电阻
1个
1KΩ电阻
1个
30ΩK电阻
1个
4.7KΩ电阻
1个
47KΩ电位器
1个
开关
7个
10uF电容
2个
47nF电容
1个
100uF电容
1个
蜂鸣器
1个
USB线与USB接口
1份
4脚底座
2个
7脚底座
2个
8脚底座
1个
杜邦线
若干
电路板
3块
导线
若干
螺丝
若干
锡丝
若干
四、测试与调整
4.1主控制电路的测试与调整
将电源连接到主控制电路后，依次按下各个开关，LED指示灯均能亮起，松开后指示灯灭。
依次测试A0、A1、A2在各个开关按下时的输出信号，结果显示，当J9按下时A2、A1、A0依次是高高低电平，其他测试时也能正确输出其相应的电平。
但是在测试74LS08与门输出端时出现错误，后经检查是芯片连接错误所致，修改后也能像74LS148一样输出正确编码。
4.2显示电路的测试与调整
将显示电路与主控制电路连接并接上电源后当依次按下各个开关后能相应地显示其数字，并且当多个开关同时按下时显示相应优先级较高的信号。
说明这整个基础电路是好的。
4.3病房门口指示灯电路测的试与调整
将电源连接到病房门口指示灯电路后，将输入端接上低电平后发现LED亮，但没闪烁。
检查电路后，发现555芯片的2,6脚没有连接上，做出调整后，LED灯亮并且闪烁。
但感觉在1HZ的震荡情况下闪烁并不明显，但至少能很好地体现其震荡电路的特性，因此也就没再改动。
4.4护士值班室报警电路的测试与调整
将电源连接到护士值班室报警电路后，将输入端接上高电平，蜂鸣器发出吱吱声，当调节电位器后，发出频率不一样的声音，但声音并没有像模拟时的变化大，不过至少能体现其可调频的多谐震荡特性。
4.5整体电路测试
将各个模块连接在一起后（由于多谐震荡电路占空间大，所以病房门口指示灯电路仅做了一个，并且接在了S7与LED灯间，用一个作示范）接上电源，依次按下开关后数码管依次显示器数字，并且蜂鸣器，相应的指示灯亮起，当S7按下后病房门口指示灯闪烁。
按下多个开关后，数码管显示优先级较高的数字，蜂鸣器想起，相应的指示灯亮起或闪烁。
整体测试体现电路是成功的。
五、设计小结
5.1设计任务完成情况
通过为期两周的课程设计，完成了本次设计的技术指标。
在刚开始进行电路设计时由于不清楚软件对74LS48的仿真不准确这一缺陷，然后换成了74LS47,在译码部分花费了很长的时间。
明白这一缺陷之后顺利很多，但在仿真病房门口指示灯电路时，在测试其输出电压峰值上花费了很长时间。
对于整体的仿真还是很成功的。
在制作实物时由于粗心将电路连接错误了，在检查更正之后很好地体现了本次设计的要求，特别在难以创新的情况下对声音报警电路的发声频率进行了可调节的设计，并且仿真出来的数据很理想。
5.2问题及改进
本次设计内容对多谐震荡的要求不是很高，其震荡频率的允许宽度很大，而采用555电路的成本相对较大，并且元器件较多，如果用石英晶体及少量元器件构成振荡电路会更实惠，并且也不会影响使用性能。
其中病房门口指示灯电路的震荡频率能稍大些，如5HZ，可能感觉出来会更好。
5.3心得体会
在为期两周的课程设计中，我们初步尝试并掌握了对所学知识的灵活运用，收获狠多，与此同时，也看到了自身的不足，找到了许多需要改进的地方。
首先遇到的问题，在进行电路仿真的过程中，由于对软件的归类不是很熟悉直接影响了仿真速度，也由于没结合实际导致软件仿真结果与实际有误差，所以在进行电阻的选择过程中，在自己电脑上可以运行出来的结果在学校电脑上却运行不出来，后来在老师的指导下多次改进，终于得到了满意的仿真结果。
另外，由于对各各原件的本质没完全弄明白在焊接时出现了一点微小的错误，导致了很大的麻烦，后来还好在大家的反复检查下才使电路工作正常。
由此也让我们明白了在这方面也需要更加的仔细。
其次，学习并运用了proteus软件后，体会到了此软件在电子电路中的强大功能与非凡作用，也让我们对本专业有了更清晰的认识，增加了我们对专业的兴趣。
可以说这次的初步运用为以后打下了基础。
最后，通过动手，查看芯片真值表，从而达到更合理正确的使用，加强了思考和解决问题的能力，为以后相关的电路方面设计与连接积累了宝贵的经验，同时加深了对相关知识的理解与运用，真正达到了理论与实践相结合的目的。
在此，对老师的帮助表示衷心的感谢，也为小组间的完美配合表示祝贺。
参考文献
1、余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）.北京：
高等教育出版社，2006
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