EDA课程设计病床呼叫系统.docx
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EDA课程设计病床呼叫系统
第一章摘要
医院能够最好的为病人服务，是很重要的，但是由于医院工作人员有限，而且护士不能总是在每一位病人身边，所以病房床位呼叫器对于一个医院来讲非常重要，它能够使病人在危急时刻及时的联系上医生或者护士，从而得到及时的救治或看护。
所以拥有一套功能完善的病床呼叫系统，对于一个大型的医院来讲，至关重要。
本设计的整个呼叫系统由控制、显示、报警三部分组成，使得病人可以及时的通知医生，并且医生也能很快的知道那个床位的病人在求助，本系统还兼具优先呼叫的功能，把病情严重的病人安排在优先级较高的病床，则当优先级较高的病床呼叫时可以屏蔽其他病床的呼叫，从而使得病情严重的病人得到优先医治。
第二章引言
本设计的病床呼叫系统，当病人摁下呼叫按钮时，如第1号病人呼叫时电子数码管显示1号，同时对应床位的LED灯亮，蜂鸣器发出响声，三秒钟之后，蜂鸣器停止。
但是LED灯和数码管仍然显示，直到医生或护士去到病房解除报警。
由于蜂鸣器声音比较刺耳，所以只让蜂鸣器响三秒，三秒过后自动停止，到下一次警报的时候再响。
这样可以保证医院安静的工作环境，使病人能够更好的休息治疗。
本系统的优先呼叫功能，当优先级较高的病床呼叫时，可以屏蔽其他病床的呼叫，如一号病床的优先级最高，当一号和二号病床同时呼叫时，数码管只显示1号，系统自动屏蔽了二号的呼叫，只有当1号解除警报时具有下一优先级的病床才能呼叫，这样只要把病情严重的病人放在优先级较高的病床，就可以保证病人优先得到治疗，而且是医生有目的的治疗，分清主次。
第三章课程设计内容及详细介绍
3.1课程设计的目的
本次课程设计要求设计一个病床呼叫系统，通过综合的运用所学过的理论知识，系统的进行电子电路的工程实践训练，从设计要求功能分析、电子器件选择、电子器件连接（组合逻辑电路设计，以及时序逻辑电路设计）、功能实现的过程培养我们的分析问题和解决问题的能力。
3.2课程设计内容及设计思路
技术参数：
●用一个数码管显示呼叫信号的号码
●没信号呼叫时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号
●用5个拨码开关设置功能键，1号优先级最高，1-5号优先级依次降低
●用LDE灯指示对应的病房有呼叫，有呼叫时蜂鸣3秒。
设计要求：
●用静态数码管显示呼叫的病房号
●用蜂鸣器发出蜂鸣
设计思路：
根据实验要求，本次设计需要响应病床呼叫时，数码管显示相应数字，而且输入信号有优先级，故需要74HC148的优先级编码器需要数码管显示，故其输出端需要和静态显示数码管相连，设计要求对应病床的LED灯亮，故输出再经过3线-8线译码器74HC138输出对应的5个信号分别于LED灯相连。
实验要求蜂鸣器响三秒钟结束，故需要一个计数器来限制新其响的时间。
具体设计见病床呼叫系统功能模块介绍
3.3病床呼叫系统模块介绍及原理图
本病床呼叫系统的功能模块分为床位呼叫控制转换模块，蜂鸣器呼叫时间控制模块，系统显示模块，蜂鸣器模块四部分，通过各个模块的协调作用，使得病床呼叫系统功能得以具体实现。
3.3.1床位呼叫控制转换模块及原理图
床位呼叫控制模块由74HC148、反相器、与门构成。
74HC148芯片介绍：
8线-3线优先编码器74HC148，允许同时输入两个以上的编码信号，不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对优先权最高的一个进行编码。
74HC148器件图及其功能表如下：
图3-1
输入
输出
EIN
0N1N2N3N4N5N6N7N
A0NA1NA2N
EONGSN
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
XXXXXXXX
11111111
XXXXXXX0
XXXXXX01
XXXXX011
XXXX0111
XXX01111
XX011111
X0111111
01111111
111
111
000
001
010
011
100
101
110
111
11
01
10
10
10
10
10
10
10
10
图3-2
正常工作时EIN=0，其中7N—0N的优先级依次降低，输出分别对应0—7，本次设计要求1—5号病床输入信号时分别显示1—5，其中1号优先级最高，故1—5号病床输入分别对应6N—2N。
又因为74HC148输入低电平有效，故信号输入端口叫反相器和6N—2N相连。
编码器正常工作，无信号输入时，EON=0，有信号输入时EON=1
输出端口A0N,A1N,A2N分别与EON相与后作为编码器的输出信号。
这样便可以实现当有病床呼叫（高电平）时，通过反相器，优先编码器编译成相应的号码；当无信号输入时，EON=0，输出信号为000。
再从显示模块中显示出。
床位呼叫控制模块电路原理图如下
图3-3
3.3.2蜂鸣器呼叫时间控制模块及原理图
本课程设计要求，在有床位呼叫时，蜂鸣器开始响，三秒钟结束，本设计利用74161十六进制计数器控制时间。
74161芯片介绍：
74161为同步十六进制计数器，通过时钟信号触发从零开始计数，计到十五，进位端输出高电平同时状态回到零重新计数。
芯片有异步置零端，和异步置位，可以接成小于十六进制的任意进制计数器，其芯片图和真值表如下：
图3-4
图3-5
计数器在频率很低时由于触发器延时等原因导致计时不准确，故本次设计用256HZ的时钟频率，根据计算：
256*3=768=16*16*3，所以用三个74161接成758进制计数器，进位端取反与时钟信号相与，接到74161的时钟信号输入端口。
当有进位时，即进位输出为1时，取反即为0，与时钟信号相与后仍然是0。
由于没有时钟信号的输入，74161停止工作，即停止计数。
从开始计数到停止计数时间为三秒钟。
病床控制模块中的三个输出端口，取或，输出为Y，既与每个74161的CLRN（异步置零端）相连，又和74161进位取反后的输出相与后接蜂鸣器。
没有病床呼叫时，Y=0，此时蜂鸣器不响，每个74161的初态均为零，进位也为零，取反为1当有病床呼叫时，Y=1与进位取反相与为1，即蜂鸣器开始响。
计数器开始工作，三秒钟之后，进位端输出1，取反为0，与时钟信号相与为0，计数器停止工作，同时，蜂鸣器停止蜂鸣。
直到下一次病床呼叫再开始工。
蜂鸣器呼叫时间控制模块电路图如下：
图3-6
3.3.3系统显示模块及原理图
系统显示模块包括LED灯显示模块和数码管显示模块两部分。
1LED灯显示模块
LED灯显示模块电路图如下
图3-7
当有病床呼叫时，通过病床呼叫控制模块输出相应的二进制病床号001—101，通过741383线—8线译码器译出Y1—Y5相应的高低电平，控制LED灯的亮灭。
Y1—Y5中某个低
电平时对应LED1—5中某个灯亮。
74HC138芯片介绍：
74HC138为3线-8线译码器，将输入的一组二进制代码转换为一组与输入代码一一对应的高低电平信号
74HC138及其功能表如下：
图3-8图3-9
输入
输出
G1
G2AN+G2BN
CBA
Y0NY1NY2NY3NY4NY5NY6NY7N
0
X
1
1
1
1
1
1
1
1
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
XXX
XXX
000
001
010
011
100
101
110
111
11111111
11111111
01111111
10111111
11011111
11101111
11110111
11111011
11111101
11111110
图3-1074HC138真值表
②数码管显示模块
病床呼叫控制模块的输出端，如图3-7通过管脚锁定，与试验箱数码管相连接，显示呼叫的病床号码。
3.3.4蜂鸣器模块
蜂鸣器模块含有一个蜂鸣器BUZZER和一个线跳器JBUZZER当使用蜂鸣时，此跳线短接。
同时独立扩展下载板CPLD/FPGA的JP2/CF的SPEAKER接高电平时，蜂鸣器工作。
将系统输出端口S经管脚锁定到“CPLD/FPGA扩展板”的PIN38号管脚如图3-18所示。
输出端S高电平时蜂鸣器工作。
综合各个模块，系统原理图连接如下：
图3-11系统总原理图
经过如图所示的连接，整个病床呼叫系统，便可以具体实现从病床呼叫到显示到蜂鸣三秒的功能。
3.4、仿真波形图
当I1—5依次出现高电平时即病床1—5依次呼叫时，系统电路仿真图如下：
图3-12输入输出仿真图
图3-13输入输出仿真波形图2
将A、B、C、D波形合并成一组，形成W波形，反应数码管所显示的数字如图3—13.
如图3-13所示，从第一秒开始，病床1—5依次呼叫，数码管依次显示每次呼叫的病床号码，每次呼叫对应LED灯出现高电平，即灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣三秒结束。
当有两个病床同时呼叫时，优先显示优先级高的病床。
如图3—14，3--15所示：
图3—14ABCD波合成后图
、图3—15A、B、C、D波未合成时图
当I2和I3同时出现高电平时，即病床2和病床3同时呼叫时，由于病床2的优先级比病床三的优先级高，所以数码管只显示2号病床的呼叫，LED灯也只有2号病床对应的灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣三秒。
3.5管脚锁定及器件连接
连接好的原理图的输入与输出端口必须经过管脚锁定与“CPLD/FPGA扩展板”相连接，本届具体介绍拨那个床呼叫系统的管脚锁定
3.5.1输入端口管脚锁定
①输入端口I1—15管脚锁定
图3-16输入端口I1—15管脚锁定
输入端口I1—15即8位数字开关组（A）SW1—SW5，分别对应“CPLD/FPGA扩展板”的PIN39、40、41、44、45管脚，开关拨至ON为逻辑高电平“1”，开关拨至OFF为逻辑
“0”电平
2时钟信号输入管脚锁定
图3-17时钟信号输入管脚锁定
时钟信号输入对应“CPLD/FPGA扩展板”83号，即用导线将试验箱中CLK13与PIN83管脚相连。
3.5.1输出端口管脚锁定
①数码管输出信号管脚锁定
图3-18数码管输出信号管脚锁定
输出端口A、B、C、D数码管显示端口1D0—1D3，分别对应“CPLD/FPGA扩展板”的PIN127,128,131,132。
输出端口smg即控位IO_DS1,对应“CPLD/FPGA扩展板”的PIN94管脚。
2LED灯输出信号管脚锁定
图3-19LED灯输出信号管脚锁定
LED1—5分别对应“CPLD/FPGA扩展板”的PIN12,13,14,15,17管脚。
3蜂鸣器输出端口管脚锁定
图3-20蜂鸣器输出端口管脚锁定
蜂鸣器输出端口s即SPEAKER,对应“CPLD/FPGA扩展板”的PIN38号管脚。
第四章
结论
通过电路设计，电路波形仿真，管脚锁定，芯片连接等过程，实现了课程设计的要求。
当有病床呼叫时，对应病床的LED灯点亮，数码管显示对应的病床号，同时蜂鸣器蜂鸣三秒钟结束。
基本完成了课程设计的功能要求。
心得体会
经过一周的EDA课程设计，从学习MaxPlusII软件，抽选题目，分析题目要求，分析具体要实现的功能，选择相应的电子器件，应用MaxPlusII软件画电路图连接电路，检测电路，电路仿真，通过仿真波形检测电路是否能具体实现课程设计所要求的功能，使得从课本上学过的知识在实际中得以运用。
经过反复修改电路图，使得系统功能得以具体实现的过程，培养了自己组合逻辑电路设计，时序逻辑电路设计的能力。
反复的更换电子器件，使自己对数字电子技术中各种器件的功能了解更加深切，对以后进行同样的设计奠定了牢固的基础。
通过器件的选择，连接，对中间过程出现的问题进行分析，检查、更换电子器件或电路图最后使得仿真波形与想要实现的功能一一对应培养了我们分析问题、解决问题的能力。
然后进行下载，从实验箱中具体实现课程设计所要求的功能培养了自己的动手能力。
本课程设计为病床呼叫系统，通过自行设计并成功实现设计要求具体功能实现的过程，对医院病床呼叫系统有了系统的了解，使得我们学过的知识同现实社会中的东西联系起来，对以后工作会有很大帮助。
在这一周的课程设计中，通过指导老师和同学们的鼎力帮助，才能使这次课程设计顺利的完成，由衷的感谢我的指导老师和同学们。
参考文献
1.阎石数字电子技术基础高等教育出版社2006年5月
2.周莲莲郑兆兆李艳艳EDA课程设计B指导书2010年
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