数字电路课程设计病房呼叫系统.docx

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数字电路课程设计病房呼叫系统

课程设计报告

题目：

病房呼叫系统

起止日期：

自2011年12月19日至2011年12月30日

系（部）

信息科学与工程系

学生姓名

班级

09电子科学与技术

学号

成绩

指导教师（签字）

2011年12月30日

课程设计任务书

2011-2012学年第一学期

系（部）信息科学与工程系专业电子科学与技术班级

课程名称：

数字电子技术

设计题目：

病房呼叫系统

完成期限：

自2011年12月19日至2011年12月30日共2周

目的及任务

目的：

1、在对数电知识理解的基础上，进行更高层次的设计实验，在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。

2、利用学过的知识，解决电子线路中常见实际问题，逐步积累掌握实际电子制作经验。

任务：

1、用５个开关模拟５个病房，５号优先级最高。

2、用１个数码管显示号码，没输入显示０，有输入显示相应号。

3、多个信号输入，只显示优先级高地号码，其用ＬＥＤ显示。

4、有按键按下就报警。

进度安排

起止日期

工作内容

2011.12.19前

选题，了解设计内容，复习数电相关知识和查阅资料。

2011.12.19-22

分析设计任务，选择总体方案，单元电路设计。

2011.12.22-27

设计总体电路，调试。

2011.12.27-30

继续完成设计，撰写实验报告，进行答辩。

主要参考资料

[1]康华光主编：

《电子技术基础—数字部分》，高等教育出版社，2010。

[2]李孝利主编：

《单片机原理与接口技术》，高等教育出版社，2011.

[3]康华光主编：

《电子技术基础—模拟部分》，高等教育出版社，2010。

指导教师（签字）：

年月日

教研室主任（签字）：

年月日

1概述··············································1

2方案的选择与论证·································1

3单元电路的设计和元器件的选择····························1

4系统电路总图及原理·····································5

5经验体会·············································7

参考文献···················································8

附录A系统电路实物图·······································9

附录B元器件清单···········································10

1概述

本次课程设计选择的题目是病房呼叫系统。

类似系统在目前的医院里已经十分常见，几乎所有的病房里都配备的这样的紧急呼叫系统。

这些系统虽然出自不同的生产商，但往往都具备这样一些共同点，如：

当病人呼叫时都可产生声或者光等信号提示并显示病人的编号、根据病人的病情来设置显示的优先级别以确保病情最重的病人最先得到医治等等。

这个系统是十分实用并且高效的，因而，这个课程设计题目是接近现实应用的，对于一个理工科的学生来说是有相当实际意义的，而且这个设计题目也是有趣的，是值得花时间甚至是大量时间反复推敲琢磨的。

2方案的选择与论证

2.1方案一：

使用5个jk触发器对k1-k5这5路信号进行锁存，这时使用的是轻触开关，编码器用74LS148优先编码器，报警部分是2个555定时器组成的发生器。

2.2方案二：

不使用jk触发器对k1-k5这5路信号进行锁存，直接使用拨动开关对信号进行控制，编码器用74LS148优先编码器加一个HD74LS04非门，报警部分是用1个555定时器发声。

74LS148优先编码器产生的是一个BCD反码,需要加非门来转换成BCD码.病房呼救系统使用轻触开关时必须配合有锁存功能的芯片，但是考虑到我们几天的实际仿真结果和掌握的材料，我们略去了锁存按键信号部分，直接使用了拨动开关。

报警部分是555定时器组成的多谐振荡发声器。

由于时间有限，我们最终确定选择了方案二。

3单元电路的设计与原器件的选定

3.1各功能模块介绍

此电路分为四个模块：

开关控制模块，指示灯模块，报警模块，病房显示模块。

病房号码显示模块是由。

。

设计的。

此模块无疑是本系统的核心模块，由它来实现优先显示功能。

优先编码芯片选择了74LS148，数码管译码芯片选择了CD4511。

优先编码芯片输入和输出均以低电平为有效信号，数码管译码器CD4511是用来驱动共阴极数码管的，因此选择了共阴极数码管。

如果直接把优先编码器的输出接到数码管译码器的输入端，当没按键按下（无信号输入）时，编码器将全部输出高电平，经译码器译码后，数码管将显示7，但设计要求是初始值显示0，因此在编码器和译码器之间加入了非门，就实现了预设要求。

病房号码显示模块见图1：

图1病房号码显示

开关控制模块也是由。

。

设计完成的。

此电路用到是74LS148优先编码芯片，其输入信号为低电平有效，因此将开关一端接低电平，另一端与编码芯片的输入脚相连，由此实现信号输入功能。

开关控制模块如下图2所示:

图2开关控制

指示灯模块是。

。

设计的。

该模块使用的是共LED阴极接法。

使用K1-k5这五个按键分别控制D1-D5，功能是用于记录病房的呼叫信号。

现分析分析其工作过程：

在开关没合上之前是输入值是高电平，加上一个反相器之后变成低电平，所以指示灯不亮，但开关合上之后输入值是低电平，经反相器后变成高电平，所以指示灯亮。

指示灯模块如下图3所示：

图3指示灯显示

报警器模块也是。

。

设计的。

该模块使用的是555定时器构成多谐振荡器。

555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，3个5k的电阻串联组成分压器，为比较器提供参考电压。

当控制电压端（5）悬空时（可对地接上0.01uf左右的点燃滤波器）。

在实际仿真中，为了产生1.2kHz的频率，选用R22为0.61k的电阻，R33为2.4k的电阻。

电容选用的是是0.22uf。

同时本次仿真时555定时器是低电平触发，只要4号引脚接上低电平蜂鸣器就会发声。

因为当我们的按键开关不合上时74LS148输出的是高电平，但只要有一个病房按钮合上15号引脚就会由高电平变成低电平，所以把4号引脚接到74LS148，实现对报警系统的控制。

报警模块如下图4所示：

图4报警模块

4系统电路总图及原理

4.1系统电路总图见图5：

图5　病房呼叫系统总图

4.2电路原理

以优先编码器为核心电路，配合译码器（对信号进行显示）、555多谐振荡电路以及相关的逻辑门电路，组合为一个可以对每个输入信号进行编码、译码、显示的电路，从而实现所需功能要求。

具体原理如下：

4.2.1用5个拨动开关来模拟5个病房的呼叫输入信号，5号优先级最高，其他号码优先级依次降低。

4.2.2用一个七段数码管显示呼叫信号的号码；没信号呼叫时显示0，有一个信号呼叫时显示相应号码；当有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号码（其它呼叫号码用指示灯来显示）；

4.2.3以8输入3输出的优先编码器74LS148作为核心电路，将5个病房的呼叫信号编码并按照优先级输出。

输出的信号经反相器反向送至数码管驱动芯片CD4511的低三位（最高位直接接地），从而基本完成呼叫信号的数码管显示功能。

4.2.4用555定时器组成多谐振荡器，将震荡信号送至蜂鸣器发声。

由74LS148的输出使能端EO控制555定时器的复位输入端，当编码器有输入信号（按键按下）时，EO为低电平，传至复位输入端，555定时器振荡电路此时产生振荡信号，是蜂鸣器发声，实现有按键按下就报警的功能。

5经验体会

5.1设计中遇到的问题

5.1.1蜂鸣器发声太小，而且不能跟总电路共用电源，好像电压不够似的。

这个问题困扰了我们很久，毕竟蜂鸣器发声电路就那么几个元器件，焊接问题应该不会有的。

我们用万用表检测，发现555定时器的3号输出脚电压只有2.3V，因此蜂鸣器声音很小。

问题是发现了，但一连几天都没解决，直到有一次偶然把连接蜂鸣器的电容短接，此时蜂鸣器才发出了刺耳的警报声。

后来我们干脆把连接蜂鸣器的电容去掉了。

5.1.2没有按键按下时数码管应该显示0，但有时会显示7。

此时用手摸一下任何一个焊点，电路就会正常显示0。

当有按键按下时，数码管有时也会显示7，发光二极管却一直显示正常。

当数码管显示不正常时用手摸一下焊点，就正常显示了。

这个问题至今没解决好。

如果是接地问题，那发光二极管却始终正常显示。

5.2设计体会

做完本次课程设计，我们学到了很多。

首先是复习一遍数字电路的知识。

回过头再来学习，轻松了不少。

我们重点学习了与课程设计相关的知识。

很快找齐了资料，然后进行仿真。

其次，我们发现理论不等于实践。

我们在仿真里面可以实现的电路，放到PCB板上不一定能很好的实现。

对于555定时器振荡电路，我们反复研究了3天，焊了两次电路，结果还是没实现效果，直到偶然短接了一个电容，才解决问题。

我们不断地尝试，不断地去探索，还是得到了回报。

这一点，我们很欣慰。

再次，有些问题，我们解决不了，问问老师或身边同学，可能就会找到解决办法。

通过这次试验，我们认识到了团体合作的重要性。

没有其他同学的帮忙，我们可能还在苦苦探求问题解决之道。

还有就是一件复杂的事情要一步一步做下去，步步为营，方能用最高的效率完成。

不能一口吃个大胖子。

一开始，我们就把所有的元器件都焊好，然后看能不能实现。

一般第一次都不能实现，接着就是去检查错误。

而此时PCB板上全都是导线，不知从何下手。

其实一开始，一个一个模块做成功后，再拼接电路，成功率要大得多。

还有，我们无法把事情做得太完美，这好像是一个定律，没绝对完美的东西。

我们一开始还想到了很多其他的功能，但却无法在短时间里实现。

尽管我们做了大量检查，我们的电路还是处于不太稳定中。

参考文献：

[1]康华光主编：

《电子技术基础—数字部分》，高等教育出版社，2010。

[2]李孝利主编：

《单片机原理与接口技术》，高等教育出版社，2011.

[3]康华光主编：

《电子技术基础—模拟部分》，高等教育出版社，2010。

[4]杨建良李新国胡恩博罗凌斌主编《数字电子技术基础》，武汉大学出版社，2007年。

附录A系统电路实物图

附A图1病房呼叫系统初始状态

附录B：

元器件清单列表

元器件名称

型号

数量

定时器

555多谐振荡器

1片

8-3线优先编码器

74LS148

2片

6输入非门

74LS04

2片

共阴极数码管译码器

CD4511

1个

电容

0.1uＦ

1个

0.22uF

1个

电阻

0.61k

1个

470k

5个

2.4K

1个

8位拨动开关

1个

七段数码管

共阴极

1个

蜂鸣器

1个

ＬＥＤ发光二级管

5个

芯片插槽

５个

ＵＳＢ接口

１个