医院病房呼叫器的设计.docx

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医院病房呼叫器的设计

课程设计任务书

课程名称电子线路课程设计

课程设计题目医院病房呼叫器的设计

课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

1.用1~4个开关模拟4个病房的呼叫输入信号，1号优先级最高；1~4优先级依次降低；

2.用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（其它呼叫号用指示灯显示）；

3.凡有呼叫发出5秒的呼叫声；

4.对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理。

二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1.童诗白,华成英《模拟电子技术基础》.[M]北京：

高等教育出版社，2006.

2.阎石《数字电子技术》（第五版）.[M]北京：

高等教育出版社，2005.

3.陈孝彬《555集成电路实用电路集》.[M]北京：

高等教育出版社，2002.

4.王刚《TTL集成电路应用》.[M]北京：

高等教育出版社，2000.

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表：

序号

评定项目

评分成绩

1

设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）

2

设计结果可信（例如：

系统分析、仿真结果）（15分）

3

态度认真，遵守纪律（15分）

4

设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）

5

答辩（30分）

总分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

2015年1月16日

一、概述

医院病房呼叫器是病房病人呼叫医生或者护士的紧急呼叫工具，可以将病人的呼叫快速地传送给值班医生或者护士，是提高医院和病房护理水平和救护效率的必备设备之一。

呼叫器的优劣直接关系到病人的安危，需要达到及时，准确，可靠，简便可行的要求。

本设计采用主从结构，基本运作方式为：

当不同病房的病人通过按下呼叫按钮进行呼叫请求的时候，床位指示灯亮起，医生和护士在值班室中可听到警报声，通过显示器得知是几号病房的呼叫。

本设计分为三个功能模块：

指示灯显示模块，优先显示模块和呼叫模块。

这些模块共同工作便能实现任务书要求。

在我设计的电路中，运用了8线-3线优先编码器74LS148和7段字形译码器74LS48以及共阴极七段数码管来实现优先显示模块功能，其中运用了自己通过真值表计算得出的小规模逻辑门电路；运用4个LED灯来实现指示灯显示模块；运用555定时器改装成的多谐振荡器和蜂鸣器来实现呼叫模块。

二、方案论证

设计一个医院病房呼叫器，在病人按下按钮后，对应的指示灯亮且医生值班室能听到蜂鸣声，看到优先级最高的病房号。

病房呼叫系统的设计方法较多，可以由多种类型电路来构成，在此列举两种方案：

方案1：

数字逻辑电路控制方案

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，硬件设计思路较为简单，造价低廉，元件少，体积小，稳定性好，可靠性较高。

缺点在于功能实现后电路结构复杂，维护起来比较困难。

方案2：

单片机系统控制方案

单片机是核心控制元件，利用编程语言对其功能的设计。

其优点是使用软件设计代替了硬件设计，使得硬件的功能设计不再仅局限于硬件本身，而变得更加灵活与多样，也大大降低了硬件功能设计的难度。

其缺点是抗干扰性能较差，不通用，而且需要有接口电路与之配套，价格适中，制造较难，维修亦较难。

在本设计中，考虑到任务书的要求以及硬件条件，我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。

图1医院病房呼叫器原理框图

三、电路设计

1.指示灯显示电路

将病房呼叫信号输入到发光二级管中，使发光二极管发光，如图2。

图2指示灯显示电路

图2中的4个开关分别对应着四个病房，又由于74LS148是低电平有效，所以在指示灯显示电路中使用了如图所示方法输入信号，所接的电阻为限流电阻。

2.优先显示电路

由任务书要求，数码管要显示优先级最高的病房的呼叫信号，因此要对病房呼叫系统进行优先选择。

在本设计中，1号优先级最高，1~4号优先级依次降低。

优先显示电路如图3。

图3优先显示电路

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：

表174LS148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

1

0

1

1

1

1

1

1

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1

1

1

1

0

0

x

x

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0

0

0

0

0

1

0

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x

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1

0

0

1

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0

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x

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1

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1

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x

x

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1

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1

1

0

1

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1

1

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1

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0

0

1

0

x

x

0

1

1

1

1

1

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1

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1

0

x

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

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通过简单的逻辑门电路传到译码器。

从编码器到译码器是由基本逻辑门电路设计而成的小规模逻辑门电路，于是得出输入输出的真值转换表，如下：

表2真值表

输入

输出

A0

A1

A2

A

B

C

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

根据上表可以列出门电路逻辑式：

化简得：

通过译码器处理后的信息成为了与病房号对应的BCD码，此时将该BCD码输入到数码管显示模块，将优先级最高的病房号显示出来。

3.呼叫电路

555定时器通过简单的外接电阻和电容即可构成多谐振荡器，产生一定频率的信号驱动蜂鸣器呼叫，并通过示波器来确定蜂鸣器呼叫时长，电路如图4。

图4呼叫电路

555定时器改装后得到的多谐振荡器没有稳态，只有俩个暂稳态，不需要外加触发信号，利用电源Vcc通过R3和R1向电容C充电，使得Uc逐渐升高，升到2Vcc/3时，Uo跳变到低电平，放电端D导通，此时，电容C通过电阻R1和D端放电，使Uc下降，降到Vcc/3时，Uo跳变到高电平，放电端D截止，电源Vcc又通过R3和R1向电容C充电。

周而复始，振荡不停，电容C在Vcc/3到2Vcc/3之间充电和放电，输出连续的矩形脉冲。

俩个暂稳态持续时间T1、T2分别可以通过RC电路过度过程公式来进行计算：

，

从而得到振荡器的震荡周期

本次设计要求蜂鸣器呼叫5s，经过计算得到比较稳定的电阻电容值如下：

R1=121.3Ω，R2=300Ω，C=10uF，计算得T=4.99s。

四、性能测试

1.指示灯显示电路测试

当一个病房的开关被按下后，对应的指示灯将亮起，如图5，病房1开关闭合，则指示灯1亮。

图5单个开关闭合指示灯测试图

当多个病房的开关被按下后，将有多个指示灯亮起，如图6，病房1,2,4开关闭合，则指示灯1,2,4亮。

图6多个开关闭合指示灯测试图

2.优先显示电路测试

当没有病房呼叫时，数码管显示0，如图7。

图7没有病房呼叫数码管显示测试图

当多个病房呼叫时，显示优先级最高的呼叫号，如图8,病房1，病房2，病房4按下呼叫按钮，数码管显示病房优先级最高的号码1。

图8多个病房呼叫数码管显示测试图

3.呼叫电路测试

当没有病房呼叫时，蜂鸣器不工作，则示波器显示一直为低电平，如图9。

图9没有病房呼叫示波器显示图

当有开关闭合时，即有病房发出呼叫信号，蜂鸣器发出5秒的叫声，示波器出现高电平，时长约为5秒，如图10。

图10有病房呼叫示波器显示图

五、结论

本次课程设计用到的芯片、门电路以及用到的其他元器件都是我们在过去的课程学习中了解过的，电路设计还算比较顺利。

主要用的器件有555定时器改装成多谐振荡器、与非门以及几个常见芯片等。

电路所用的器材也比较便宜，市面上上容易买到。

Multisim这个软件操作难度不高，设计好电路后能较快用软件绘制出来，仿真遇到问题时软件也有介绍错误的原因，再不断地改进后，也能实现任务书中的各个要求。

本次课程设计主要针对以前学过的数电知识。

通过本次课程设计使我对以前学过的知识有了新的认识和领悟，对一些芯片比如74LS148N、74LS48、555定时器和一些门电路的内部结构及工作原理，对我们以后的学习和时间有重要的指导意义。

本次课程设计让我明白了理论与实践相结合的重要性。

参考文献

[1]阎石主编.数字电子技术基础.[M]北京：

高等教育出版社，2005年

[2]童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础.[M]北京：

高等教育出版社，2006年

[3]朱定华主编.电子电路测试与实验.[M]北京：

清华大学出版社，2004年

[4]路永主编.电子电路实验及仿真.[M]北京：

北京交通大学出版社，2004年

[5]祝正伟主编.数字电路逻辑设计.[M]北京：

清华大学出版社，2011年

[6]刘培植主编.数字电路鱼逻辑设计学习指导.[M]北京：

北京优点出版社，2011年

[7]何国栋编.Multisim基础与应用.[M]北京：

水利水电出版社，2014年

[8]关静主编.数字电路应用设计.[M]北京：

科学出版社，2009年

[9]郭小春、蔡国瑞主编.数字电路与逻辑设计教程.[M]北京：

北京理工

大学出版社，2010年

[10]孙肖子、邓建国主编.电子设计指南.[M]北京：

高等教育出版社，2006年

附录Ⅰ总电路图

附录II元器件清单

序号

编号

名称

型号

数量

1

U1

优先编码器

74LS148D

1

2

U2

译码器

74LS48D

1

3

U3

供阴极数码管

SEVEN-SEG-COM

1

4

U4

反相器

74LS04D

1

5

U5

与门

74LS11D

1

6

U6

555定时器

555-TIMER-RATED

1

7

U8

与非门

74LS20D

1

8

LED1-4

发光二极管

LED

4

9

S1-4

开关

DIPSW

4

10

LS1

蜂鸣器

BUZZER

1

11

XSC1

示波器

XSC

1

12

R1-R6

电阻

RESISTOR

6

13

C1-C2

电容

CAPACITOR

2