住院病人呼喊器课程设计报告.docx

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住院病人呼喊器课程设计报告

摘要

病房里不是每时每刻都会有护士，当病人出现危险状况时，应最快的让相关护士得到通知。

在病房里安置“呼喊”器，建立病房与护士室间的即时联系，保障病人的安全。

病人按下按钮后产生瞬时电平信号，利用74LS273芯片的锁存功能将此信号锁存，再通过74HC148的优先编码输出二进制编码，输入到74LS48，驱动共阴极数码管，显示病房号的信息。

同时在74HC的GS输出端设计的发声模块发声报警。

护士病房的开关作为系统的主控端具有清零消声的功能，拨动开关先下再上解除锁存，电路继续工作。

另一个方面是用市电通过7805芯片模块及相关电路得到直流5V稳压电源给“呼喊”电路供电。

关键词：

病房；译码器；报警

目录

摘要1

一、任务要求4

1.1本课程设计的目的4

1.2本课程设计主要技术要求4

二、设计方案5

2.1方案一5

2.1.1总体方案设计5

2.1.2具体电路设计5

2.2方案二7

2.2.1总体方案设计7

2.3方案三9

三、系统调试与仿真11

3.1Proteus介绍11

3.2呼喊功能的调试12

3.3显示功能的调试12

四、各单元模块功能介绍14

4.1优先编码器74LS14814

4.274LS47译码器18

4.374LS30八输入与非门20

4.4七段数码管22

4.5蜂鸣器25

五、课程设计总结26

六、致谢27

附录1方案一元件清单28

附录2方案三元件清单29

主要参考文献30

一、任务要求

1.1本课程设计的目的

为了让医院能够最好的为病人服务，减少医护人员的巡查次数和工作量，设计医院住院病人呼喊器是十分必要的。

应用本设计可使病人及时通知医生，并使医生能够通过显示器和报警声很快的知道求助病人的确切床位，从而及时抢救。

1.2本课程设计主要技术要求

1、住院病人可通过按动自己的床位按钮开关向医护人员发出“呼喊”信号。

2、一旦有病人发出“呼喊”信号，医护人员值班室设置的显示器即显示该病人的床位编号，同时扬声器发出声响信号提示值班人员。

二、设计方案

2.1方案一

2.1.1总体方案设计

根据系统的要求，确定系统的总体方案如图1所示。

图1系统总体设计方案

2.1.2具体电路设计

（1）按钮输入电路的设计

按钮输入电路如图2所示。

按钮一端接地，一段与高电平相接，一旦开关闭合，74LS273的的输入端就会得到一个高电平，以达到电路输入的功能。

图2按钮输入电路

（2）锁存器电路的设计

74LS273的输入输出接线如图2所示。

本电路采用带有清除端的8D触发器74LS273实现锁存功能。

只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。

1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。

按钮按下后相应的输入端就会有一个高电平，且此时清除端MR为高电平，具有锁存功能。

（3）优先编码电路的设计

本电路采用74HC148优先编码器实现电路的优先编码功能。

输入输出接线如图3所示。

锁存器的输出信号经过反相器后输入74HC148的输入端，编码后输入到74LS148的输入端。

输出端GS同时控制发生报警报警模块。

（4）译码管驱动电路的设计

由于74HC148是三位编码器，而74LS48是四位数码管驱动器，所以最高

位D默认接地。

LT、RBI、BI接高电平，右边七个输出接共阴极数码显示管，数码显示管共阴极接地。

2.2方案二

2.2.1总体方案设计

根据系统的要求，确定系统的总体方案如图3所示。

图3系统总体设计方案

（1）按钮输入电路的设计

按钮输入电路如图2所示。

按钮一端接地，一段与高电平相接，一旦开关闭合，74LS30的的输入端就会得到一个低电平，74LS148优先编码器得到一个有效输入。

图4按钮输入电路

（2）优先编码电路的设计

从按钮输入电路获取有效低电平，74LS148编码器按期规律编码。

输出的编码为0~7.

（3）译码管驱动电路的设计

由于74HC148是三位编码器，而74LS47是四位数码管驱动器，所以最高位D默认接地。

LT、RBI、BI接高电平，右边七个输出接共阳极数码显示管，数码显示管共阳极接直流源。

图5编码、译码驱动电路

2.3方案三

在对方案一和方案二进行仔细分析后，并综合考虑课程设计要求，秉着性能符合要求，电路最简最优的标准，我们得出了方案三。

方案三是在方案二的基础上去除了电路中的555定时器得到的。

整体电路如下图。

图6方案三整体电路

三、系统调试与仿真

3.1Proteus介绍

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

此电路我们需要调试的东西不多，首先将各个模块连接到一起后，注意检查各个部分是否连接正确和是否连接好。

注意我们所需要的芯片参数是否正确，在测试看看各管脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码管显示器的显示是否正确。

如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有的问题都解决了为止。

3.2呼喊功能的调试

编号床位的病人按下按钮后都会有声音信号，具有呼喊功能。

在protues中测试结果如图7所示。

调试描述：

按钮按下后，经过八输入与非门得到高电平信号，再经过与门控制BUZZER元件发声。

如图所示，BUZZER上下端分别是高低电平，可以发声。

3.3显示功能的调试

在发声的同时，护士室的显示模块会显示出相应的病床号，调试结果如图7所示。

声音和显示模块同时反应，确保病人能在第一时间得到相应的处理。

图7“呼喊”及显示电路调试

四、各单元模块功能介绍

4.1优先编码器74LS148

有些单片机控制系统和数字电路中，无法对几个按钮的同时响应做出反映，如电梯控制系统在这种情况下就出出现错误，这是绝对不允许的。

于是就出现了74ls148优先编码器，先说一下他的基本原理.他允许同时输入两个以上编码信号。

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，只对其中优先权最高的一个进行编码。

74LS148管脚功能74LS148引脚图

74ls148优先编码器管脚功能介绍:

为16脚的集成芯片，电源是VCC（16） GND（8）,I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。

当OE输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）：

A2,A1,A0为全1。

当OE输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：

I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。

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

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1

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1

0

0

x

x

x

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x

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0

0

0

0

0

1

0

x

x

x

x

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x

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x

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1

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0

1

0

0

x

x

0

1

1

1

1

1

1

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1

1

0

0

x

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

<优先编码器74ls148功能表>

   从以上的的功能表中可以得出，74ls148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，…，I0。

当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。

例如：

I5=0且I6=I7=1（I6、I7优先级别高于I5）则此时输出代码010（为（5）10=（101）2的反码）这就是优先编码器的工作原理。

<74ls148真值表>

由74ls148真值表可列输出逻辑方程为：

A2=（I4+I5+I6+I7）IE

A1=（I2I4I5+I3I4I5+I6+7）·IE

A0=（I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7）·IE

用两个74ls148优先编码器芯片扩展为十六线-四线优先编码器的电路连线图

4.274LS47译码器

74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。

译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。

常用的译码器电路有二进制译码器、二--十进制译码器和显示译码器。

译码为编码的逆过程。

它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。

74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。

/

DCBA

abcdefg

说明

0

X

1

XXXX

0000000

试灯

X

X

0

XXXX

1111111

熄灭

1

0

0

0000

1111111

灭零

1

1

1

0000

0000001

0

1

X

1

0001

1001111

1

1

X

1

0010

0010010

2

1

X

1

0011

0000110

3

1

X

1

0100

1001100

4

1

X

1

0101

0100100

5

1

X

1

0110

1100000

6

1

X

1

0111

0001111

7

1

X

1

1000

0000000

8

74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。

74LS47为低电平作用。

管脚图如下图所示。

（1）LT（——）：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常，是显示8。

（2）BI（—）：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

当BI（—）=0时，不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。

（3）RBI（——）：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全为高电平。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

（4）RBO（———）：

灭零输出，它和灭灯输入BI（—）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

4.374LS30八输入与非门

当有一个输入为低电平时，输出为高电平

74LS30管脚图

4.4七段数码管

LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。

在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。

由于常规的数码管起辉电流只有1～2mA，最大极限电流也只有10～30mA（静态总电流80mA（每段10mA）；动态平均电流4-5mA，峰值电流100mA），所以它的输入端在5V电源或高于TTL高电平（3.5V）的电路相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件

在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。

因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。

数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。

数码的显示方式一般有三种：

第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。

第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。

第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。

数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0～15等阿拉伯数字。

在实际应用中，10～15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。

其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过译码器对其A.B.C.D.E.F.G段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图所示。

七段数字显示器显示数字

4.5蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的有以下几种，如图所示。

一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。

常见蜂鸣器外形

五、课程设计总结

“电子线路课程设计”是电子技术课程的实践性教学环节，是对我学习电子技术的综合性训练。

我非常珍惜这次做课程设计的机会.本设计是为在病人紧急需要时能很快进行救治的呼叫系统,增强医护人员更好的监护病人。

此系统的优点特色在于可以设立呼叫优先等级而不是单纯的病人呼叫，这样避免在有多个病人同时呼叫时，医护人员不知道应该先救治哪个。

利用本系统设立呼叫等级后，当有多个呼叫信号时，呼叫系统会自动先显示最高级别的呼叫，使病情严重的病人得到优先救治。

同时系统自动锁存其它的呼叫信号，在高级别呼叫清零后自动对其它信号进行显示呼叫。

这样让所有病人都能够获得救治，这种由医院根据病人病情设立的具有呼叫等级的控制系统可有效控制因病人突发病情而医护人员却未能及时救治导致病人病情严重甚至死亡的严重后果。

同时这种病情严重者优先的呼叫系统也体现了人性的美德和医院救人的精神。

在设计初期我们遇到了很多困难，感觉对课题无从下手，不知道从何开始，当我们查阅了大量资料和询问了老师同学后，才开始有些眉目起初我们不知道怎样区分病人的优先级；当多信号同时呼叫时，对较低等级的呼叫信号不知道怎样处理，才能保证当高级别的信号被清零后，低级别的信号能及时的由系统呼出等等。

这些问题困扰了我好长时间，后来在我翻阅相关书籍和浏览相关网页后找到了解决问题的办法。

这也使我对解决问题的方式有了更深的认识，对理论联系实际有了更加深刻的体会

六、致谢

首先，我们学校和系领导精心为我们安排了这次课程设计，不但可以检验我们的理论知识的掌握知识，更能锻炼我们的实际动手能力。

这不仅可以提高我们的学习兴趣，同时还使我们认识到我们所学专业在实际中的广泛应用，使我们不再对所学专业感到陌生，而且还可以培养大家的积极性。

尤其要感谢我们的指导老师余平老师，她给予了我们理论知识上的指导，使我们最后能够顺利的完成设计任务，没有她的指导，我们是很难取得成功的。

我还想感谢答辩时张斌老师和黄家兵老师提出的改进意见。

最后感谢我的搭档，是我们的相互配合和相互鼓励才会有最后的成功。

我觉得在此次课程设计中培养了我们的团队精神，我们两个人一起做一个设计，我们发挥各自的特长，锻炼了我们，也让我们得到了自信。

附录1方案一元件清单

元器件

对应符号

数量

七段译码显示器

7SEG-COM-CATHODE

1

反相器

NOT

11

扬声器

SPEAKER

1

编码器

74HC148

1

单刀双掷开关

SW-SPDT-MON

1

电阻

PULLUP

10kΩ*8100Ω*8

触发器

74LS273

1

显示管驱动器

74LS48

1

晶体管

2N5065

1

按钮

BUTTON

8

二极管

1N4148

8

附录2方案三元件清单

元器件

对应符号

数目

编码器

74LS148

1

译码器

74LS47

1

蜂鸣器

BUZZER

1

红色发光二极管

LED-RED

1

8输入与非门

74LS30

1

电阻

PULLUP

10kΩ*2,1kΩ*8

按钮

BUTTON

8

电容

CAP

1nF*2

七段译码显示器

7SEGCOMA

1

主要参考文献

【1】康华光.《电子技术基础（数字电路部分）》.高等教育出版社.北京.1988年

【2】鬲淑芳.《数字电子技术基础》．陕西师范大学出版社.西安.1998年

【3】阎石.《数字电子技术基础》.北京.高等教育出版社.2008年

【4】刘修文.《实用电子电路制作300例》.中国电力出版社.

北京.2004年