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1、数电课设病房呼叫系统设计1设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解设备结构及其接线方法。（4）了解医院紧急呼叫系统的组成及工作原理。（5）熟悉医院紧急呼叫系统的设计与制作。2设计思路（1）用五个开关模拟5个病房的输入信号，15优先级依次降低。（2）用一个数码管显示呼叫信号的号码，没信号呼叫时显示0，多个信号呼叫时显示优先级最高的呼叫号。（3）凡有呼叫发出五秒的呼叫声。（4）用五个开关模对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级的处理。3 设计过程：3.1方案论证方案一：病房呼叫系统的逻辑门电路如图3.1所示。它由模拟开关、优先编

2、码器、锁存器、数码管、逻辑门、信号灯、单稳态触发器、蜂鸣器组成。模拟病房号通过优先编码器显示优先级最高的病床号。并且通过锁存器储存起来，按R键将清除已处理的信号。图3.1 病房呼叫系统的逻辑方框图（方案一）当有病床呼叫时，信号通过单稳态触发使蜂鸣器响5秒钟。数码管显示优先级高的病房号，同时报警灯亮，等待人员处理。 方案二：病房呼叫系统的逻辑门电路如图1.2所示。它所用的元件和模块与方案一相同，只是先通过呼叫显示模块、优先显示模块、5秒呼叫模块，再锁存。图3.2病房呼叫系统的逻辑方框图（方案二） 对两方案比较过程后，发现两种方案都能够对最优先级别的呼叫信号进行处理，编码和译码，最后显示出来。在完

3、成最优先级呼叫信号的处理之后，方案一可以通过医护人员手动复位，从而对其他信号的处理，而方案二在处理完最高级别信号后，不能再对其他信号进行处理。很明显方案二不满足本设计的要求。因此，本设计选取方案一。3.2电路设计3.2.1 5秒呼叫模块利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件，可将震荡时间准确的控制在要求的5秒钟。电路原理图如下：图3.3秒呼叫电路原理此电路由模拟开关、4输入或非门集成芯片4002、由555构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。模拟开关初始状态为全低电平。将模拟开关的所有输入端经与非门后接入555的触发输入2端。再由

4、555的输出端3接蜂鸣器。当无病房呼叫时，模拟开关全为低电平输入给逻辑门，之后输入555的2端口时依旧是高电平。由于由555构成的单稳态触发器是低电平触发， 且无触发时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。只要有病房呼叫时，555的2端将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。其输出端3输出5秒的高电平，则蜂鸣器呼叫5秒钟。呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间。由555构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得。Th=RCLn3 =4541031010-61.1=5 s这里取470k的标准电阻。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

5、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，它的外形常见的又以下几种，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。555定时器电路的内部结构，其有两个比较器 C1和 C2，且它们各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。图3.4 555定时器由其内部结构我们可以得到它的功能表如下所示： RcV11V12VoTD状态0低导通12Vcc/3Vcc/3低导通1Vcc/3不变不变12Vcc/32Vcc/3Vc

6、c/3高截止表3.5 555定时器功能表对于555定时器，我们在数电中已经学到，它在数字电子电路的应用常见的又一下几种应用：1.555定时器接成施密特触发器，2.用555定时器接成单稳态触发器，3用555定时器接成多谐振荡器本次设计中我们就用到了其中两种，即单稳态触发器和多谐振荡器，其中单稳态触发器结构和其个点信号波形如下所示： 图3.6 图3.7可见其主要作用是输入一个短暂的低电平信号而输出一个一定时间长度的高电平信号。3.2 .2. 呼叫显示模块因为病房中的呼叫开关14都是可自动弹起的按扭开关，其提供信号不稳定不确定，所以设计中只能利用呼叫时的一个脉冲信号，才能保证呼叫的及时、准确。利用晶

7、闸管的开关特性，使晶闸管与信号灯串联在电源上，使用呼叫信号控制相应的信号灯串联晶闸管，当有病房呼叫信号来时，晶闸管导通使对应的小灯点亮报警，直到人为复位清零。其电路原理图，如下：图3.8信号灯显示电路原理当无呼叫时，呼叫开关都处在低电平，尽管晶闸管的两端加上了足够的正向电压，但由于G端无触发信号而不能导通，小灯不亮。当有呼叫时，相应的模拟开关会接通高电平，这时晶闸管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小灯发光，报警。实验中将12v直流电源与复位开关、报警灯以及晶闸管正向连接，利用模拟开关控制晶闸管的打开，用复位开关控制晶闸管的断开，以达到利用呼叫的不稳定信号，触发

8、出稳定的报警输出，直到人为处理。方法一：利用可编程逻辑控制电路，编制程序对各个输入进行优先级设置，用软方法实现。方法二：各个呼叫信号通过D锁存器进行锁存再送入优先编码器进行采集输入信号并编码。第二个方法电原理简单实用，易于实现。用可编程逻辑控制电路，这种方法在应用中能非常方便有效的控制，而且对于以后附加功能的实现、电路功能的扩展很方便，只是需要掌握一定的编码优先位及相应电路的应用，在熟悉可编程控制电路的应用的情况下也是可行的，而且对于实用来说更有意义。但考虑到作者对编程控制的应用能力有限，以及实际应用的成本和控制部件的利用率等问题，本设计选用方法二。具体电路图如下：图3.9 优先显示电路此电路

9、由模拟开关、优先编码器4532，D锁存器7475、译码器4511、数码管等组成。模拟开关初始状态为全高电平。将模拟开关的所有输入端接D锁存器后，D锁存器输出分别4532的D0,D1,D2,D3。其他D接入端都接地，EI接高电平Vcc.4532的输出Q0,Q1,Q2分别接入译码器4511的A,B,C；D接地。译码器4511的输出A-G对应接数码管的a-g。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

10、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5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。其七段

11、数字显示器发光组合图如下所示，它是通过CD4511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3.10所示：图3.10 七段数字显示器显示数字在本设计中我们用的是CD4511来对数码管进行控制。下面来看一下4511的功能引脚图3.9和4511的功能表3.11 。 图3.11 4511引脚图4系统调试与结果系统调试方法介绍：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连接端是否连接好。 注意我们所需要的芯片参数是否正确，电解电容的极性是否连接正确，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

12、个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码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，直到所有问题都解决了为止。各模块连接好之后就可以对电路进行调试了。首先触发一个病人信号，看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示对应的病人编号；直到完成了此功能，进行下一向调试。下一向调试触发多个病人信号，同样看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示最优先的病人编号；如能完成此功能那么它是正确的。系统功能：在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清零，观察系统是否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。或者在原有呼叫信号的基础上再输入一个最

13、高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最高呼叫信号优先呼叫。此设计是用于医院病人的紧急呼叫，它的功能如下：1当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。2按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。3当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其他病人编号。5主要仪器与设备数字电路实验箱 或 EDA 软件protel集成电路 74LS45322片，74LS1471片，74LS1381片，74LS001片，555定时器，D锁存器。电 阻 5102只，1K9只，4.7kl只，5.1kl只，

14、100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。电 容 0.1uF1只，10 uF2只，100 uF1只。其 它 发光二极管5只，蜂鸣扬声器1只,单刀双掷开关-5只6总结与体会通过本次对医院紧急呼叫系统的设计，我感觉到开始思想比较混乱，不知道从什么地方开始设计，通过和同学相互交流才使我对本设计有了清晰地认识，另外在设计的过程同学们提出的好的建议使我意识到学习贵在交流，而且通过这次课程设计让我更加深入的了解了数电知识，让我有一个能够综合运用数、模知识机会。让我的动手能力，逻辑思维能力的到了相应的锻炼，而且让我知道对待任何事都要认真，严谨，否则一个小问题也可能使得一切前功尽弃，而且网络也帮了我大忙，我从网上找到了很多资料，对我的帮助很大，所以这次实验的完成也是我的一次小成长。 参 考 文 献1康华光电子技术基础模拟部分（第五版）M武汉华中科技大学：高等教育出版社，2005.72 康华光电子技术基础数字部分（第五版）M武汉华中科技大学：高等教育出版社，2005.73 李东生.Protl 99SE电路设计技术入门与应用M.合肥：电子工业出版社，2001.124吴慎山.电子线路设计与实践M.北京：电子工业出版社 2005.9