数字电路课程设计病房呼叫系统.docx

1、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

2、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、用个开关模拟个病房，号优先级最高。 2、用个数码管显示号码，没输入显示，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

3、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12方案的选择与论证13单元电路的设计和元器件的选择14系统电路总图及原理55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101 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

4、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。74LS14

5、8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

6、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

7、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

8、.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

9、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

10、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

11、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

12、。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

13、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74LS1482片6输入非门74LS042片共阴极数码管译码器CD45111个电容0.1u1个0.22uF1个电阻0.61k1个470k5个2.4K1个8位拨动开关1个七段数码管共阴极1个蜂鸣器1个发光二级管5个芯片插槽个接口个