EDA课程方案设计书病床呼叫系统

作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习第一章 摘 要医院能够最好的为病人服务，是很重要的，但是由于医院工作人员有限，而且护士不能 总是在每一位病人身边，所以病房床位呼叫器对于一个医院来讲非常重要，它能够使病人在危急时刻及时的联系上医生或者护士，从而得到及时的救治或看护。所以拥有一套功能完善的病床呼叫系统，对于一个大型的医院来讲，至关重要。本设计的整个呼叫系统由控制、显示、报警三部分组成，使得病人可以及时的通知医生，并且医生也能很快的知道那个床位的病人在求助，本系统还兼具优先呼叫的功能，把病情严重的病人安排在优先级较高的病床，则当优先级较高的病床呼叫时可以屏蔽其他病床的呼叫，从而使得病情严重的病人得到优先医治。第二章 弓丨 言本设计的病床呼叫系统，当病人摁下呼叫按钮时，如第1号病人呼叫时电子数码管显示1号，同时对应床位的 LED灯亮，蜂鸣器发出响声，三秒钟之后，蜂鸣器停止。但是LED灯和数码管仍然显示，直到医生或护士去到病房解除报警。由于蜂鸣器声音比较刺耳，所以只让蜂鸣器响三秒，三秒过后自动停止， 到下一次警报的时候再响。这样可以保证医院安静的工作环境，使病人能够更好的休息治疗。本系统的优先呼叫功能，当优先级较高的病床呼叫时，可以屏蔽其他病床的呼叫，如一号病床的优先级最高，当一号和二号病床同时呼叫时， 数码管只显示1号，系统自动屏蔽了二号的呼叫，只有当1号解除警报时具有下一优先级的病床才能呼叫，这样只要把病情严重的病人放在优先级较高的病床，就可以保证病人优先得到治疗，而且是医生有目的的治疗，分清主次。第三章课程设计内容及详细介绍3.1课程设计的目的本次课程设计要求设计一个病床呼叫系统，通过综合的运用所学过的理论知识，系统的进行电子电路的工程实践训练，从设计要求功能分析、电子器件选择、电子器件连接（组合逻辑电路设计，以及时序逻辑电路设计）、功能实现的过程培养我们的分析问题和解决问题的能力。3.2课程设计内容及设计思路技术参数：用一个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 用5个拨码开关设置功能键，1号优先级最高，1-5号优先级依次降低 用LDE灯指示对应的病房有呼叫，有呼叫时蜂鸣3秒。设计要求：用静态数码管显示呼叫的病房号用蜂鸣器发出蜂鸣设计思路：根据实验要求，本次设计需要响应病床呼叫时，数码管显示相应数字，而且输入信号有 优先级，故需要74HC148的优先级编码器需要数码管显示，故其输出端需要和静态显示数码管相连，设计要求对应病床的LED灯亮，故输出再经过 3线-8线译码器74HC138输出对应的5个信号分别于LED灯相连。实验要求蜂鸣器响三秒钟结束，故需要一个计数器来限制新 其响的时间。具体设计见病床呼叫系统功能模块介绍 3.3病床呼叫系统模块介绍及原理图本病床呼叫系统的功能模块分为床位呼叫控制转换模块，蜂鸣器呼叫时间控制模块，系 统显示模块，蜂鸣器模块四部分， 通过各个模块的协调作用，使得病床呼叫系统功能得以具体实现。床位呼叫控制转换模块及原理图床位呼叫控制模块由 74HC148反相器、与门构成。74HC148芯片介绍：8线-3线优先编码器74HC148,允许同时输入两个以上的编码信号，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，只对优先权最高的一个进行编码。74HC148器件图及其功能表如下:图3-1输入输出EIN0N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7NA0N A1N A2NEON GSN1XXXX X XXX1 1 11 101 1 1 1 1 1 1 11 1 10 10X X X X X XX 00 0 01 00X X X X X X0 10 0 11 00X X X X X 0 1 10 1 01 00X X X X 0 1 1 10 1 11 00X X X 01 1 1 11 0 01 00X X 0 1 1 1 1 11 0 11 00X 0 1 1 1 1 1 11 1 01 000 1 1 1 1 1 1 11 1 11 0图3-2正常工作时EIN=O，其中7N ON的优先级依次降低，输出分别对应 0 7,本次设计要 求1 5号病床输入信号时分别显示 1 5,其中1号优先级最高，故1 5号病床输入分别 对应6N-22又因为74HC148输入低电平有效，故信号输入端口叫反相器和6N 2N相连。编码器正常工作，无信号输入时，EON=0有信号输入时 EON=1输出端口 A0N,A1N,A2N分别与EON相与后作为编码器的输出信号。这样便可以实现当有病床呼叫（高电平）时，通过反相器，优先编码器编译成相应的 号码；当无信号输入时，EON=0输出信号为000。再从显示模块中显示出。床位呼叫控制模块电路原理图如下图3-3蜂鸣器呼叫时间控制模块及原理图本课程设计要求， 在有床位呼叫时，蜂鸣器开始响，三秒钟结束，本设计利用74161十六进制计数器控制时间。74161芯片介绍：74161为同步十六进制计数器，通过时钟信号触发从零开始计数，计到十五，进位端输出高 电平同时状态回到零重新计数。芯片有异步置零端， 和异步置位，可以接成小于十六进制的任意进制计数器，其芯片图和真值表如下：图3-4图3-5计数器在频率很低时由于触发器延时等原因导致计时不准确，故本次设计用256HZ的时钟频率，根据计算：256*3=768=16*16*3，所以用三个 74161接成758进制计数器，进位端 取反与时钟信号相与，接到74161的时钟信号输入端口。当有进位时，即进位输出为1时,取反即为0，与时钟信号相与后仍然是0。由于没有时钟信号的输入，74161停止工作，即停止计数。从开始计数到停止计数时间为三秒钟。病床控制模块中的三个输出端口，取或，输出为Y,既与每个74161的CLRN异步置零端）相连，又和74161进位取反后的输出相与后接蜂鸣器。没有病床呼叫时，Y=0,此时蜂鸣器不响，每个74161的初态均为零，进位也为零，取反为1当有病床呼叫时，丫=1与进位取反相与为1，即蜂鸣器开始响。计数器开始工作，三秒钟之后，进位端输出1，取反为0,与时钟信号相与为0,计数器停止工作，同时，蜂鸣器停止蜂鸣。直到下一次病床呼叫再开始 工。蜂鸣器呼叫时间控制模块电路图如下：图3-6系统显示模块及原理图系统显示模块包括 LED灯显示模块和数码管显示模块两部分。 LED灯显示模块LED灯显示模块电路图如下图3-7当有病床呼叫时，通过病床呼叫控制模块输出相应的二进制病床号001101，通过74138 3线一8线译码器译出 Y1 Y5相应的高低电平，控制 LED灯的亮灭。Y1 Y5中 某个低电平时对应LED1 5中某个灯亮。74HC138芯片介绍：74HC138为3线-8线译码器，将输入的一组二进制代码转换为一组与输入代码一一对 应的高低电平信号74HC138及其功能表如下：图3-8图3-9输入输出G1G2AN+G2BNC B AY0N Y1N Y2N Y3N Y4N Y5N Y6N Y7N0XX X X1 1 1 1 1 1 1 1 X1X X X1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 1101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 0图3-10 74HC138 真值表数码管显示模块病床呼叫控制模块的输出端，如图3-7通过管脚锁定，与试验箱数码管相连接，显示呼叫的病床号码。蜂鸣器模块蜂鸣器模块含有一个蜂鸣器 BUZZERS个线跳器JBUZZEF当使用蜂鸣时，此跳线短接。 同时独立扩展下载板 CPLD/FPGA的JP2/CF的SPEAKERS高电平时，蜂鸣器工作。将系 统输出端口 S经管脚锁定到“CPLD/FPGAT展板”的PIN38号管脚如图3-18所示。输出 端S高电平时蜂鸣器工作。综合各个模块，系统原理图连接如下：图3-11系统总原理图经过如图所示的连接，整个病床呼叫系统，便可以具体实现从病床呼叫到显示到蜂 鸣三秒的功能。3.4、仿真波形图当11 5依次出现高电平时即病床1 5依次呼叫时，系统电路仿真图如下：图3-12输入输出仿真图图3-13输入输出仿真波形图 2将A、B、C D波形合并成一组，形成 W波形，反应数码管所显示的数字如图313.如图3-13所示，从第一秒开始，病床1 5依次呼叫，数码管依次显示每次呼叫的病床 号码，每次呼叫对应 LED灯出现高电平，即灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣三秒结束。当有两个病床同时呼叫时，优先显示优先级高的病床。如图3 14，3-15所示：图3 14 ABCD波合成后图、图3 15A、B、C D波未合成时图当12和I3同时出现高电平时，即病床 2和病床3同时呼叫时，由于病床 2的优先级 比病床三的优先级高，所以数码管只显示2号病床的呼叫，LED灯也只有2号病床对应的灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣三秒。3.5管脚锁定及器件连接连接好的原理图的输入与输出端口必须经过管脚锁定与“CPLD/FPGA扩展板”相连接，本届具体介绍拨那个床呼叫系统的管脚锁定输入端口管脚锁定 输入端口 I1 15管脚锁定图3-16输入端口 I1 15管脚锁定输入端口 I1 15即8位数字开关组（A）SW SW5分别对应“ CPLD/FPGA扩展板”的 PIN39、40、41、44、45管脚，开关拨至 ON为逻辑高电平“ 1”，开关拨至 OFF为逻辑“ 0 ”电平 时钟信号输入管脚锁定图3-17时钟信号输入管脚锁定时钟信号输入对应“ CPLD/FPGAT展板” 83号，即用导线将试验箱中 CLK 13与PIN83管 脚相连。输出端口管脚锁定 数码管输出信号管脚锁定图3-18数码管输出信号管脚锁定输出端口 A B C、D数码管显示端口 1D0- 1D3,分别对应“ CPLD/FPGAT展板”的 PIN127,128,131,132。输出端口 smg 即控位 IO_DS1,对应“ CPLD/FPGAT展板”的 PIN94 管 脚。 LED灯输出信号管脚锁定图3-19 LED灯输出信号管脚锁定LED 5 分别对应“ CPLD/FPG矿展板”的 PIN12,13,14,15,17 管脚。 蜂鸣器输出端口管脚锁定图3-20蜂鸣器输出端口管脚锁定蜂鸣器输出端口 s即SPEAKER,对应“ CPLD/FPGAT展板”的PIN38号管脚。结论通过电路设计，电路波形仿真，管脚锁定，芯片连接等过程，实现了课程设计的要求。当 有病床呼叫时，对应病床的LED灯点亮，数码管显示对应的病床号，同时蜂鸣器蜂鸣三秒钟结束。基本完成了课程设计的功能要求。心得体会经过一周的EDA课程设计，从学习 MaxPlus II软件，抽选题目，分析题目要求，分析 具体要实现的功能，选择相应的电子器件，应用MaxPlus II软件画电路图连接电路，检测电路，电路仿真，通过仿真波形检测电路是否能具体实现课程设计所要求的功能，使得从课本上学过的知识在实际中得以运用。经过反复修改电路图，使得系统功能得以具体实现的过程，培养了自己组合逻辑电路设 计，时序逻辑电路设计的能力。反复的更换电子器件， 使自己对数字电子技术中各种器件的功能了解更加深切， 对以后进行同样的设计奠定了牢固的基础。通过器件的选择，连接，对中间过程出现的问题进行分析，检查、更换电子器件或电路图最后使得仿真波形与想要实现的功能对应培养了我们分析问题、解决问题的能力。然后进行下载，从实验箱中具体实现课程设计所要求的功能培养了自己的动手能力。本课程设计为病床呼叫系统， 通过自行设计并成功实现设计要求具体功能实现的过程，对医院病床呼叫系统有了系统的了解， 使得我们学过的知识同现实社会中的东西联系起来，对以后工作会有很大帮助。在这一周的课程设计中，通过指导老师和同学们的鼎力帮助，才能使这次课程设计顺利 的完成，由衷的感谢我的指导老师和同学们。参考文献1. 阎石数字电子技术基础高等教育出版社2006年5月2. 周莲莲郑兆兆 李艳艳 EDA课程设计B指导书2010年版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. 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