病房呼叫系统电路设计.doc

*级电子信息工程专业电子技术课程设计电子技术课程设计报告书 课题名称病床呼叫系统电路设计姓 名*学 号*院、系、部*专 业电子信息工程指导教师*年*月 *日 一、设计任务及要求：设计任务： 设计一个五病房呼叫系统，能够按下面要求运行。要 求：1用15个开关模拟5个病房的呼叫输入信号，5号优先级最高；51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；又多个信号呼叫时，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. 采用Multisim软件进行仿真验证并且完善电路设计。 指导教师签名： * 年 月 日二、指导教师评语： 指导教师签名： *年 月 日三、成绩 验收盖章 *年 月 日 病房呼叫系统电路设计1设计目的（1）熟悉模拟电路的应用与集成电路的引脚排列。（2）掌握常用芯片的逻辑功能及使用方法。（3）熟悉电路仿真软件Multisim 11.0使用。（4）了解优先编码器、555定时器的工作原理，以及芯片的组合。（5）熟悉病床呼叫系统的设计及其应用。2设计思路（1）设计优先编码器的电路。（2）设计555定时器的电路。3设计过程3.1方案论证图3.1 总体方框图3.2设计要求（1）设置开关K1-K5为病房呼叫开关。（2）用LED指示灯显示病房的呼叫。（3）当多个病房同时呼叫时，护士值班室中显示优先级别最高的病房号且扬声器发出警报5秒的呼叫声，LED灯亮5秒。3.3设计原理（1）由于病房呼叫拥有优先级的限制，所以呼叫时应区分呼叫优先级，这时就会用到优先编码器对呼叫进行优先级的编码，确保多个病房同时呼叫时，优先级最高的病房首先得到相应。（2）其次，当病房发出呼叫请求时，为了方便医护人员及时对病人进行救治，电路应该拥有显示病房号的功能，这就需要用到数字显示器对相应的病房呼叫做出显示输出。（3）再次，为了提高呼叫响应成功率，电路还应拥有音频提示功能，即当有呼叫请求发出时要发出警报声。3.4单元模块设计 1.总电路图3.2 总电路图其工作原理如下：接通电源，当病房发出呼叫请求时，病人按下开关，电路中产生一个相应信号并在护士值班室中的数码管上显示出来该病人的床位，同时定时器上的扬声器发出5秒的呼叫声，当多个病人进行同时呼叫时，这时通过74LS147D优先编码器把优先级别最高的信号输出在数码管上，扬声器发出5秒的呼叫声。2.74LS147D优先编码器（1）.由于电路要实现至少五个病房的呼叫系统，所以选择的优先编码器应至少具有4个输出接口，本电路选择74LS147D优先编码器。此编码器拥有9个输入接口、4个输出接口，能够实现9种不同优先级信号的同时输入。同时，此芯片工作电压较低，功耗较低，应用环境广泛，具有较高的实用价值。下图为74LS147D优先编码器引脚图：图3.3 74LS147D引脚图对于显示器的显示规律，可以由下表来说明：表- 174LS147D真值表D1D2D3D4D5D6D7D8D9ABCDHCDXXXX011111010XXX0111111011XX01111111100X01111111110101111111111101111111111111注：“1”代表开关断开，“0”代表开关闭合，“X”代表开关状态任意。将K1K5（分别由AE控制）分别与74LS147D的D1D5输入端连接。D6、D7、D8、D9输入端接高电平“1”。此时A、B、C、D及数字显示器输出情况如上表所示。（2）.74LS147D工作图如下所示：图3.4 74LS147D工作图（1）开关K1K5分别代表五个病房，5V的VCC电源代表高电平，即逻辑“1”。100的电阻作为保护电阻，用来在开关接通时保护电源，防止电源短路。（2）对于病房号的显示输出，本电路中选用DCD_HEX数字显示器。此显示器能够显示19的9种阿拉伯数字，完全能够满足5个病房号的显示要求。同时由于它又具有4位输入端，与74LS147D的4位输出端完全匹配。不过由于74LS147D的输入、输出端均为低电平有效，所以使用时应用相应的逻辑门进行转换。（3）用一个LED灯管显示由呼叫信号呼入，当有病人呼叫时LED灯管会发光。3.5.555定时器（1）下图为555定时器引脚图和内部结构图：图3.5 555定时器电路芯片图图3.6 555定时器内部结构图555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如上图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3，555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平（2）555定时器工作图图3.7 555定时器电路的单稳态电路该电路工作原理：从TRI输入一个脉冲信号，通过555电路将这个脉冲信号定时5秒，信号从OUT输出，在LED灯上显示。其中延时时间是由R6和C1决定，其时间长短为：tw=1.1R6*C1。由要定时长短，可以根据公式计算出相应的电阻更电容大小。当病人呼叫时，前面电路会产生一个脉冲信号并输入这个电路，由于555定时器电路的作用，会把该信号定时5秒输出，此时扬声器会响5秒，LED灯亮5秒后熄灭。（3）下表为555定时器真值表表二 555定时器功能表输入输出阀值输入触发输入复位输出放电管T00导通2/3VCC2/3VCC11截止2/3Vcc2/3VCC10导通2/3VCC2/3VCC1不变不变4.仿真步骤：1.打开Multisim软件；根据上面的元件和电路连接好各元件。2.运行该系统；3开始模拟病人呼叫：（1）可以先模拟单个病人呼叫，若有病人呼叫则其病床号会显示在数码管上，扬声器报警5秒。（2）当多个病人同时呼叫时，信号会通过优先编码器进行筛选，将优先级别最高的病人床位信号输出，并显示在数码管上，同时扬声器会发出5秒的警报声。5.元件：1个74LS147D优先编码器1个555定时器（LM555CN）数码管（DCD-HEX）1个5个100的定值电阻、1个464K的定值电阻1个1.0F的电容器，1个100F的电容器4个二输入的非门、3个二输入的或门、1个二输入的与门2个指示灯5个单刀单掷开关1个扬声器VCC=5V的电压源接地源6.总结与体会此次课程设计经过为期2周的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过对整个系统的调试，可得到如下结论：刚开始时本想自己仅有的一点知识来完成，可是在设计中遇到了很多困难，有许多不理解的地方，这才发现靠自己一人的力量是不够的，于是通过查资料，跟同学积极讨论，在讨论过程中不断的完善自己的知识漏洞，同时也不断的学习同学们的长处。在这过程中，我们一起流汗，一起欢笑，特别是看到我们共同设计的电路运行成功时，别提有多高兴了！我对这个电路设计系统在许多方面都还不熟练,如对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。通过此次的课程设计，我学到了很多知识，也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就达退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。而且要学会与人合作，这样做起事情来就可以事倍功半。参考文献：1康华光 电子技术基础数字部分 高等教育出版社 2003年3月 2康华光 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社 2003年4月3刘建成 电子线路试验教程 北京气象出版社 2004 年1月4王彩君/杨睿 数字电路实验 国防工业出版社 2006年7月5王建新/姜萍 电子线路实践教程 科学出版社 2003年9月6刘建成 电子线路试验教程 北京气象出版社 2004 年1月7李银华 电子线路设计指导 北京航空航天大学出版社2005年6月97赵春华 张学军等.Multisim9电子技术基础仿真实验. 北京：机械工业出版社2007年