资源描述
唐 山 学 院
《数字电子技术》 课 程 设 计
题 目 优先病房呼叫器设计
系 (部) 信息工程系
班 级 12电本3班
姓 名 高宇
学 号 4120208324
指导教师 成凤敏 马军爽 樊艳
2014年6 月 30 日至 7 月 6 日 共 1 周
2014年7月3日
课程设计成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤及设计过程表现（20分）
课设答辩（20分）
电路仿真（30分）
说明书（30分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
情况
1 简述系统的工作原理。
2 74LS148（或147）中的优先级是哪个？
3数码管的内部接法是共阴极还是共阳极？
综
合
评
定
指导教师签名：
年 月 日
目 录
1 引言 1
1.1设计的目的 1
1.2设计内容及意义 1
1.2.1设计内容 1
1.2.2设计意义 1
2 设计内容及要求 2
3 电路设计及分析 2
3.1系统结构框图及说明 2
3.2系统原理图及工作原理 4
3.3单元电路设计 5
4 性能测试与仿真 10
4.1仿真过程 10
4.2仿真结果 11
5 设计总结 15
5.1对于病房呼叫系统的仿真设计 15
5.2收获、体会 16
参考文献 16
附录Ⅰ器件明细表 18
附录Ⅱ仿真电路图 19
唐山学院课程设计说明书
1 引言
1.1设计的目的
病房呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具，可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病房护理水平的必备设备之一。呼叫系的优劣直接关系到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确、可靠、简便可行、利于推广。
1.2设计内容及意义
1.2.1设计内容
本设计采用主从结构，基本运作方式为。监控机构放置在医生值班室内，当病床有呼叫请求时进行光报警，并在显示器上显示病床的位置。呼叫源（按钮）放在病房内，病人有呼叫请求时，按下请求按钮，向值班室呼叫，并点亮相应床位的指示灯，并显示病房数。
1.2.2设计意义
通过对病房呼叫系统电路的设计、安装与调试，熟练掌握各种电子测量仪器、仪表的正确使用方法，熟悉掌握数字逻辑电路原理及各类型数字单元电路的工作原理、电路形式、调试方法、整机电路统调技巧等方面知识；同时通过对系统设计结果的理论分析加强理论联系实际的工作能力，对加强数字逻辑电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。
1
2 设计内容及要求
（1）当有病人紧急呼叫时，产生灯光提示，并显示病人的编号；
（2）根据病人的病情设计优先级别，当有多人呼叫时，病情严重者优先；
（3）医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，系统按优先级别显示其他呼叫病人的病号。
3 电路设计及分析
3.1系统结构框图及说明
优先选择模块：对所产生的信号进行优先选择编码
呼叫显示模块：对杨病房的提示灯亮，
呼叫信号
译码显示模块：对信号进行译码并显示病房号
图3.1优先病房呼叫器的结构示意图
显示译码模块：七段显示器归零，待命。
医护人员将所有呼叫的病人处理完之后，将病人病房内的开关断开
2
唐山学院课程设计说明书
开始
待机
呼叫信号
呼叫显示模块：对应病房的提示灯亮
提示灯熄灭，七段显示器归零
优先选择模块：对于信号进行优先选择编码
译码显示模块：对信号进行译码并显示病人病房号
医生对显示的病患进行治疗，并关掉该病房的呼叫器的开关
所有病患是否都已医治
是
否
图3.2优先病房呼叫系统的流程图
3.2系统原理图及工作原理
图3.3优先病房呼叫器原理设计图
工作原理：
病房呼叫系统分为三个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。其中运用了8线—3线优先编码器74LS148N来实现优先选择模块主要功能，其中运用自己设计的小规模电路，7段字形译码器74LS48D和七段数码管来实现译码显示模块主要功能。信号呼叫由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出并使对应的病床指示灯亮起。接着，信号传到优先选择模块，将优先级别最高的患者的信号选择出来，并传到呼叫模块与译码显示模块；同时译码显示模块通过小规模集成电路与74LS48D将信号变换成对应的患者病房号，并由七段数码管显示出来。当该病患治疗后，断开其对应的呼叫开关，此时该系统将显示下一名较高优先级的病患床号。当所有的病患都已经获得治疗后，该系统将自动将数码管熄灭待机，整个系统恢复待机状态。
3.3单元电路设计
(1)呼叫显示模块的设计
一个或者多个病人通过关闭其对应的呼叫开关，来开启其支路的呼叫显示模块，进而开启整个病房呼叫系统。显示模块采用一般开关驱动，并且每条支路加了限流电阻（500欧姆）为了使得模块能正常工作。
当一名或者多名病人闭合各自的呼叫开关时，其对应的支路接通，并由初始的高电平变为低电平，对应的支路显示灯会亮起，并且同时将有效信号传到下一个功能模块—优先选择模块。
根据设计要求呼叫显示模块的设计如下图所示
图3.4 呼叫显示模块的设计电路图
(2）优先选择模块设计
根据设计要求，数码管要显示优先级别最高病房的呼叫信号，所以得对病房呼叫信号进行优先选择并输出。在本设计中，7号病床为优先级最高，然后依次是6，5,4,3,2,1号病床。
在这里，应用了8线-3线优先编码器（74LS148N）进行此功能的实现。其输入为低电平有效，输出编码为反码形式。
图3.5 74LS148N优先编码器示意图
8线-3线优先编码器（74LS148N）功能表如下所示：
表3.1 8线-3线优先编码器（74LS148N）真值表
除此之外，根据使能输出端EO的特性：当使能输入端EI为0时并且74LS148N无有效信号输入时，EO输出为0；当使能输入端EI为0时并且74LS148N为有效信号输入时，EO输出为1。利用EO端的输出来控制数码显示电路的启动与熄灭复位。
8线-3线优先编码器（74LS148N）将输入的低电平有效信号进行优先选择，并且将选择出的信号传到译码显示模块，并且将EO端的输出信号传到七段字形译码器（74LS48D）来启动数码管显示电路。
（3）译码显示模块设计
因为优先选择模块输出的三位二进制编码是所需二进制的反，所以要用74S04D（非门）来转换。同时还需要用译码器74LS48D来把所接收到的二进制数转换成病房号所对应的编码信号。然后再将该编码信号输入到数码管显示器。将正确的呼叫病房号显示出来。数码显示管由七段字形译码器74LS48D，共阴极七段数码管组成。其功能是将输入的BCD码以十进制数字的形式出现在七段数码管上。
图3.6 74LS48D 七段字形译码器示意图
表3.2 七段显示译码器（74LS48D）真值表
输入
输出
LT~
RBI~
BI~/RBO~
D C
B A
Ya Yb
Yc Yd
Ye Yf
Yg
1
1
1
0 0
0 0
1 1
1 1
1 1
0
1
X
1
0 0
0 1
0 1
1 0
0 0
0
1
X
1
0 0
1 0
1 1
0 1
1 0
1
1
X
1
0 0
1 1
1 1
1 1
0 0
1
1
X
1
0 1
0 0
0 1
1 0
0 1
1
1
X
1
0 1
0 1
1 0
1 1
0 1
1
1
X
1
0 1
1 0
0 0
1 1
1 1
1
1
X
1
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1 0
0 0
0
1
X
1
1 0
0 0
1 1
1 1
1 1
1
1
X
1
1 0
0 1
1 1
1 0
0 1
1
1
X
1
1 0
1 0
0 0
0 1
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1
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X
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1
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X
1
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0 0
0 1
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X
1
1 1
0 1
1 0
0 1
0 1
1
1
X
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0 1
1 1
1
1
X
1
1 1
1 1
0 1
1 0
0 0
0
图 3.7 译码显示模块设计电路图
4 性能测试与仿真
4.1仿真过程
1.仿真方法介绍：
（1）按照任务书上的要求，结合题型的目的，画出相应的电路框图。根据电路图选择器件连接电路。
（2）设计各个模块的功能以及其详细的电路连接方法。
（3）先在MULTISIM10.0中将各个模块连接到一起,注意检查各个部分是否连接正确和连接端是否连接好。
（4）检查设计思路以及电路，按照设计框图原理，查看仿真电路与原理图是否吻合。如果不吻合则需要就将其逐个问题解决， 直到所有问题都解决了为止。反之就可以进行下一步。
（5）单击运行按钮运行仿真。
（6）根据仿真情况与课程设计任务对比，对于不能实现的任务修改并调试程序，重新装载并重新运行调试仿真，直到实现能完全实现所要求的功能为止。
（7）进一步改进和简化程序在进行调试仿真。
2.具体的在MULTISIM10.0下检验病房呼叫系统的步骤如下：
（1）首先触发一个病人信号，看是否产生光报警，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。
（2）向调试触发多个病人信号，同样看是否产生光报警，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。
（3）将最高级别呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。
（4）当断开所有的呼叫开关后，系统将自动恢复到待机状态：显示灯全灭，显示数码管归零。
3.另外本设计整体功能如下：
（1）当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，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，把该病房开关关闭，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。
（4）当医护人员治疗完全部的呼叫病患后，系统将自动恢复到待机状态：显示灯全灭，显示数码管归零。
4.2仿真结果
在MULTISIM10.0的仿真界面上可以看如下结果：
（1）系统处于待机状态：显示灯与显示数码管全灭，呼叫模块已经复位。结果如下如图所示：
图 4.3.1 待机状态
（2）首先触发一个病人信号：3号，3号对应的发光二极管发光，数码管显示对应的3号病人编号；
完成了此功能。结果如下图所示：
图 4.3.2 3号病房呼叫
（3）向调试开启1，5，7病人的呼叫信号，1,5,7号对应的发光二极管发光，数码管显示对应的7号病人编号。完成了此功能。
图 4.3.3 1、5、7号病房呼叫
结果如下图所示：
将最高级别（7号）呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级 高的病人编号（5号）。完成了此功能。结果如下：
图 4.3.4 1、5号病房呼叫
将下一优先级别（5号）呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号（1号）。完成了此功能。结果如下
图 4.3.5 1号病房呼叫
当断开所有的呼叫开关后，系统将自动恢复到待机状态：显示灯全灭与显示数码管归零。
5 设计总结
5.1对于病房呼叫系统的仿真设计
（1）能实现的功能
当有病人紧急呼叫时，产生声，光提示，并显示病人的病房或者病床号号；根据病人的病情设计优先级别，当有多人呼叫时，病情严重者优先；医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，系统按优先级别显示其他呼叫病人的病号；拥有自动复位功能。
（2）本设计分为三个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。
（3）其中运用了8线—3线优先编码器74LS148N来实现优先选择模块主要功能，7段字形译码器74LS48D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能。
（4）用较为简单的数字电路实现了一个具有实际应用背景的病房呼叫系统的设计。
5.2收获、体会
通过这次实验设计，完成了病房呼叫系统的原理设计与仿真实现，运用模块化的设计思想将系统分为三大功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。还充分理解了74LS148N、74LS48D、74S0D、共阴极数码管的引脚图和它们的性质功能。
在这次实验中，更熟悉了Multisim10.0仿真软件的使用，知道了一些元件的，芯片及各种开关的使用方法。在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是设计时认为这样的接法可以行得通，但实际模拟仿真时，总是实现不了。所以为了想出恰当正确的连接方法，重新认真的回顾教材，寻找灵感。
其实做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时只停留在书面学习是不够的。当动手实践做课程设计时，很多意想不到的问题就会出现。但是随着亲自动手将问题解决后，发现对于数字电子的知识理解又上了一层。
参考文献
[1] 刘全忠，刘艳莉．电子技术（第三版）。北京：高等教育出版社，2003
[2] 阎石．数字电子技术基础（第五版）。北京：高等教育出版社，2006
[3] NI-Multisim 10 经典教程。
附录Ⅰ器件明细表
名称
原件型号/规格
数量
8线-3线优先编码器
74LS148N
1片
7段字形译码器
74LS48D
1片
非门
74S04D
3个
电阻
500欧姆
7个
数码管
7段共阴极
1个
LED（发光二极管）
绿色
7个
开关
7个
电源
5V
3个
附录Ⅱ仿真电路图
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