医院病人紧急呼叫系统 文档在线提供.docx
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第1章设计总体思路
1.1设计要求:
1.当病人紧急呼叫时,显示病人的编号(在此设定为4-7号四个病人,病情依次加重)。
2.根据病人病情设置优先级别。
当有多人呼叫时,病情严重者优先(7号优先级最高)。
3.医护人员处理完当前最高级别的呼叫后,按下清除键,系统按优先级别显示其它呼叫病人的编号。
1.2设计总体思路:
接到设计要求,首先考虑的是优先权得问题,这个可以用优先编码器解决。
信号需要反馈又涉及到了信号得锁存问题,可以用触发器解决,同时可以解决逻辑清0问题。
大体思路如下:
系统由呼叫信号锁存,优先编码,二进制译码,显示及逻辑控制清除等几部分组成,电路核心部分为优先编码器,当有信号输入时,用触发器锁存相应的按键信号,由优先编码器完成信号优先级的送别,并提供相关的显示输出编码。
呼出信号由信号锁存(触发器)进入,再进入优先编码(优先编码器)。
同时信号回馈给信号锁存区,循环运作,直至呼叫信号完全提示。
同时加入逻辑控制(清0)。
在这里信号锁存用到D触发器7474,优先编码用8-3优先编码器74148,二进制译码用3-8二进制译码器74138,信号呼入用到六反相器74LS04.
1.3总体设计框图:
第2章单元电路设计
2.1信号锁存
信号锁存用74LS74正边双D触发器.,起引脚图如下:
7474功能表如下:
输入
输出
预置
清除
时钟
D
QQ’
SD’
RD’
CP
0
1
x
x
1
0
1
0
x
x
0
1
0
0
x
x
1
1
1
1
↑
1
1
0
1
1
↑
0
0
1
1
1
0
x
Q0
Q0’
74LS74正边沿触发双D触发器的动作特点是输出端状态的转换发生在CP的上升沿,而且触发器所保存下来的所保存的状态仅仅取决于CP上升沿到达是的输入状态。
假设Q的初始状态为低电平,当给SD’一个高电平时,输入一个时钟信号是,D触发器被强制翻转,是Q输出变成高电平,Q’输出为低电平。
触发器可以保持信号,同时接受反馈信号,最后还可以实现逻辑清0.
此电路先用到4个7474分别代表4个病人,是先把D端置高电平,当给了时钟CP后,Q端出高电平1,Q’端出低电平0,我们要用的输出端正是Q’。
当清除端给了信号0后,Q’端出1,利用这点可以对信号进行清除,既会显示其它病人的信号。
后面还会再用到4个7474锁存由138出来的信号,用来当作开关,利用此信号接至前面4个D触发器的清除端。
2.2优先编码
在优先编码器电路中,允许同时输入两个以上编码信号。
而优先编码器已经将输入的信号优先的顺序进行了排除,当同时有几个信号输入时,只对其中优先级最高的那个进行编码。
在此设计电路中,优先编码器可以用8-3线优先编码器74LS148.其引脚图如下:
真值表如下:
由表中可以看出,在E1=0电路正常工作状态下,允许0-7当中同时有几个输入端为低电平,即有编码输入信号。
其中7的优先权最高,0的优先权最低,当7=0时,无论其它输入端有无信号输入,输出端只给出7的编码,其余的类同。
而在本试验中给出的四路信号中7号位的优先给最高,所以把7号触发器的信号接至I7,6-4号分解接至I6-I4。
当7号病人按下按钮(CP)时,I7出0,无论I4-I6出什么信号都只出000,所以I7的优先权最高,同理I6的优先权大于I5,I4的优先权最低。
2.3进制转换
二进制译码器的输入是一组二进制代码,输出是一组与输入代码一一对应的高,低电平信号。
由于需要反馈信号,需要2进制进行转换,由此用到3-8二进制译码器74138.其引脚图如下:
真值表如下:
输入
输出
S1
A2
A1
A0
×
1
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
0
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
从功能表中我们都可以看到74LS138的八个输出引脚,任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态,要么只有一个为低电平0,其余7个输出引脚全为高电平1。
如果出现两个输出引脚同时为0的情况,说明该芯片已经损坏。
此电路中,当Y0’出0时就是清除了7号病人的呼叫信号,Y1’-Y3’出0时分别清除了病人6、5、4的呼叫信号。
2.4其他元件
信号呼入要用到CT74LS04反相器,其引脚图如下:
真值表如下:
A|Y
-------
1|0
0|1
次器件功能较简单,就起了反向的作用,当输入为0时输出为1,当输入为1时输出为0。
由于我们用的是共阴级数码管,高电平有效,所以必须把信号取反,才能得到相应的数字。
2.5总电路图
第3章安装及调试步骤
3.1安装步骤
数字电路系统设计是自上而下的,但在电路的安装、调试时,都是自下而上的。
首先,安装并调试每个子系统对应的单元电路;然后,逐渐扩大将几个单元电路进行联调;最后,进行整机调试。
电子电路的安装:
根据设计好的总体电路图,把各种元器件按照电路图组装起来,现分别介绍如下:
整体结构布局:
整体结构布局应从全局出发,决定电子装置各部分的空间位置。
电路板结构布局:
在一块板子上按电路图把元件组装成电路。
必须考虑的是元器件在电路板上结构布局问题。
布局的优劣不仅影响电路板的走线、调试、维修以及外观,对电路板的电气特性也有一定的影响。
元器件的插接:
插接方式是把组成电路的所有元器件插在面板上。
3.2调试步骤
调试就是对安装后的电路进行参数和工作状态测试。
通常,调试工作是按信号的流程逐级进行的,可以从输入端向输出端推进,也可以从输出端向输入端倒推。
第一步:
不通电检查
电路安装完毕后,不要急于通电,应首先认真检查线是否正确,包括多线、少线、错线等,尤其是电源线不能接错或接反,以免通电后烧坏电路或元器件。
第二步:
直接检查
连线检查完毕后,直接检查电源、底线、信号线、元器件接线端之间有无短路,连线间有无接触不良,二极管、三极管、电解电容等有极性元件引线端有无错接、反接,集成块是否插接正确。
第三步:
通电检查
把经过准确测量的电源电压接入电路,但暂时不接入信号源,首先观察有无异常现象,如冒烟、异味、触摸器件有无过热,电源是否短路等,如有异常现象应立即切断电源,排除故障后方可通电。
第四步:
分块测试
分块调试是把电路按功能分成不同的部分,把每个部分看成一个模块进行调试。
比较理想的调试程序是按信号的流向进行,这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号,为最后的联调创造条件。
此电路大致可以分以下几个模块测试,首先测试从4个D触发器出来的信号是否正常(清零也要测量),然后信号通过74148和74LS04后出来的信号可以直接接到数码管上测量,然后测试信号经过74138后是否正确,最后测量通过4个7474的信号,如果正确就可以把信号接回到模拟4个病人的D触发器的清零端。
第五步:
整机联调
对于复杂的电子系统,在分块调试的过程中,由于是逐步扩大范围,故实际上已经完成某些局部联调工作,只要做好各功能模块之间接口电路的调试工作,再把全部电路连同,就可以实现整机联调。
第4章故障分析与电路改进
接线之前应该把器件和导线全部测量一遍,确定都是好的才可以开始接线。
第一次接线缺乏经验,我先把器件全部安装好以后就开始接线,由于器件安装的位置不太好,接的乱七八糟,根本看不清,掉了一根线都要找好久才知道是哪个口掉出来的,接好以后便直接测量,发现根本不行,错误也找不出在哪,只好全部拆了重新接线,这样不仅浪费时间,还浪费精力,打击自信心,后来就一个模块一个模块的接,接好一和模块就开始测试,确保万无一失才开始接下一个模块。
我的电路大致出现了以下几种状况:
首先是4个D触发器出来的信号不一样,其中有3个一样是对的信号,另外一个是错误的信号,仔细检查是D端接地了(本应该接高电平)。
然后就是数码管显示的信号不是我所希望看到的信号,比如我按下7号开关,显示的不是7而是5,那就说明有个端口本该出1现在出0了,就可以继续往上一级检查,可能是148出现错误。
再次就是检查138出来的信号,如果跟预想的不一样(该出0的端口出的是1)那就可能是A、B、C的位置没接对。
最后检查通过4个7474出来的信号,每次也只有1个Q出0。
改进:
我想如果把最后那4个7474该成3个7474接到138的前面,即信号先经过7474在经过138可能更好点,最直观看到的就是节省了一个7474。
第5章总结与体会
过两周的绘图和调试,在指导老师的辛苦指导下,我终于完成了本次设计题目的基本要求,虽然过程是艰苦的,但最终成功的喜悦同样令我快乐。
通过这两个星期的学习,发现了自己的很多不足,自己知识的很多漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
因为已经有一年的时间没有接触数电课了,所以一开始拿到这个课题大脑中一片空白,后来在老师的提示下,在书本上逐个找到设计所需要的芯片,然后查阅资料熟悉它们的功能及每个引脚的作用。
后来和同学交流学习通过了EWB仿真。
完成了EWB仿真紧接着就是接线了,在这次课程设计中,这项工作是最难的。
最开始是测试器件的好坏,验证器件没问题后就按图纸接线,在接的时候才发现困难重重,在一块小小的接线板上要接上七个芯片,每个器件有十多个引脚,线多得让人眼花缭乱,而且线与插槽接触的很松,一不小心就会把线弄出来,然后再找是哪个槽掉的,十分之烦躁,这正是考验一个人的细心和耐心的时候了,还好我经受住了考验。
接线要分模块来接,这点非常重要,接完一个模块就要检查,对了才继续往下接,错了要找出原因,并及时改正,这样不仅提高了效率,更锻炼了自己的排错能力。
经过本次设计,我受益非浅,不仅使我回忆起了数电的很多知识,而且锻炼了我理论与实践相结合的能力。
但也发现了自己的一些不足,在今后的学习过程中将更加努力,提高自己的创新能力和实践能力,以适应社会和时代发展要求。
这个设计虽然不像毕业设计那么繁杂和困难,但给我们毕业设计和毕业以后的工作打下了基础。
什么事都不是那么容易的,有了这一点点的困难做基础,让我们深深的明白以后的工作将会是那么的困难,所以说这次设计在很大意义上给了我们启示。
由于时间紧迫,本人实力有限,所以有点地方做的仍然不够理想,感谢老师的指教,还望老师多加指导。
附录(元器件清单)
CT74LS041片
CT74LS744片
CT74LS1481片
CT74LS1381片
参考文献
«数字电子技术基础»周良权编
«电子技术课程设计指导»彭介华编
«电子技术基础实验»陈大钦编