病床呼叫系统设计.docx
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病床呼叫系统设计
电子技术课程设计
题目病床呼叫系统设计
系（部）
班级
姓名
学号
指导教师
2014年12月15日至12月19日共1周
2014年12月19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
出勤情况及设计过程表现（20分）
课设答辩（20分）
说明书（20分）
设计成果（40分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
情况
综
合
评
定
指导教师签名：
年月日
1设计题目
1病床呼叫系统设计
2课题背景
在这个瞬息万变，竞争激烈的时代，选择一个优越的工具往往能提升企业在这个市场上的竞争力。
尤其医院的竞争越来越激烈，商业医院的生存是第一位，提升档次和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。
病床呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统，是提高医院水平和病室护理水平的必备设备之一。
让患者需要服务时，只要按一下随身携带的呼叫器，信息立马就能传至护工处.避免没有看护人在时,病人急需服务却无法通知医生的情况。
病床呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危，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。
3系统设计
3.1设计内容
1设计一个具有优先级别的10路病床呼叫系统，病床号码用数码管显示。
2每个呼叫病床有一个控制开关，病人按下按键时数码管显示病床号码，10个病床的优先等级不同，两个或个病人同事按下按键时，显示优先级别高的病床号码，同时响铃，当按键断开时，关闭响铃。
同时数码管熄灭。
3.2设计思路
1首先用2片74LS148扩展成16线-4线的优先编码器
16线-4线优先编码器的16个输入分别记作A’0，A’1…A’15,A’15优先级别最高，A’0优先级别最低。
16线-4线优先编码器的4个输出分别记作Z0，Z1，Z2，Z3,;Z3为最高位，Z0为最低位。
当A’15=0（其余为任意值）时，输出Z3Z2Z1Z0=1111;
当A’15=1，A’14=0（其余为任意值）时，Z3Z2Z1Z0=1110;……
当A’15=A’14=…=A’1=1，A’0=0时，Z3Z2Z1Z0=0000
第一片74HC148输入优先级别高的8个输入，第二片输入优先级别低的8输
入，即
第一片的S’接地：
A’15接第一片的I’7，A’14接第一片的I’6…..A’8接第一片的I’0;
A’7接第二片的I’7，A’6接第二片的I’6….A’0接第二片的I’0。
将两片的输出Y’12，Y’11,Y’10，Y’EX1,Y’22，Y’21，Y’20，Y’EX2经门电路实现16-4优先编码器的输出Z3Z2Z1Z0。
根据74LS148编码表，在第一片的输入A’15-A’8均无有效电平时，第二片工作，则将第一片的输出选通端Y’s按第二片的输入选通端S’端。
3.3需要器件
型号
名称
数目
7400N
与非门
3
7406N
非门
1
74LS148D
10-4线优先编码器
2
74LS248D
七段字形译码器
1
七段共阴极
数码管
1
10KΩ
电阻
11
开关
10
蜂鸣器
1
直流稳压源
5V
1
111Ω
电阻
7
表3.3设计所需主要仪器
3.4结构框图
注：
呼叫信号为开关按下，接通低电平，信号输出。
然后优先编码器进行接收，选择，编码输出信号到译码器和蜂鸣报警器，译码器对信号进行译码显示出信号发出的位置，蜂鸣报警器收到信号开始蜂鸣提醒。
3.5系统原理图及其工作原理
低电平有效，如图1为零号床位呼叫
图10号床位按下开关
如图2为8和9号床位同时呼叫。
9号优先。
图28,9号床位同时按下开关
如图3为2号床位呼叫
图32号床位按下开关
如图4为0和1号床位同时呼叫，1号优先
图40，1号床位同时按下开关
工作原理：
病房呼叫系统分为四个主要功能模块：
呼叫模块，优先选择模块译码显示模块，以及蜂鸣器模块。
这些模块共同工作完成本电路的功能实现。
其中运用了10线—4线优先编码器74LS148D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逻辑门电路，7段字形译码器74LS248D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用蜂鸣器来实现呼叫模块。
信号呼叫由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出，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：
呼叫模块通过电路令蜂鸣器鸣叫，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS148D将信号变换成对应的患者床号，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。
3.6各部分功能模块
本病床呼叫系统的功能模块分为病床呼叫模块，优先选择模块，译码显示模块，以及蜂鸣器模块。
通过各个模块的协调作用使得病床呼叫系统功能得以实现。
3.6.1床位呼叫控制转换模块及原理图
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，低电平有效， 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图5
图5显示按下开关的床位
3.6.2优先选择模块设计
如图6，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，所以我们要对病房呼叫信号进行优先选择并输出。
在本设计中，0号病床为优先级最低，然后依次是1，2,3,4,5,6,7,8,9,号病床。
在这里，应用了16线-4线优先编码器（74LS148D）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。
74LS148芯片极介绍：
芯片管脚:
0－7 编码输入端（低电平有效） EI 选通输入端（低电平有效）,A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码 输 出 端（低电平有效）,GS 片优先编码输出端即宽展端（低电平有效）,EO 选通输出端，即使能输出端。
74LS248七段显示译码器.输入的是8421BCD码，输出的是能驱动七显示器的高低电平信号。
所以它有四个输入端，分别为DCBA和一些控制输入端。
七个输出端分别是A、B、C、D、E、FG。
这类译码器全称为BCD七段译码器/驱动器。
74LS148编码表（8线-3线优先编码器）：
输入
输出
S’I0’I1’I2’I3’I4’I5’I6’I7’
Y2’Y1’Y0’Y’EXYS’
1xxxxxxxx
0xxxxxxx0
0xxxxxx01
0xxxxx011
0xxxx0111
0xxx01111
0xx011111
0x0111111
001111111
011111111
11111
00001
00101
01001
01101
10001
10101
11001
11101
11110
3.6.3译码显示模块设计
图7显示译码数字
如图7，模块由两小模块构成，即译码模块与数码管显示模块。
先由译码模块将16线-4线优先编码器（74LS148D）输出的编码转换成病床号所对应的BCD码，再将该BCD码输入到七段字形译码器（74LS248D）并由七段阴极数码管显示病床号数字。
1.译码模块设计 因为优先选择模块输出的三位二进制编码不是所需的病床号码（在BCD码上相差1），所以要用译码将将16线-4线优先编码器（74LS148D）输出的编码转换成病床号所对应的BCD码。
模块译码模块是由基本逻辑门设计而成的小规模逻辑门电路。
2.数码管显示模块 通过译码模块处理后的信号成为了与病床相对应的BCD码，此时将该BCD码输入到数码管显示模块，将正确的呼叫床号显示出来。
数码管显示模块由七段字形译码器（74LS248D），共阴极七段数码管，以及一些逻辑非门和限流电阻组成。
其功能是将输入的BCD码以十进制数字的形式在七段数码管上
3.6.4蜂鸣器模块
图8蜂鸣报警器
如图8，蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。
4．软件仿真及其调试
4.1软件介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
4.2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Multisim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。
（注意所选择的芯片参数是否正确，是否连接正确，在测试看看各管脚的电平是否符合理论计算上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确。
）
7.进一步改进和简化程序在进行调试仿真。
4.3故障分析
了解一些常见的故障对于正确快速地调试系统是很有必要的。
对这些故障的处理是对一个系统设计者的综合考验，它不但要求对硬件电路容易出现的故障有很好的了解，而且对整个系统的设计更要有一个深刻的认识。
下面是一些分析的总结：
1.忘记加电
所有的集成芯片都要在接入电源的情况下才能工作，在实验中往往忘记为一些芯片加电源，尤其是有些集成的门电路芯片
2.元器件错误
这类错中主要包括看错元器件的型号，或者粗心将元器件的管脚连错，还有器件错插以及元器件已损坏等现象。
所以每连接完一个功能模块，都要先仔细的排查电路连接是否正确，再接通电源进行该模块的调试，以免发生短路或电源接反等情况出现。
在调试一个模块的时候，要时刻注意元器件的情况，以避免元器件损坏。
当发现模块中的某一个模块的某个元器件过热的时候，就应对这个元器件进行测试，是否损坏。
3.设计的错误
这类错误主要在设计的阶段发现，在系统设计时，应该对设计方案精益求精，对设计原理进行反复推敲，以发现系统的设计错误。
当然这类错误也可能在调试过程中才发现，若发现实际值跟理论值出现较大出入而又找不到其他的原因，这个时候就应该对系统原理再进行分析。
4.错误的排查
首先要通过电路错误输出来初步判断是哪个电路功能模块出了问题。
紧接着，熟练运用万用笔来排查该模块的每一个原件，直到找到错误出现的原件，并更正错误。
注意：
在更换原件或者更改电路连接时一定要切断电源，并且连接后要检查，以免发生类似短路的问题。
5．结论
1.能实现的功能
当有病人紧急呼叫时，产生声音提示，并显示病人的编号；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。
2.本设计分为四个主要功能模块：
病床呼叫模块，优先选择模块，译码显示模块，以及蜂鸣器模块。
这些模块共同工作完成本电路的功能实现。
3.其中运用了16线—4线优先编码器74LS148D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逻辑门电路，7段字形译码器74LS248D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用蜂鸣器来实现呼叫模块。
信号呼叫由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出，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：
呼叫模块通过电路令蜂鸣器鸣叫，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS148D将信号变换成对应的患者床号，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。
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。
6．心得体会
从本次病床呼叫系统的课程设计中，我首先对Multisim12这个软件有了一定的认识，对这个软件使用了几天发现，它的元器件，仪表，仪器的齐全性，满足一般设计电路使用的功能，几乎都可以在主界面找到相应的按钮，为用户的设计及其工作提供了极大的方便。
在设计过程，经常会遇到这样那样的情况，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。
另外，在本次电子技术课程设计中，无论是电路元件的选择还是电路的连接方式，都是我们自己筛选的。
在这个过程中，理论结合实际，提高了我们的工程素质，系统调试能力，分析问题和解决问题的能力。
通过在网上查找资料和到图书馆查阅书籍，也叫我更好的理解和认识了逻辑电路。
我体会到了电路设计和制作的全过程，使我受益匪浅。
在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序运用到软件中的时候，问题就出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合，失败了好多次，出现了很多问题，让我们很头疼，通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对知识的理解得到进一步的加强，看到了实践与理论的差距。
从动手调试的过程中，增加了我们对这项技术的了解，使我们体会到了只有踏踏实实学习，才能解决问题，才能让我们更能站在工作岗位上。
作为学生面对的无非是同学、老师、家长，而工作后就要面对更为复杂的关系。
无论是和领导、同事还是客户接触，都要做到妥善处理，要多沟通，并要设身处地从对方角度换位思考，而不是只是考虑自己的事。
同时我也懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
综上所得，老师所讲述的知识光是从考试方面进行测试是不足的，一个病床呼叫系统的设计就将电子，计算机等方面的知识结合到一起。
往往学生生在上课所学的知识都要从实践上去进行求证才能跟加深入的进行理解。
真正的学懂学好。
所以说课程设计虽然辛苦却依然要我们认真的去进行，对‘诚信奋斗为人，严谨求真为学。
’这句校训进行完美渲释。
参考资料
王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》.高等教育出版社，2009.12
2.阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社，2009.2
3.吴俊芹.《电子技术实训与课程设计》.机械工业出版社，2009.4
附录1仿真电路全图
图9仿真电路图
蜂鸣器
5v直流稳压电源*2
与非门
非门
附录2元件清单
型号
名称
数目
7400N
与非门
3
7406N
非门
1
74LS148D
10-4线优先编码器
2
74LS248D
七段字形译码器
1
七段共阴极
数码管
1
10KΩ
电阻
11
开关
10
蜂鸣器
1
直流稳压源
5V
1
111Ω
电阻
7
10千欧姆的电阻*11
111欧姆的电阻*7
5v直流稳压电源*2
共阴极管-译码器
开关*10
非门
与非门
10-4线优先编码器*2
蜂鸣器
7段字形译码器
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