病床呼叫系统.docx
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病床呼叫系统
数字逻辑综合型实验设计报告
课程名称数字逻辑实验
题目名称病床呼叫系统
班级
学号
学生姓名
同组班级20130612
同组学号
同组姓名
指导教师武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬
综合实验成绩
2015年06月
摘要
随着社会的进步和发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要简易及时地获知并处理病人的突发状况，实现患者在住院的任意时间可请求医生或护士进行诊断或护理。
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。
呼叫系统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。
医院病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具，提高管理效率与医护水平，是现代医院提高护理水平必不可少的设备。
有了病床呼叫控制系统，医院的护理工作变得更加方便全面，不用再为值班医生和护士未能及时发现突发病况而烦恼。
基于数字逻辑相关理论设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理，具有良好的实践应用。
本文论及芯片的性能，型号选用，仿真分析，外部接线等控制应用。
主要探讨了医院病房的5病床设计可行性方案，控制了逻辑呼叫控序与人员响应，列出了电器元件清单，绘出了硬件接线图，满足了设计目标要求，并增添了拓展功能。
关键词：
病床呼叫、数字逻辑
目录
1需求分析
1.1基本功能要求
1）共有5个病床，每个病床优先级不同。
每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫；
2）设一护士站，护士站有病人紧急呼叫与复位的重置按钮；
3）每一病床均有对应指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮，其对应指示灯亮；
4）病人按下呼叫按钮时，蜂鸣器响5秒；
5）在护士站的病房紧急呼叫中心，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力，有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号（其他呼叫用指示灯显示）；；
6）一旦护士发现呼叫后，须先按下复位键，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，指示灯方灯被重置。
1.2创新拓展功能
1）当不同优先级的病人同时呼叫时，数码管只能显示优先级高的病人，我们增加了复位键，拨动后可显示下一优先级的病床号。
2）在医院里病床呼叫并不一定能及时的通知到护士医生去相应的病房，当一次蜂鸣器响和数码管显示没有及时的通知到医生护士时，需要再次提醒。
我们扩展了二次提醒功能的模块。
1.3设计原理
病房呼叫系统分为三个主要功能模块：
呼叫模块，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3线—8线译码器和74LS148优先权编码器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和数码管来实现译码显示模块主要功能，运用74LS161四位二进制加法计数器来实现呼叫5秒模块。
信号呼叫（1个至5个）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：
呼叫模块通过74LS161四位二进制加法计数器电路令蜂鸣器鸣叫5秒，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS148将信号变换成对应的患者床号，并由七段数码管显示出来。
当护士发现后，按下复位键，数码管清零，此时该系统可继续工作，等待显示下一次呼叫。
2系统设计
2.1系统逻辑结构设计
该病床呼叫系统一共可以分成三个部分：
信号输入、信号处理、信号输出。
图2.1-1系统总设计图
2.2系统物理结构设计与仿真验证
（1）.呼叫功能模块
病房内5个拨动开关和开关值班室另5个拨动开关接入74LS86构成输入信号，病床呼叫信号通过反相器74LS04后，再接到74LS148。
在优先编码器电路中，同时输入两个以上编码信号时。
不过在设计优先编码器时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。
而值班室内可以拨动对应开关改变异或门输出的逻辑值，从而取消输出。
74ls148优先编码器管脚功能介绍:
为16脚的集成芯片，电源是VCC（16） GND（8）,I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
图2.2-174ls148逻辑图 图2.2-174ls148逻辑表达式
使能端OE（芯片是否启用）的逻辑方程：
OE=I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·IE
当OE输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）：
A2,A1,A0为全1。
当OE输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：
I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。
表2.2-1优先编码器74ls148功能表
输入
输出
EI
I0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
A2
A1
A0
GS
EO
1
x
x
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1
1
1
1
1
1
0
从以上的的功能表中可以得出，74ls148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，…，I0。
当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。
例如：
I5=0且I6=I7=1（I6、I7优先级别高于I5）则此时输出代码010（为（5）10=（101）2的反码）这就是优先编码器的工作原理。
由74LS148芯片的真值表，我们选取I6、I5、I4、I3、I2、五个输入端，将其分别与五个呼叫端连接，信号A2A1A0输入74LS08芯片与门后再分别接到8421显示管的4,、2、1位上，将8位接地，则2进制代码别转化为十进制数，显示管上将分别显示5，4,，3，2，1，达到显示优先级最高呼叫号的功能。
图2.2-274LS148优先权编码器呼叫信号处理部分逻辑电路图
（2）.优先选择模块
74LS08与门出来的三路信号接到74LS138的A2、A1、A0，然后把该芯片的Y5、Y4、Y3、Y2、Y1经过反相器，然后接到相应的灯，表示五个病床对应的灯。
表2.2-274LS138真值表
由表2.1-2中我们可以得到，G1,G2,G3为片选段，G1=1,G2=G3=1时，译码器工作。
；
；
；
；
。
Y1、Y2、Y3、Y4、Y5分别连接LED灯1-5号。
图2.2-3指示灯控制电路逻辑图
3.译码显示模块
由74LS08出来的三路信号分别接到与OE端相与由低至高连到74LS38的四个输入端构成能显示呼叫床号的显示部分。
病床号由于74LS148的优先级编码的功能使得数码管的显示具有优先级功能，为实现对蜂鸣器时间的控制，我们使用了74LS161芯片。
表2.2-374LS161真值表
图2.2-474LS161波形图
计数器使用1HZ的时钟频率，用一个74LS161接成5进制计数器，输出端的QA和QB相与非再和负责清零的拨动开关异或输入清零端，当输出为0101即5时，与非门输出0，在和拨动开关异或就可以使74LS161清零，而当输出端输出的识别的数字是，与非门输出是1，就无法清零，这样就可以达到是74LS161芯片模5计数的功能了。
74LS08中的三个输出端口，经过74LS32取或，输出信号Y，既与74LS161的LOAD（置数端）相连，又和74LS161输出端的QA和QB相与非后再与后接蜂鸣器（指示灯）。
没有病床呼叫时，Y=0，此时蜂鸣器不响（指示灯不亮），74LS161的初态均为零，输出端输出值也为零，取反为1；当有病床呼叫时，Y=1与输出端的QA和QB相与非后相与为1，即蜂鸣器（指示灯亮）开始响。
计数器开始工作，5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（指示灯熄灭）。
图2.2-5数码管显示控制电路逻辑图
图2.2-6蜂鸣器控制电路逻辑图
图2.1-6计时器器控制电路逻辑图
两片74LS192级连，实现进位功能，低位片的进位接到高位片的加计数上，实现了此功能。
图2.1-7再次报警控制电路逻辑图
QAQC相与后接蜂鸣器，可实现每隔两秒响一次，九秒一循环。
图2.1-8选择控制电路逻辑图
为了防止增加的再次报警电路影响基本功能，增加了四选一数据选择器来控制电路互不干扰，否则，蜂鸣器五秒计时功能不能实现。
实验所需器材
1）数字逻辑试验箱1台
2）74LS004组2输入与非门1片
3）74LS04反相器2片
4）74LS084组2输入与门1片
5）74LS324组2输入或门1片
6）74LS864组2输入异或门2片
7）74LS1383线-8线译码器1片
8）74LS148优先编码器1片
9）74LS1614位二进制加法计数器1片
10）导线若干
（3）在本实验中使用的主要芯片介绍如下。
1）74LS04芯片
图2.2-774LS04芯片简介
2）74LS148芯片
图2.2-874LS148芯片简介
74LS148是一个八线-三线优先级编码器。
74LS148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC（16）和GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。
其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
它在允许编码（IE=0），且有编码输入信号时为0（如表2.1-1中第三至第十行）；若允许编码而无编码输入信号时为1（如表2.1-1第二行）；在不允许编码（IE=1）时，它也为1（如表2.1-1第一行）。
GS=0表示“电路工作，而且有编码输入”。
3）74LS08芯片
图2.2-974LS08芯片简介
信号从74LS08出来后，再分别引入74LS138变量译码器。
74LS138芯片是3线-8线译码器
4）74LS138
74LS138芯片是常用的3-8线译码器，常用在数字电路的译码电路中.
真值表：
图2.2-1074LS138芯片简介
4）74LS32芯片
图2.2-1174LS32芯片
表2.2-1274LS32芯片
3系统实现
3.1系统实现过程
在完成本设计的过程中，我使用了Multisim10。
我在学校的FTP上，找到了破解版的Multisim10.1.1，下载安装也比较省时省事，软件功能稳定全面。
这样，系统就可以仿真测试了，我在使用的过程中也发现，Multisim10的元器件以及仪表仪器很齐全，即便是库中没有用户所需要的器件，用户也可以根据自己的设计需要自行封装并保存，以备后续使用。
此外，一般设计电路使用到的功能，几乎都可以在主界面找到相应的按钮或者菜单，为用户的设计工作提供了极大方便。
其次，就是电路方面的知识。
仿真软件再好，也只是一个工具，电路设计成功与否关键还是设计者的功力。
一个不算复杂的电路，可能仅仅由于某个小元件的参数设置不合适，整个电路就无法正常工作，因此，完成一个电路的设计，首先要求设计者对设计题目深入分析，对各个元件的参数设置有一个合理把握。
在本设计中，就是由于起初我对设计题目的理解不够到位，设计的电路总也出不来结果，最让人受挫的一次是明明开关已经断开，可是相应的呼叫指示灯仍然亮，而数码管也无法稳定显示同时闭合的两个开关中优先级别最高的，后来发现，正是由于电路异或门的参数设置不合适所导致。
设计好电路后，我们开始在实验台上实现，调试，在连接好基本功能的电路时，出现了数码管5秒计时不能停止的情况，发现是74LS04反相器的5、6号管脚的问题，所以我们更换了芯片。
我们在新的芯片中再次连线发现系统就可以正常的工作了。
3.2系统测试
在实验箱调试完成后；检查：
连线无误；电路放置正确电源正确连接打开试验箱的开关ON\OFF，此时数码管显示为零
首先测试1号病人呼叫，检查1对应的指示灯是否亮，并且是否伴有蜂鸣声。
数码管显示5秒计时；
再看按下复位键后，数码管是否清零，且不影响下次呼叫；
第二测试3、4号病人同时护叫，此时发现3、4号病人对应的指示灯同时亮起，蜂鸣器发出蜂鸣声，数码管显示的是3（因为设定3号比4号优先级高）；
当拨动复位键，数码管可显示4，这个拓展功能的实际意义是可提示护士有多人同时呼叫；
第三测试5号病人呼叫，9秒内不动复位键，一数码可显示9秒计时，蜂鸣器再响，这时为提示护士有病人呼叫未回应，我们设计了隔2秒响2秒的方式，与之前功能以示区别。
两数码管可记录显示护士响应时间，此功能可记录护士工作效率。
测试完毕，整理试验箱，芯片。
具体的在MULTISIM10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，看是否产生声、光报警，蜂鸣器声音响，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，同样看是否产生声、光报警，蜂鸣器声音响，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）拨动复位键后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。
（4）按下复位后，系统将自动恢复到初始状态：
显示灯全灭，数码管显示0。
3.3系统最终电路图
图3.3-1试验电路图
病人、护士对应的开关通过异或门连接，只要其不同异或就出1进行信号产生和复位，再接反相器，因为74LS148低电平输入有效。
三与门控制数码管不工作时显示“0”。
74LS148的输出给74LS138译码器输入，实现了优先级的指示灯。
74LS161芯片是通过将不同输出与非再接输入端实现了五进制，十六进制计数。
两片74LS192芯片级连形成进位，通过显示管显示十进制计时。
为防止输入蜂鸣器信号干扰，使用74LS153数据选择器，对不同信号进行选择，以排除干扰。
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