智能病房呼叫系统课程设计报告资料.docx
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智能病房呼叫系统课程设计报告资料
吉林建筑大学
电气与电子信息工程学院
数字电子技术课程设计报告
设计题目：
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导老师：
设计时间：
教师评语：
成绩：
评阅老师日期
目录
1、设计任务和要求
2、总体框图
3、选择器件
4、功能模块及运行结果
5、总设计电路原理图
心得体会总结
1、设计任务和要求
1、1---5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号，1号的优先级最高；1---5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（其他呼叫号用指示灯显示）；
3、凡有呼叫发出5秒的呼叫声；
4、功能扩展：
对优先级低的呼叫声进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级的处理（发挥部分）。
2、设计原理
1、设计思路：
下面对4个要求逐一进行分析。
首先，根据题目要求用5个开关模拟5个病房的呼叫信号，由于1---5优先级依次降低，所以我们用优先编码器来控制其优先级；为了调和显示优先编码的顺序，我们用到了并行加法器；其次，要显示病房号码，就要使用数码管以及能将优先编码器产生的8421码转化为数码管显示的译码器；能够发出呼叫声，在仿真中就需要蜂鸣器来实现这个功能；对于存储呼叫信息，由于使用了优先编码器，当同时闭合两个开关或多个开关时，它会遵循优先级最高的来实现，当优先级高的开关断开后，之后的优先级较高的会进行操作，这个过程是自动的。
2、原理框图
图（A）原理框图
三、器件选择
1、所用器件
表一：
设计所用的器件表
器件名称
数量
单刀开关
5
直流电源电压
7
灯泡
5
电阻
7
电容
2
非门
5
74LS148
1
74LS283
1
4511
2
数码管
1
555定时器
1
蜂鸣器
1
2、主要器件的功能介绍
（1）单刀开关：
设计中用5个单刀开关控制灯的亮与灭，将5个开关由上而下分别设置成从K5--K1，当按下对应键位后，则相应的灯亮，断开开关后，则对应的灯灭。
图
（1）单刀开关图
（2）非门：
又称反相器，是实现逻辑“非”运算的逻辑电路，其逻辑函数式为：
。
图
（2）非门图
（3）74LS148：
8线—3线优先编码器74LS148，该编码器的输入输出都是低电平有效。
它的管脚功能介绍：
为16脚的集成芯片，I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，EI是使能输入端，EO是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
使能端EO（芯片是否启用）的逻辑方程：
EO =I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·E I
当EO输入EI=1时，禁止编码、输出（反码）：
A2,A1,A0为全1。
当EO输入EI=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。
图（3）8线—3线优先编码器74LS148的逻辑符号图及内部连线图
表二：
74LS148的功能表
输入
输出
0
1
2
3
4
5
6
7
1
X
X
X
X
X
X
X
X
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
1
0
X
X
X
X
X
X
0
1
0
0
1
0
1
0
X
X
X
X
X
0
1
1
0
1
0
0
1
0
X
X
X
X
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
X
X
X
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
X
X
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
X
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1－高电平0－低电平X－任意
（4）74LS283：
它是个四位超前进位加法器。
它的引脚功能：
A3~A0为运算输入端；B3~B0为运算输入端；CO为进位输入端，S3~S0为和输出端；C4为进位输出端。
74LS283实现的是两个四位二进制数的加法运算，它的逻辑表达式为：
S3S2S1S0=A3A2A1A0+B3B2B1B0。
图（5）加法器74LS283的逻辑符号图
（5）4511：
它是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。
图（6）4511的逻辑符号图
它的引脚功能：
其中ABCD为8421BCD码输入，A为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，BI端应加高电平。
另外,4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
A～G是7段输出端，可驱动共阴LED数码管。
4511的工作真值表如下：
输入
输出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁存
锁存
（6）数码管：
设计图中采用的是共阴级七段数码显示管，由发光二极管组成。
图（7）七段数码管的逻辑符号图
（7）555定时器：
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
它构成多谐振荡器，组成信号产生电路，如图（8）所示。
图（8）555定时器构成的多谐振荡图
它的引脚功能：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地；
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V；
3脚：
输出端Vo；
2脚：
低触发端；
6脚：
TH高触发端；
4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平；
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰；
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
4、模块功能
1、指示灯显示模块
如图（9），开关由上而下分别是K5-K1，依次闭合时，对应的灯泡会发光。
此时，闭合了开关K5和K2，对应的灯泡L5和L3发光。
运行结果如下：
图（9）指示灯显示模块及闭合K5、K2时的运行结果
2、优先显示模块
由设计要求，数码管要显示优先级最高的病房的呼叫信号，所以我们须得对病房呼叫信号进行选优。
优先级最高为1，然后为2，依次到5。
在开关全部打开时显示为0。
电路路如图（10）所示：
图（10）优先显示模块
此电路图由5个开关控制，经优先编码器74LS148进行优先筛选，译码出的信号送入加法器74LS283，再进入4511驱动数码管显示对应的数字，运行结果如下：
（1）没有信号输入时，开关全部打开，数码管显示为0。
运行结果如下图：
（2）闭合开关K5时的运行结果：
（3）同时闭合开关K5和K2的运行结果：
（4）闭合全部开关时的运行结果：
3、呼叫模块
根据设计要求开关全部打开时，蜂鸣器不发出响声；有一个或多个开关闭合时，蜂鸣器发出5秒响声。
因此，我们利用555集成时基电路组成的脉冲启动型多谐振荡电路，产生一定频率f的信号，驱动蜂鸣器发出呼叫。
如图（11）所示：
图（11）呼叫模块
根据实际情况，在电路图当中，我们取电容值C=0.01uF，R1=R2，设计中要求呼叫声为5s，即振荡周期T=5，它的振荡周期的计算公式为
T=0.7（R1+2R2）C，经计算求得R1=R2=240k。
因此当有信号输入时，就实现了蜂鸣器发出5s呼叫声的功能。
5、总电路原理图
图（11）总电路原理图
2、总电路图运行结果
（1）开关全打开，没有信号输入时，指示灯都不亮，蜂鸣器不响，数码管显示为0。
运行结果如下：
（2）闭合开关K5时，灯泡L5亮，蜂鸣器响起（5秒），数码管显示为5。
运行结果如下：
（3）同时闭合开关K5和K2时，灯泡L5和L2亮，蜂鸣器响起，数码管显示为2。
运行结果如下：
（4）当所有开关闭合时，灯泡L5、L4、L3、L2、L1全部亮，蜂鸣器响起，数码管显示为1。
运行结果如下：
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