数电课程设计医院病人紧急呼叫系统.docx

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数电课程设计医院病人紧急呼叫系统

一、设计总体思路

1.设计内容及要求

根据要求设计一个医院病人紧急呼叫系统。

具体要求如下：

1、当病人紧急呼叫时，能显示病人的编号；

2、根据病人病情设置优先级别。

当有多人呼叫时，病情严重着优先；

3、医务人员处理当前最高级别病人的呼叫后，系统按优先级别显示其它呼叫病人的编号。

2.基本原理与框图

系统可由信号呼叫锁存、优先编码、显示电路及逻辑控制清除电路等几部分组成。

系统首先通过不同的按钮开关接受不同的呼叫信号，并将其对应信号锁存在与之相对应的D触发器中，然后将这些呼叫信号传到8路优先编码器，编码器再根据触发器中信号优先级的高低依次对这些信号进行编码，然后将当前最高优先级别的信号显示出来。

医务人员根据当前显示病人编号进行处理，处理一个按一下控制开关，则可清除当前处理的病人并显示下个次要优先级别的病人，清除的原理就是：

每当按一下复位按钮就会产生一个上升沿脉冲，使计数器置数，并将当前显示的数通过计数器输入到译码器中，与之对应输出一个低电平信号最为触发器清零信号。

此时，显示器中显示的是次级编码信号。

同理将依次处理完毕，最后全部处理完后将显示零。

系统工作的原理图框图

3.总电路图

根据系统需要及电路的框图可用EWB仿真软件做出总电路图：

医院病人紧急呼叫系统总电路图

二、单元电路设计

1.信号锁存电路

此系统所用D触发器为74LS74，当预置端及清除端均为高电平且当CLK上升沿时将输入信号D锁存在Q中的功能，Q=D。

这里我们所使用的为

端，首先使

为高电平，当输入一个上升沿脉冲时

变为低电平。

74LS74功能表如下：

输入

输出

预置

清除

时钟

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

保持

74LS74锁存部分电路图如下：

此电路使用了2个74LS74双D触发器4个输入端分别代表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，

端出低电平0，此时的

低电平可直接作用于优先编码器的编码输入端，使之输出对应的二进制数据。

而当译码器给了清除端CLR信号0后，

端出1，利用这点可以对信号进行清除，显示其它病人的信号。

2.优先编码电路

 此系统所用编码器为74LS148优先编码器，根据D触发器传来的信号进行编码产生一个地址码再经过反相器就可以在显示电路中显示是哪个病人需要护理了。

74LS148编码器的真值表如下：

输入

输出

EI

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

A2

A1

A0

GS

EO

1

×

×

×

×

×

×

×

×

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

×

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

0

1

0

×

×

×

×

×

×

0

1

0

0

1

1

0

0

×

×

×

×

×

0

1

1

0

1

0

1

0

0

×

×

×

×

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

×

×

×

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

×

×

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

×

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

74LS148编码部分电路图如下：

此电路使用了一个74LS148优先编码器，在E1＝0电路正常工作状态下，允许1-4当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。

其中4至1的优先权依次降低，对应的A2、A1、A0三个输出对应的二进制代码。

利用这一点，可以将触发器中传来的信号来控制74LS48七段显示器译码器的消隐端，当无病人给信号时，则显示零。

3．显示电路

根据优先编码器74LS148的地址码可以选取接入译码器74LS48，输出a、b、c、d、e、f、g和七段共阴极显示器的相应端口相连。

一般显示器元件同时具有译码器74LS48功能，只需将优先编码器74LS148的地址码输出的信号经过反相器后直接与显示器给出的四个端口相连即可。

4.逻辑控制及复位电路

此系统是利用医务人员控制的复位开关产生一个上升沿启动74LS160使优先编码器输出的地址码保持输出，将这些地址码输入到74LS138译码，从而去控制对应D触发器的清零端，达到复位的目的。

74LS160计数器的真值表如下：

ET

EP

CP

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

0

×

×

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

1

0

×

×

↑

D

C

B

A

D

C

B

A

1

1

0

×

×

×

×

×

×

保持

1

1

×

0

×

×

×

×

×

保持

1

1

1

1

↑

×

×

×

×

计数

74LS138译码器的真值表如下：

逻辑控制及复位清零部分电路图如下：

74LS160为异步清零计数器，即

端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为低电平。

74LS160还具有同步预置功能，在

端无效时，

端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能。

此系统利用的是74LS160置数功能。

74LS138为3线－8线译码器，当一个选通端G1为高电平，另两个选通端G2A和G2B为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

如上图，74LS148优先编码器的地址码通过74LS160的ABCD输入端输入，当按下清除开关产生一个上升沿CP送到CLK，利用74LS160的同步预置功能，把74LS160的输出端置成与输入端一样的编码，送至74LS138译码器译码译出与地址码相对应的低电平接至74LS74D触发器的清除端，从而实现信号的逻辑控制与清除。

三、安装与调试

   通过EWB仿真软件进行运行无误后，可以根据仿真图进行安装工作，安装之前一定要检测工具箱、导线和芯片的好坏，这是最重要的；然后就是接线了，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。

将整个功能电路分成几个单元电路，我这里就将它分成信号锁存电路、优先编码电路、显示电路和逻辑及控制电路，接好一个单元电路之后就得对此单元电路进行检测，看看是否与理论值相同，不相同就得查查是否线路松动还是接错了；将各个单元电路接好检测好后级联起来调试至成功。

四、故障分析与电路改进

  常见的几类故障有一下几个方面：

1、假如显示功能有时对有时错，这时应该看看线是否有松动。

当优先编码单元电路和显示器检测功能完好的情况下，按下信号呼叫按钮，但显示器无变化，这时可能是按钮接触不良，无法给锁存器提供信号锁存所需的上升沿，也可能是74LS74没有工作在锁存功能，像清零端不是高电平、没接有效电平都有可能导致锁存器不能锁存D中的信息。

2、显示器有显示，但是是乱码，不能和呼叫信号相匹配，并且检测到了显示器能正常工作，这就可能是优先编码的问题，我们这里需要的是4、3、2、1这四个优先级，这就必须把5、6、7端接高电平及无效段，还有无呼叫信号时要不显示，这意味着我们不需要的0端也要接电源。

3、如果呼叫信号还是能正确显示，但就是不能复位清零，使得低优先级的无法得到及时处理，这个就得先从复位开关开始检测，是否产生上升沿至又74LS160，然后看看要复位清零的地址码是否准确传入74LS160对应端，确定74LS160工作在保持功能，如果还不能清零，就继续检测74LS138译码器是否正常译码，最后就是检查译码信号是否传给了D触发器的。

电路改进：

电路进行清除当前显示时，倘若将某个触发器清零，但二进制译码器还将保持原有的输出，这时此触发器的清零端将维持清零状态将不能立刻收到信号。

要解决这种弊端得连个装置就是每当译码器工作一次就得将其进行复位，使得各D触发器的清零端口全为高电平无效。

此方案可以利用74LS138的使能端来实现。

五、总结与体会

   两周的数字电子技术课程设计，今天终于能告一段落，这次的课程设计又一次加强了我们动手、思考和解决问题的能力，在这之前我们也做过训练我这方面能力的课程设计和实习，像电工电子实习。

但这次是第一次完全由自己设计电路然后接成实物，遇到的困难可想而知，但最终还是很好的完成了任务，而且使我受益匪浅。

  这次的数电课程设计，我们小组做的是个比较简单的医院病人紧急呼叫系统，任务拿到手上之后觉得确实很简单再加上以前数电也还学的不错，直到真真自己动手设计时才发现理想与实际之间的差距很大，以前学的那些芯片管脚及功能都很模糊，比如呼叫信号怎样锁存，处理完高优先级的呼叫后怎么清除等等一连串的问题。

然后就是接实物了，觉得才这么几块芯片，应该容易，但接的时候却不那么顺人意，有时候接好的线稍微不注意碰一下就断了，然后又得找半天接上。

最终反复接了三四遍才弄好。

  通过这个课程设计，我的最大收获就是对一些芯片的功能有了更好的理解和运用，以及对以前学的知识存在的一些问题也迎刃而解，同时也对学的知识有了一个实践性的证明。

通过这次课程设计使我懂的了理论与实际相结合的重要性，只是一味的学那些死的理论知识是远远不够的，只有把所学的理论和实践相结合，才能真正掌握一门科学，一味的纸上谈兵是行不通的，实践还可以提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，这也是为在当代急需的实践型人才的社会的一种准备。

其次就是接实物电路的时候觉得最主要的就是要沉着冷静加细心，当一个电路已经通过软件仿真得到了理论上的保证后，接线的时候足够小心一步一小检一个单元电路一大检，相信就没什么问题了，要是万一第一次不行又实在检查不到哪儿出错了，不要灰心，细心的再来一次，甚至第三次、第四次。

  付出就会有收获，两周的课程设计，虽然过程曲折难尽，但也收获良多，在老师、组员和其他同学的帮助下很好的完成了老师布置的任务，这两周的经历不管是泪水曲折还是所获得的成果都将成为我人生旅途的一段美好的回忆。

6、附录

元器件清单：

元器件

功能名称

数量

74LS74

双D触发器

两片

74LS148

8/3优先编码器

一片

74LS138

3/8译码器

一片

74LS04

六非门

一片

按钮开关

五个

导线

若干

七、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

电气与信息工程系课程设计评分表

项目

评价

优

良

中

及格

差

设计方案的合理性与创造性

软件设计完成情况

硬件调试完成情况

设计说明书与设计图纸质量

答辩情况

独立工作能力

完成任务情况

出勤情况

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。