EDA专业课程设计病床呼叫系统.doc

第一章 摘 要

医院能够最好为病人服务，是很关键，不过因为医院工作人员有限，而且护士不能总是在每一位病人身边，所以病房床位呼叫器对于一个医院来讲很关键，它能够使病人在危急时刻立即联络上医生或护士，从而得到立即救治或看护。所以拥有一套功效完善病床呼叫系统，对于一个大型医院来讲，至关关键。
本设计整个呼叫系统由控制、显示、报警三部分组成，使得病人能够立即通知医生，而且医生也能很快知道那个床位病人在求援，本系统还兼具优先呼叫功效，把病情严重病人安排在优先级较高病床，则当优先级较高病床呼叫时能够屏蔽其它病床呼叫，从而使得病情严重病人得到优先医治。

第二章 引 言

本设计病床呼叫系统，当病人摁下呼叫按钮时，如第1号病人呼叫时电子数码管显示1号，同时对应床位LED灯亮，蜂鸣器发出响声，三秒钟以后，蜂鸣器停止。不过LED灯和数码管仍然显示，直到医生或护士去到病房解除报警。因为蜂鸣器声音比较刺耳，所以只让蜂鸣器响三秒，三秒过后自动停止，到下一次警报时候再响。这么能够确保医院平静工作环境，使病人能够愈加好休息诊疗。本系统优先呼叫功效，当优先级较高病床呼叫时，能够屏蔽其它病床呼叫，如一号病床优先级最高，当一号和二号病床同时呼叫时，数码管只显示1号，系统自动屏蔽了二号呼叫，只有当1号解除警报时含有下一优先级病床才能呼叫，这么只要把病情严重病人放在优先级较高病床，就能够确保病人优先得到诊疗，而且是医生有目标诊疗，分清主次。

第三章 课程设计内容及具体介绍

3.1课程设计目标
此次课程设计要求设计一个病床呼叫系统，经过综合利用所学过理论知识，系统进行电子电路工程实践训练，从设计要求功效分析、电子器件选择、电子器件连接（组合逻辑电路设计，以立即序逻辑电路设计）、功效实现过程培养我们分析问题和处理问题能力。

3.2 课程设计内容及设计思绪
技术参数：
●用一个数码管显示呼叫信号号码
●没信号呼叫时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高呼叫号
●用5个拨码开关设置功效键，1号优先级最高，1-5号优先级依次降低
●用LDE灯指示对应病房有呼叫，有呼叫时蜂鸣3秒。
设计要求：
● 用静态数码管显示呼叫病房号
● 用蜂鸣器发出蜂鸣

设计思绪：
依据试验要求，此次设计需要响应病床呼叫时，数码管显示对应数字，而且输入信号有优先级，故需要74HC148优先级编码器需要数码管显示，故其输出端需要和静态显示数码管相连，设计要求对应病床LED灯亮，故输出再经过3线-8线译码器74HC138输出对应5个信号分别于LED灯相连。试验要求蜂鸣器响三秒钟结束，故需要一个计数器来限制新其响时间。具体设计见病床呼叫系统功效模块介绍

3.3 病床呼叫系统模块介绍及原理图
本病床呼叫系统功效模块分为床位呼叫控制转换模块，蜂鸣器呼叫时间控制模块，系统显示模块，蜂鸣器模块四部分，经过各个模块协调作用，使得病床呼叫系统功效得以具体实现。
3.3.1床位呼叫控制转换模块及原理图
床位呼叫控制模块由74HC148、反相器、和门组成。
74HC148芯片介绍：
8线-3线优先编码器74HC148，许可同时输入两个以上编码信号，不过在设计优先编码器时已经将全部输入信号按优先次序排了队，当多个输入信号同时出现时，只对优先权最高一个进行编码。
74HC148器件图及其功效表以下：

图 3-1

输 入
输 出
EIN
0N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N
A0N A1N A2N
EON GSN
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
X X X X X X X X
1 1 1 1 1 1 1 1
X X X X X X X 0
X X X X X X 0 1
X X X X X 0 1 1
X X X X 0 1 1 1
X X X 0 1 1 1 1
X X 0 1 1 1 1 1
X 0 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1
1 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 1
0 1
1 0
1 0
1 0
1 0
1 0
1 0
1 0
1 0
图 3-2
正常工作时EIN=0，其中7N—0N优先级依次降低，输出分别对应0—7，此次设计要求1—5号病床输入信号时分别显示1—5，其中1号优先级最高，故1—5号病床输入分别对应6N—2N。又因为74HC148输入低电平有效，故信号输入端口叫反相器和6N—2N相连。
编码器正常工作，无信号输入时，EON=0，有信号输入时EON=1
输出端口A0N,A1N,A2N分别和EON相和后作为编码器输出信号。
这么便能够实现当有病床呼叫（高电平）时，经过反相器，优先编码器编译成对应号码；当无信号输入时，EON=0，输出信号为000。再从显示模块中显示出。

床位呼叫控制模块电路原理图以下

图 3-3
3.3.2蜂鸣器呼叫时间控制模块及原理图
本课程设计要求，在有床位呼叫时，蜂鸣器开始响，三秒钟结束，本设计利用74161十六进制计数器控制时间。
74161芯片介绍：
74161为同时十六进制计数器，经过时钟信号触发从零开始计数，计到十五，进位端输出高电平同时状态回到零重新计数。芯片有异步置零端，和异步置位，能够接成小于十六进制任意进制计数器，其芯片图和真值表以下：

图3-4

图3-5

计数器在频率很低时因为触发器延时等原因造成计时不正确，故此次设计用256HZ时钟频率，依据计算：256*3=768=16*16*3，所以用三个74161接成758进制计数器，进位端取反和时钟信号相和，接到74161时钟信号输入端口。当有进位时，即进位输出为1时，取反即为0，和时钟信号相和后仍然是0。因为没有时钟信号输入，74161停止工作，即停止计数。从开始计数到停止计数时间为三秒钟。
病床控制模块中三个输出端口，取或，输出为Y，既和每个74161CLRN(异步置零端)相连，又和74161进位取反后输出相和后接蜂鸣器。没有病床呼叫时，Y=0，此时蜂鸣器不响，每个74161初态均为零，进位也为零，取反为1当有病床呼叫时，Y=1和进位取反相和为1，即蜂鸣器开始响。计数器开始工作，三秒钟以后，进位端输出1，取反为0，和时钟信号相和为0，计数器停止工作，同时，蜂鸣器停止蜂鸣。直到下一次病床呼叫再开始工。

蜂鸣器呼叫时间控制模块电路图以下：

图 3-6
3.3.3系统显示模块及原理图
系统显示模块包含LED灯显示模块和数码管显示模块两部分。
① LED灯显示模块
LED灯显示模块电路图以下

图 3-7

当有病床呼叫时，经过病床呼叫控制模块输出对应二进制病床号001—101，经过74138 3线—8线译码器译出Y1—Y5对应高低电平，控制LED 灯亮灭。Y1—Y5中某个低
电平时对应LED1—5中某个灯亮。

74HC138芯片介绍：
74HC138为3线-8线译码器，将输入一组二进制代码转换为一组和输入代码一一对应高低电平信号
74HC138及其功效表以下：

图3-8 图3-9

输 入
输 出
G1
G2AN+G2BN
C B A
Y0N Y1N Y2N Y3N Y4N Y5N Y6N Y7N
0
X
1
1
1
1
1
1
1
1
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
X X X
X X X
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0

图3-10 74HC138真值表
②数码管显示模块
病床呼叫控制模块输出端，图3-7经过管脚锁定，和试验箱数码管相连接，显示呼叫病床号码。
3.3.4蜂鸣器模块
蜂鸣器模块含有一个蜂鸣器BUZZER和一个线跳器JBUZZER当使用蜂鸣时，此跳线短接。同时独立扩展下载板CPLD/FPGAJP2/CFSPEAKER接高电平时，蜂鸣器工作。将系统输出端口S经管脚锁定到“CPLD/FPGA扩展板”PIN38号管脚图3-18所表示。输出端S高电平时蜂鸣器工作。
综合各个模块，系统原理图连接以下：

图3-11系统总原理图
经过图所表示连接，整个病床呼叫系统，便能够具体实现从病床呼叫到显示到蜂鸣三秒功效。
3.4、仿真波形图
当I1—5依次出现高电平时即病床1—5依次呼叫时，系统电路仿真图以下：

图3-12输入输出仿真图

图3-13输入输出仿真波形图2

将A、B、C、D波形合并成一组，形成W波形，反应数码管所显示数字图3—13.
图3-13所表示， 从第一秒开始，病床1—5依次呼叫，数码管依次显示每次呼叫病床号码，每次呼叫对应LED灯出现高电平，即灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣三秒结束。
当有两个病床同时呼叫时，优先显示优先级高病床。图3—14，3--15所表示：

图3—14 ABCD波合成后图
、 图3—15A、B、C、D波未合成时图
当I2和I3同时出现高电平时，即病床2和病床3同时呼叫时，因为病床2优先级比病床三优先级高，所以数码管只显示2号病床呼叫，LED灯也只有2号病床对应灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣三秒。

3.5管脚锁定及器件连接
连接好原理图输入和输出端口必需经过管脚锁定和“CPLD/FPGA扩展板”相连接，本届具体介绍拨那个床呼叫系统管脚锁定

3.5.1输入端口管脚锁定
① 输入端口 I1—15管脚锁定

图3-16 输入端口 I1—15管脚锁定

输入端口 I1—15即8位数字开关组（A）SW1—SW5，分别对应“CPLD/FPGA扩展板”PIN39、40、41、44、45管脚，开关拨至ON为逻辑高电平“1”，开关拨至OFF为逻辑
“0”电平

② 时钟信号输入管脚锁定
图3-17时钟信号输入管脚锁定

时钟信号输入对应“CPLD/FPGA扩展板”83号，即用导线将试验箱中CLK 13和PIN83管脚相连。
3.5.1输出端口管脚锁定

① 数码管输出信号管脚锁定

图3-18数码管输出信号管脚锁定

输出端口A、B、C、D数码管显示端口1D0—1D3，分别对应“CPLD/FPGA扩展板”PIN127,128,131,132。输出端口smg即控位IO_DS1,对应“CPLD/FPGA扩展板”PIN94管脚。

② LED灯输出信号管脚锁定
图3-19 LED灯输出信号管脚锁定

LED1—5分别对应“CPLD/FPGA扩展板”PIN12,13,14,15,17管脚。

③ 蜂鸣器输出端口管脚锁定

图3-20蜂鸣器输出端口管脚锁定

蜂鸣器输出端口s即SPEAKER, 对应“CPLD/FPGA扩展板”PIN38号管脚。

第四章

结 论

经过电路设计，电路波形仿真，管脚锁定，芯片连接等过程，实现了课程设计要求。当有病床呼叫时，对应病床LED灯点亮，数码管显示对应病床号，同时蜂鸣器蜂鸣三秒钟结束。基础完成了课程设计功效要求。

心得体会

经过一周EDA课程设计，从学习Max Plus II软件，抽选题目，分析题目要求，分析具体要实现功效，选择对应电子器件，应用Max Plus II软件画电路图连接电路，检测电路，电路仿真，经过仿真波形检测电路是否能具体实现课程设计所要求功效，使得从书本上学过知识在实际中得以利用。
经过反复修改电路图，使得系统功效得以具体实现过程，培养了自己组合逻辑电路设计，时序逻辑电路设计能力。反复更换电子器件，使自己对数字电子技术中多种器件功效了解愈加深切，对以后进行一样设计奠定了牢靠基础。经过器件选择，连接，对中间过程出现问题进行分析，检验、更换电子器件或电路图最终使得仿真波形和想要实现功效一一对应培养了我们分析问题、处理问题能力。然后进行下载，从试验箱中具体实现课程设计所要求功效培养了自己动手能力。
本课程设计为病床呼叫系统，经过自行设计并成功实现设计要求具体功效实现过程，对医院病床呼叫系统有了系统了解，使得我们学过知识同现实社会中东西联络起来，对以后工作会有很大帮助。
在这一周课程设计中，经过指导老师和同学们鼎力帮助，才能使这次课程设计顺利完成，由衷感谢我指导老师和同学们。

参考文件
1. 阎 石 数字电子技术基础 高等教育出版社 5月
2. 周莲莲 郑兆兆 李艳艳 EDA课程设计B指导书