数字电路课程设计病房呼叫系统-课程设计说明书.doc

20
唐山学院课程设计说明书

唐 山 学 院
《数字电子技术》 课 程 设 计

题 目 优先病房呼叫器设计
系 (部) 信息工程系
班 级 12电本3
姓 名 胡大为
学 号 4120208320
指导教师 成凤敏 马军爽 樊艳

2014年 6 月 30 日至 7月 4 日 共 1 周

2014年7月3日

《数字电子技术》 课程设计任务书
一、设计题目、内容及要求
设计题目：优先病房呼叫器设计
设计内容：
某医院有7间病房，每间病房门口设有呼叫显示灯，室内设有紧急呼叫开关，同时在护士值班室设有一个数码显示管，可对应显示病房的呼叫号码。
设计要求：
⑴ 分析并设计应用电路，实现相应功能。
⑵ 用Multisim进行电路仿真。
⑶ 撰写课程设计说明书。
二、设计原始资料
Multisim仿真软件、课件。

三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
课程设计说明书、仿真电路图。
四、进程安排
周1 讲解整个设计要实现的功能，查阅相关资料，进行理论分析；
周2、3进行仿真并调试；
周4撰写课程设计任务书；
周5答辩并提交设计说明书。

五、主要参考资料
[1] 刘全忠，刘艳莉．电子技术（第三版）．北京：高等教育出版社，2003
[2] 阎石．数字电子技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2006
[3] NI-Multisim 10 经典教程

指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：

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
出勤及设计过程表现（20分）

课设答辩（20分）

电路仿真（30分）

说明书（30分）

总成绩（100分）

提问
（答辩）
问题
情况
1.简述系统的工作原理
2.74LS148（或147）中的优先级是哪儿个？
3.数码管的内部接法是共阴极还是共阳极？

综
合
评
定

指导教师签名：
年 月 日

目 录
第1章 概述 2
第2章 系统设计 2
2.1方案论证 2
2.2系统设计 3
2.2.1结构框图及说明 3
2.2.2系统原理图及工作原理 3
2.3单元电路设计 4
2.3.1单元电路工作原理 4
2.3.2元件参数选择 9
第3章 软件仿真 10
3.1仿真过程 10
3.2仿真结果 11
第4章 结论 16
4.1对于病房呼叫系统的仿真设计 16
附录Ⅰ 17
附录Ⅱ.............................................................................................................................................18
参考文献 18
收获、体会和建议 18

第1章 概述
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。
本设计采用主从结构，基本运作方式为。监控机构放置在医生值班室内，当病床有呼叫请求时进行报警，并在显示器上显示病床的位置。呼叫源（按钮）放在病房内，病人有呼叫请求时，按下请求按钮，向值班室呼叫，并点亮相应床位的指示灯。
本设计分为四个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。其中运用了8线—3线优先编码器74LS148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74LS47D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能。
通过对病房呼叫系统电路的设计、调试，熟练掌握各种电子测量仪器、仪表的正确使用方法，熟悉掌握数字逻辑电路原理及各类型数字单元电路的工作原理、电路形式、调试方法等方面知识；同时，通过对系统设计结果的理论分析，加强理论联系实际的工作能力，对加强数字逻辑电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。

第2章 系统设计
2.1方案论证
病房呼叫系统的设计方法很多，可由多种类型电路来构成，这里数字逻辑电路控制系统主要由各种逻辑元件构成，包括计数器、触发器以及各种门电路，硬件设计思路非常简单，造价低廉，元件少，体积小，稳定性好，可靠性和性价比都很高。缺点在于功能实现后电路结构复杂，维护起来比较困难。
在本设计中，该电路具有价格低，元件少，体积小，稳定性好，可靠性高的特点。
2.2系统设计
优先选择模块：对信号进行优先选择编码
呼叫显示模块：对应床位的提示灯亮
呼叫信号
2.2.1结构框图及说明

译码显示模块：对信号进行译码并显示病房号

图3-1 病房呼叫系统的系统结构示意图

2.2.2工作原理
工作原理：
病房呼叫系统分为四个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。其中运用了8线—3线优先编码器74LS148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74LS47D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用555定时器来实现呼叫模块。
信号呼叫（1个至7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，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS47D将信号变换成对应的患者床号，并由七段数码管显示出来。
2.3单元电路设计
2.3.1单元电路工作原理
(1)呼叫显示模块的设计
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，高电平有效，并且每条支路加了限流电阻（133欧姆）为了使得模块能正常工作。
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，并由初始的高电平变为低电平电平，对应的支路显示灯会亮起，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下图 3-4所示： 图3-4呼叫显示模块

（2）优先选择模块设计
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，7号病床为优先级最高，然后依次是5,4,3,2,1号病床。
在这里，应用了8线-3线优先编码器（74LS148）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。
8线-3线优先编码器（74LS148）功能表如下所示：
表3.1 8线-3线优先编码器（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
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

除此之外，根据使能输出端EO的特性：当使能输入端EI为0时并且74LS148无有效信号输入时，EO输出为0；当使能输入端EI为0时并且74LS148为有效信号输入时，EO输出为1。利用EO端的输出来控制数码显示电路的启动与熄灭复位，以及555定时器的启动与复位。
8线-3线优先编码器（74LS148）将输入的低电平有效信号进行优先选择，并且将选择出的信号传到译码显示模块，并且将EO端（由）的输出信号传到555定时器（来启动呼叫模块）和七段字形译码器（74LS47D）来启动数码管显示电路。
下图为优先选择模块的电路图：
图 3-5数据选择模块电路图
（3）译码显示模块设计
此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8线-3线优先编码器（74LS148）输出的三位二进制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（74LS47D）并由七段阴极数码管显示病床号数字。其流程图如下：

图 3-6译码显示模块设计流程图
a. 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8线-3线优先编码器（74LS148）输出的三位二进制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，于是得出输入输出真值转换表，如下：
表3.2 输入输出真值转换表
根据表3.2可以列出门电路逻辑式：
D=AB~C~+A~BC+A~BC~
E=ABC~+AB~C+A~BC~
F=ABC+AB~C+A~BC
化简得：
D=AB~C~+A~B
E=AB~+AB~C
F=BC+AC
根据上述的逻辑关系式，可以设计出如下译码模块逻辑电路图：

图 3-7译码模块逻辑电路图
b.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（74LS47D），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，测试模块如下图所示：

图 3-8数码管显示模块功能电路图

2.3.2元件参数选择
1电阻
在本设计中，电阻的主要作用是限制电流大小，以保证电路的正常工作，所以要正确计算出所需电阻原件的大小。应用前，电阻阻值要用数字三用表检测，检查阻值是否正确。
3二极管
二极管在本设计中的应用主要是发光二级管（LED），使用前必须串接相应的电阻进行加电测试，确认性能良好。

第3章 软件仿真
3.1仿真电路图

图4-1待机情况下的病房呼叫系统仿真电路
图4-2工作情况下的病房呼叫系统仿真电路

3.2仿真过程
1.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MULTISIM7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。
（4）单击运行按钮运行仿真。
（5）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，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。）
（6）进一步改进和简化程序在进行调试仿真。
2.具体的在MULTISIM7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）将最高级别呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。
3.另外本设计整体功能如下：
（1）当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号。
（2）按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。
（3）当医护人员处理完最高级别呼救后，把该病房开关关闭，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号。
3.3仿真结果
在MULTISIM7的仿真界面上可以看如下结果：
（1） 系统处于待机状态：显示灯与显示数码管全灭，呼叫模块已经复位。结果如下如图所示：

图4.3.1 待机状态
（2） 首先触发一个病人信号：3号，3号对应的发光二极管发光（红色），蜂鸣器声音响，数码管显示对应的3号病人编号；完成了此功能。结果如下图所示：

图4.3.4 3号床呼叫
（3） 向调试开启1，5，6，7病人的呼叫信号，1,5,6，7号对应的发光二极管发光（红色）数码管显示对应的7号病人编号。完成了此功能。结果如下图所示：

图4.3.5 1号,5号,6，7号床呼叫

（4） 将最高级别（7号）呼叫开关断开后，系统按优先等级显示下一个优先级高的病人编号（6号）。完成了此功能。结果如下

图4.3.6 1号,5号床呼叫

第4章 结论
4.1对于病房呼叫系统的仿真设计
（1）能实现的功能
当有病人紧急呼叫时，产生声，光提示，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；拥有自动复位功能。
（2）本设计分为四个主要功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。
（3）其中运用了8线—3线优先编码器74LS148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74LS47D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用555定时器来实现呼叫模块。
（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 。

附录Ⅰ
所用主要仪器见表1
表7.1 所用主要仪器
名称
元件型号/规格
数量
8线—3线优先编码器
74LS148
1片
7段字形译码器
74LS47D
1片
电阻
500欧姆
7个
数码管
7段共阴极
1个
LED（发光二极管）
红
7个
开关

7个
非门
74SOD
3个
附录Ⅱ
仿真电路图
参考文献：
《数字电子技术基础》第四版 阎石 主编高等教育出版社
《电子技术实验与课程设计》第三版 毕满清 主编 机械工业出版社
《数字电子技术基础教程》 夏路易 主编 电子工业出版社
注：部分资料参考网上相关内容。
收获、体会和建议
通过这次实验设计，完成了病房呼叫系统的原理设计与仿真实现，运用模块化的设计思想将系统分为四大功能模块：呼叫显示模块，优先选择模块，译码显示模块，以及呼叫模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。还充分理解了74LS148、74LS47D、共阴极数码管它们的性质功能。
在这次实验中，更熟悉了Multisim7仿真软件的使用，知道了一些元件、芯片及各种开关的使用方法。在设计过程，经常会遇到这样的情况，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。
其实做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时只停留在书面学习是不够的。当动手实践做课程设计时，很多意想不到的问题就会出现。但是随着亲自动手将问题解决后，发现对于数字电子的知识理解又上了一层。
1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！
项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！
单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！

20