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一、设计目的作用
1、掌握病房呼叫系统电路的设计、组装与调试方法。 2、熟悉数字集成电路的设计和使用方法。 二、设计要求1、某医院有1,2,3,4号病室,每个房间装有呼叫按钮,病人通过按动自己的床位按钮开关向护士值班室发出呼叫信号。 2、护士值班室有相应的显示电路:每个病房对应有一个指示灯,共用一个显示器,一旦有病人呼叫,显示器显示呼叫病人的床位编号,相应病房的指示灯闪烁,同时扬声器发出声响提示值班人员。 3、1号病室的呼叫优先级别最高,其次是2号病室,4号病室最低。 4、用一个数码管显示呼叫病房的号码,没呼叫信号时显示为0,有多个呼叫信号时,显示优先级别最高的呼叫号。 三、设计的具体实现 1、系统概述(1)呼叫功能:四个病房每个病房都装有⼀个呼叫按钮,当病房有需要时,可以通过呼叫按钮进⾏呼叫 (2)显⽰功能:在护⼠值班室内有相应的显⽰电路,可以看到是哪个病室在呼叫 (3)优先权:四个病房呼叫具有优先权,其中一号病房优先权最⾼,四号病房优先权最低。只要有一号病房呼叫时,不管其他四个病房是否呼叫,显⽰电路均显⽰一号病房;一号病室不呼叫时,只要有二号病室呼叫,不管三号、四号是否呼叫,显⽰电路均显⽰二号病房依次类推。 (4)蜂鸣器:当病房有呼叫时,蜂鸣器将发出声响,护⼠听到声响能够知道由病房在呼叫 课程设计采⽤了74LS148D,74LS47D,555定时器构成的多谐振荡器及各种门电路。通过开关1,2,3,4,的开闭点亮指⽰灯并给优先编码器74LS148D送码,优先编码器74LS148D将其编码后再传送给译码器74LS47D,74LS47D将其翻译出来,再送给数码管,同时,优先编码器74LS148D给555定时器构成的多谐振荡器送信号,让蜂鸣器⼯作。 2、 单元电路设计与分析(1)病房呼叫信号: 四个单刀双掷开关,双掷端分别连接5V电源与地端,因为是低电平有效,所以开关默认接至电源,如下图3-1所示。 图3-1 病房呼救信号输入模块
(2)四个指示灯: 四个LED灯分别表示相应病房,四个保护电阻可防止LED烧毁,LED的负极接至信号输入端,因为默认为高电平所以LED在开关未闭合时处于熄灭状态,在开关拨至接地端时处于亮起状态,如下图3-2所示。 图3-2 病房指示灯模块 (3)病房优先排序模块: 利用优先编码器74ls148可以实现对病房的优先排序,根据其真值表可以知道,D7的优先级最高,输入低电平时结果为0,因为要求病房无人按下开关时数码管显示为0,即输入全为高电平时D7收到的为低电平信号,所以可以利用与非门实现其逻辑功能,本实验利用74LS20D连接各个病房信号,再将其结果接至74LS148的D7端,来检查是否有人按下病房呼叫开关。然后再按优先级将病房1至4的信号接至优先编码器的D6至D3端,因为D2至D0端优先级最低,且只有4个病房,所以可以直接悬空。最后为74LS148与74LS20连接电源端与地端,如下图3-3所示。
图3-3病房优先排序模块 (4)译码显示模块: 根据74LS48的真值表对照74LS148的真值表可知,优先编码器的A0至A2端可直连至译码器的A至C端,D端接地置零即可。因为是低电平有效,所以,,三端接电源即可。本实验提供了共阴极数码管,所以数码管的CK端接地。译码器的OA至OG端分别接至数码管的A至G端,为了防止数码管烧毁,连接时还要为其添加36欧的保护电阻,如下图4-1所示。 图4-1 病房号显示模块 (5)警报器与警报灯模块: 利用EN555定时器,按其功能表与引脚图制作单稳态触发器,因为555定时器为低电平触发,为了实现病房无人呼救时警报不触发,有人呼救时警报启动并持续一段时间的目的。病房本实验利用第一次与非的结果与3个高电平与非,从而实现有人呼救时555定时器收到低电平信号。再在555定时器的输出端连接LED灯与蜂鸣器作为警报灯与警报器,为了防止LED灯与555定时器烧毁,所以在LED灯的前端接入360欧的保护电阻,因为接入电阻后会导致电路的电压降低,所以利用三极管制作放大器,放大后再接入蜂鸣器,如下图5-1所示。 图5-1 病房呼救报警模 (6)实物图
图6-1 电路实物图 (7)仿真显示 图7-1 一路仿真显示图 图7-2 二路仿真显示图 图7-3 三路仿真显示图 图7-4 四路仿真显示图
图7-5 优先显示仿真图 四、总结通过本次实验,完成了四路病房呼救系统的电路仿真和实物设计,但由于排版问题导致期间出现了各种不利于焊接的问题,调整过后导致时间不够引起的警报器与警报灯模块还未焊接完毕。 此次试验更加熟悉Multisim 7仿真软件的使用,也了解了蜂鸣器,芯片等元件的使用方法,也知道了仿真电路与实际电路中有着非常多不同。 五、附录元件名称 型号 数量 备注 优先编码器 74LS148 1 双列直插 双四输入与非门 74LS20 1 双列直插 定时器 NE555 1 双列直插 译码器 74LS48 双列直插 1位数码管 0.56英寸共阴 1 红光 发光二极管 5mm 5 红光 自锁微型按钮 6脚 4 三极管 9011 1 NPN型 电阻 360欧 12 1/4W碳膜电阻±1% 电阻 1.5K 2 1/4W碳膜电阻±1% 无源蜂鸣器 交流5V 1 电容 1UF、0.01UF 各1 瓷片电容 集成块插座 16、14、8脚 各1 (16脚2,14脚、8脚各1) 面包板 150*200 1 两连孔(单面绿油) |
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